機(jī)械設(shè)計(jì)課件12.第十二章滑動(dòng)軸承

1、第十二章第十二章 滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承 121 121 概述概述 滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承一、滑動(dòng)軸承類型一、滑動(dòng)軸承類型 徑向軸承（向心軸承）（受徑向軸承（向心軸承）（受Fr）止推軸承（推力軸承）（受止推軸承（推力軸承）（受Fa） 按承載：按承載：按潤(rùn)滑狀態(tài)：按潤(rùn)滑狀態(tài)：流體潤(rùn)滑軸承、非流體潤(rùn)滑軸承、無(wú)潤(rùn)滑軸承流體潤(rùn)滑軸承、非流體潤(rùn)滑軸承、無(wú)潤(rùn)滑軸承 二、滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)二、滑動(dòng)軸承的特點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1 1）承載能力高）承載能力高2 2）工作平穩(wěn)可靠、噪聲低）工作平穩(wěn)可靠、噪聲低3 3）徑向尺寸?。较虺叽缧? 4）精度高）精度高5 5）流體潤(rùn)滑時(shí)，摩擦、磨損較小）流體潤(rùn)滑時(shí)，摩擦、磨損較小6 6）油膜

2、有一定的吸振能力）油膜有一定的吸振能力缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1 1）非流體摩擦滑動(dòng)軸承、摩擦較大，磨損嚴(yán)重）非流體摩擦滑動(dòng)軸承、摩擦較大，磨損嚴(yán)重2 2）流體摩擦滑動(dòng)軸承在起動(dòng)、停車、載荷、轉(zhuǎn)）流體摩擦滑動(dòng)軸承在起動(dòng)、停車、載荷、轉(zhuǎn)速變化比較大的情況下難于實(shí)現(xiàn)流體摩擦速變化比較大的情況下難于實(shí)現(xiàn)流體摩擦3 3）流體摩擦、滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)費(fèi)用較高）流體摩擦、滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)、制造、維護(hù)費(fèi)用較高 三、應(yīng)用三、應(yīng)用1 1）轉(zhuǎn)速特高或特低）轉(zhuǎn)速特高或特低2 2）對(duì)回轉(zhuǎn)精度要求特別高的軸）對(duì)回轉(zhuǎn)精度要求特別高的軸3 3）承受特大載荷）承受特大載荷4 4）沖擊、振動(dòng)較大時(shí)）沖擊、振動(dòng)較大時(shí)5 5）徑向尺寸受限制

3、）徑向尺寸受限制或軸承要做成剖分式的結(jié)構(gòu)或軸承要做成剖分式的結(jié)構(gòu)122 徑向滑動(dòng)軸承的主要類型徑向滑動(dòng)軸承的主要類型 一、整體式徑向滑動(dòng)軸承一、整體式徑向滑動(dòng)軸承 二、剖分式徑向滑動(dòng)軸承二、剖分式徑向滑動(dòng)軸承 三、自動(dòng)調(diào)心式：軸瓦外表面做成球形三、自動(dòng)調(diào)心式：軸瓦外表面做成球形 四、調(diào)隙式徑向滑動(dòng)軸承四、調(diào)隙式徑向滑動(dòng)軸承 1234511-軸瓦；2-軸；3、5-螺母；4-軸承座外表面為圓錐面的外表面為圓錐面的軸套上開(kāi)一個(gè)縫口，軸套上開(kāi)一個(gè)縫口，另在圓周上開(kāi)三個(gè)另在圓周上開(kāi)三個(gè)槽（以減小剛性），槽（以減小剛性），使之易變形，軸瓦使之易變形，軸瓦兩端各裝一個(gè)調(diào)節(jié)兩端各裝一個(gè)調(diào)節(jié)螺母，通過(guò)松緊調(diào)螺母

4、，通過(guò)松緊調(diào)節(jié)螺母節(jié)螺母3.53.5，使錐，使錐形軸套軸向移動(dòng)，形軸套軸向移動(dòng)，從而調(diào)整軸套與軸從而調(diào)整軸套與軸間的間隙間的間隙用于用于一般機(jī)床主軸。一般機(jī)床主軸。123 滑動(dòng)軸承的材料及軸瓦結(jié)構(gòu)滑動(dòng)軸承的材料及軸瓦結(jié)構(gòu) 一、滑動(dòng)軸承的材料一、滑動(dòng)軸承的材料 主要失效形式：磨損和膠合、疲勞破壞主要失效形式：磨損和膠合、疲勞破壞 1、對(duì)軸承材料的要求、對(duì)軸承材料的要求 1）良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性）良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性2 2）良好的順應(yīng)性，嵌入性和磨合性）良好的順應(yīng)性，嵌入性和磨合性 3 3）足夠的強(qiáng)度和必要的塑性）足夠的強(qiáng)度和必要的塑性 4 4）良好的耐腐蝕性、熱化學(xué)性能（傳熱

5、性和熱膨脹性）良好的耐腐蝕性、熱化學(xué)性能（傳熱性和熱膨脹性）和調(diào)滑性（對(duì)油的吸附能力）和調(diào)滑性（對(duì)油的吸附能力） 5 5）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性等。）良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性等。 2、常用材料、常用材料 金屬材料：金屬材料： 1 1）鑄鐵）鑄鐵: :有游離的石墨能有潤(rùn)滑作用有游離的石墨能有潤(rùn)滑作用 2 2）軸承合金（又稱巴氏合金或白合金）軸承合金（又稱巴氏合金或白合金） 適于輕載、低速，不受沖擊的場(chǎng)合。適于輕載、低速，不受沖擊的場(chǎng)合。由錫（由錫（SnSn）、鉛（）、鉛（PbPb）、銻（）、銻（SbSb）、銅（）、銅（CuCu）等組成。）等組成。以錫或鉛為基體（軟），其中含有銻錫（以錫或鉛為基體（軟）

6、，其中含有銻錫（Sb-SnSb-Sn）或銅錫）或銅錫（Cu-SnCu-Sn）的硬晶粒。）的硬晶粒。 硬晶粒起耐磨作用，軟基體則增加材料的塑性硬晶粒起耐磨作用，軟基體則增加材料的塑性特點(diǎn)：嵌入性、順應(yīng)性最好，抗膠合性好，但機(jī)械強(qiáng)度較低特點(diǎn)：嵌入性、順應(yīng)性最好，抗膠合性好，但機(jī)械強(qiáng)度較低 作為軸承襯澆注在軟鋼或青銅軸瓦的表面。作為軸承襯澆注在軟鋼或青銅軸瓦的表面。價(jià)格較貴價(jià)格較貴4 4）鋁基合金）鋁基合金 強(qiáng)度高、耐磨性、耐腐蝕和導(dǎo)熱性強(qiáng)度高、耐磨性、耐腐蝕和導(dǎo)熱性好好 3 3）銅合金，青銅基體）銅合金，青銅基體 錫青銅錫青銅減摩、耐磨性最好，減摩、耐磨性最好，應(yīng)用較廣，強(qiáng)度比軸承應(yīng)用較廣，強(qiáng)度比

7、軸承合金高，適于重載、中速合金高，適于重載、中速 鉛青銅鉛青銅抗膠合能力強(qiáng)，適于高速、重載抗膠合能力強(qiáng)，適于高速、重載 鋁青銅鋁青銅強(qiáng)度及硬度較高，抗膠合性差，適于低速、重載傳動(dòng)強(qiáng)度及硬度較高，抗膠合性差，適于低速、重載傳動(dòng) 低錫低錫用于高速中小功率柴油機(jī)軸承用于高速中小功率柴油機(jī)軸承 高錫高錫用于高速大功率柴油機(jī)軸承。用于高速大功率柴油機(jī)軸承。 5 5）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金）含油軸承含油軸承 6）非金屬材料）非金屬材料塑料、橡膠塑料、橡膠 它是利用鐵或銅和石墨粉末、樹(shù)脂混合經(jīng)壓型、燒結(jié)、整形、它是利用鐵或銅和石墨粉末、樹(shù)脂混合經(jīng)壓型、燒結(jié)、整形、浸油而制成的，其

8、特點(diǎn)是組織疏松多孔，孔隙中能大量吸收浸油而制成的，其特點(diǎn)是組織疏松多孔，孔隙中能大量吸收潤(rùn)滑油，潤(rùn)滑油，稱含油軸承，具有自潤(rùn)滑的性能。稱含油軸承，具有自潤(rùn)滑的性能。 1 1）塑料）塑料ff小，耐腐蝕，具有自潤(rùn)滑性能，但導(dǎo)熱性差，小，耐腐蝕，具有自潤(rùn)滑性能，但導(dǎo)熱性差，易變形，承載能力差易變形，承載能力差 如：酚醛樹(shù)脂、聚銑胺（尼龍）、四氟乙烯等，可用油，也可如：酚醛樹(shù)脂、聚銑胺（尼龍）、四氟乙烯等，可用油，也可用水潤(rùn)滑。用水潤(rùn)滑。 2 2）橡膠）橡膠彈性大，允許軸線一定偏斜，用水作潤(rùn)滑劑且環(huán)彈性大，允許軸線一定偏斜，用水作潤(rùn)滑劑且環(huán)境較臟污處，境較臟污處， 例如：水泵、水輪機(jī)和其它水下機(jī)械用軸

9、承。例如：水泵、水輪機(jī)和其它水下機(jī)械用軸承。常用材料的性能見(jiàn)表常用材料的性能見(jiàn)表12-112-1，12122 2 二、軸瓦結(jié)構(gòu)二、軸瓦結(jié)構(gòu) 1、軸瓦的形式與結(jié)構(gòu)、軸瓦的形式與結(jié)構(gòu) 整體式軸瓦整體式軸瓦 結(jié)構(gòu)：?jiǎn)谓饘俳Y(jié)構(gòu)：?jiǎn)谓饘匐p金屬（有軸承襯（雙金屬（有軸承襯（1212層）層）三金屬三金屬鋼鋼青銅青銅軸承襯軸承襯剖分式軸瓦剖分式軸瓦厚壁軸瓦：鑄造制造厚壁軸瓦：鑄造制造薄壁軸瓦：實(shí)踐證明，襯厚度愈薄（薄壁軸瓦：實(shí)踐證明，襯厚度愈薄（S0.36mmSh0h0h0h00pmaxxppxxpxp根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性，根據(jù)流動(dòng)連續(xù)性，各截面流量應(yīng)相等各截面流量應(yīng)相等 301212hxphvudyqhx306h

10、hhvxpxhvxphx6)(3xhvzphzxphx6)()(33一維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程一維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程對(duì)對(duì)x取偏導(dǎo)數(shù)：取偏導(dǎo)數(shù)：考慮沿考慮沿Z方向的流動(dòng)：方向的流動(dòng)：二維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程二維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程二、油楔承載機(jī)理二、油楔承載機(jī)理 306hhhvxp油壓的變化：油壓的變化：潤(rùn)滑油的粘度、潤(rùn)滑油的粘度、 表面滑動(dòng)速度、油膜厚度表面滑動(dòng)速度、油膜厚度全部油膜壓力之和即為油膜的承載能力全部油膜壓力之和即為油膜的承載能力pxxppxpmax0=0hh0靜止件Oh0yx移動(dòng)件vh=h0(1)(1)在油膜厚度在油膜厚度h=h0h=h0左邊，左邊，hh0 hh0 306hhhv

11、xp0/xp即油壓隨即油壓隨x x的增大而增大的增大而增大 (2)(2)在油膜厚度在油膜厚度h=h0h=h0右邊，右邊，hh0 hh0h00pmaxxppxxpxp兩滑動(dòng)表面平行，兩滑動(dòng)表面平行，h=h0 306hhhvxp平行油膜各處油壓與入口、出口處相等，不能產(chǎn)生高平行油膜各處油壓與入口、出口處相等，不能產(chǎn)生高于外面壓力的油壓支承外載。于外面壓力的油壓支承外載。 0/xppxxppxpmax0=0hh0靜止件Oh0yx移動(dòng)件vh=h0若兩表面呈擴(kuò)散楔形，即移動(dòng)件帶著潤(rùn)滑油從小口走向大口若兩表面呈擴(kuò)散楔形，即移動(dòng)件帶著潤(rùn)滑油從小口走向大口 v v(1)(1)在在h0h0右邊，右邊，hh0 h

12、h0 hh0 0/xp即油壓隨即油壓隨x x的增大而增大的增大而增大 中間壓力中間壓力 0 油壓與外載油壓與外載F F平衡平衡時(shí)，軸頸部穩(wěn)定在時(shí)，軸頸部穩(wěn)定在某一位置上運(yùn)轉(zhuǎn)某一位置上運(yùn)轉(zhuǎn) 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定以后,轉(zhuǎn)速越高軸頸中心越靠近軸孔中心轉(zhuǎn)速越高軸頸中心越靠近軸孔中心兩心重合時(shí)油楔消失，但兩心重合時(shí)油楔消失，但n不可能到達(dá)不可能到達(dá) 四、徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載能力四、徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載能力 1 1、幾何關(guān)系、幾何關(guān)系 eF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax極軸直徑間隙：直徑間隙： dD 半徑間隙：半徑間隙： rR相對(duì)間隙：相對(duì)間隙： rd偏心距：偏心距：

13、 1ooe 偏心率：偏心率： /ex 軸頸中心軸頸中心11軸承中心，起始位置軸承中心，起始位置F F與與1 1重合重合軸頸直徑軸頸直徑 d d軸承孔直徑軸承孔直徑D DeF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax極軸根據(jù)余弦定律可得根據(jù)余弦定律可得 1AOOhh任意截面處的油膜厚度任意截面處的油膜厚度h0h0最大油膜壓力處的油最大油膜壓力處的油膜厚度膜厚度 極點(diǎn)極點(diǎn)極軸極軸222222sincos)(cos)(2)(eehrhrehreRrR 22sine略去高階微量略去高階微量再引入半徑間隙再引入半徑間隙并兩端開(kāi)方得并兩端開(kāi)方得 coserhr)cos1 ()cos1 (xrxh

14、1 1）壓力最大處油膜厚度）壓力最大處油膜厚度2 2）油膜最小厚度）油膜最小厚度hmin hmin )cos1 ()cos1 (000 xrxhcoserhr整理得任取位置時(shí)油膜厚度為整理得任取位置時(shí)油膜厚度為exrxh)1 ()1 (mineF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax極軸2 2、油膜承載能力、油膜承載能力 rddx rv0hh和302)cos1 ()cos(cos6xxddp極坐標(biāo)形式的雷諾方程極坐標(biāo)形式的雷諾方程從壓力區(qū)起始角從壓力區(qū)起始角 至任意角至任意角 進(jìn)行積分，得進(jìn)行積分，得任意角處的壓力任意角處的壓力 1dxxp1302)cos1 ()cos(cos6

15、306hhhvxpeF、ahmaxO1O1rR02h0hminhApmax極軸dxxp1302)cos1 ()cos(cos6再求壓力在外載荷方向上的分量再求壓力在外載荷方向上的分量 )cos()(cosaayppp理論上理論上pypy乘軸承寬度乘軸承寬度B B即得油膜承載能力，但考即得油膜承載能力，但考慮軸承為有限寬，存在端泄，沿軸承寬慮軸承為有限寬，存在端泄，沿軸承寬B B壓力分壓力分布布, ,引入修正系數(shù)引入修正系數(shù)A A，考慮端泄的影響，考慮端泄的影響 dDFz=1Bd=1413=12221BZAppyy在在角和距軸承中線為角和距軸承中線為Z Z處的油膜壓力處的油膜壓力 dDFz=1B

16、d=1413=122/2/BBydZpF 2/2/32122116BBdZfdfdfr 2/2/3212113BBFdZfdfdfBC令令 油膜能承受的載荷油膜能承受的載荷 FCdBF2CF承載量系數(shù)承載量系數(shù) 表表12-4表表12-4 看出，看出，hmin越?。ㄔ叫。▁越大），越大），B/d越大，越大，CF越越大，軸承的承載能力大，軸承的承載能力F越大越大油膜能承受的載荷油膜能承受的載荷 FCdBF2 2/2/230211)2(1)cos()cos1 ()cos(cos3BBaFdZBZAddxBxC實(shí)際工作時(shí)，隨外載實(shí)際工作時(shí)，隨外載F F變化變化hminhmin隨之變化，油膜壓力隨之變化

17、，油膜壓力發(fā)生變化，最終油膜壓力使軸頸在新的位置上與外載發(fā)生變化，最終油膜壓力使軸頸在新的位置上與外載保持新的平衡保持新的平衡 exrxh)1 ()1 (min3 3、最小油膜厚度、最小油膜厚度hmin hmin hminhmin不能小于軸頸與軸瓦表面微觀不平度之和不能小于軸頸與軸瓦表面微觀不平度之和 )(21minZZRRSh上式與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的三個(gè)基本條件上式與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的三個(gè)基本條件 流體動(dòng)力潤(rùn)滑的充分必要條件流體動(dòng)力潤(rùn)滑的充分必要條件 五、軸承的熱平衡計(jì)算五、軸承的熱平衡計(jì)算1 1、軸承中的摩擦與功耗、軸承中的摩擦與功耗 牛頓粘性定律 yu油層中摩擦力 dyduSFfxpyhyhyh

18、vu2)()(vhvddyudBrrdBvdBdyduSFf摩擦系數(shù)：摩擦系數(shù)： pnppdBdBFFff302rdpxxppxpmax0=0hh0靜止件Oh0yx移動(dòng)件vh=h0dDFFF(a)(b)(c)pnFFff30255. 0pf摩擦功耗引起軸承單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量摩擦功耗引起軸承單位時(shí)間內(nèi)的發(fā)熱量 H= f FV 2、軸承耗油量、軸承耗油量 = 承載區(qū)端泄流量承載區(qū)端泄流量Q1 + 非承載區(qū)端泄流量非承載區(qū)端泄流量Q2 + 軸瓦供油槽兩端流出的附加流量軸瓦供油槽兩端流出的附加流量 Q3進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油總流量進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油總流量Q Q1實(shí)際工作時(shí)摩擦力與摩擦系數(shù)要稍大一些實(shí)際工作時(shí)摩

19、擦力與摩擦系數(shù)要稍大一些 3、軸承溫升、軸承溫升 控制溫升的目的：控制溫升的目的： （1）粘度）粘度間隙改變，使軸承的承載能力下降間隙改變，使軸承的承載能力下降（2）會(huì)使金屬軟化）會(huì)使金屬軟化發(fā)生抱軸事故發(fā)生抱軸事故摩擦產(chǎn)生的熱量摩擦產(chǎn)生的熱量H = 端泄?jié)櫥退鶐ё邿崃慷诵節(jié)櫥退鶐ё邿崃縃1 + 軸承散發(fā)熱量軸承散發(fā)熱量H2熱平衡條件：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)熱平衡條件：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)H1=QCt W tBdHS2tdBtQPcfFvS)()()(12CvBdQcPftttStdBtQPcfFvS達(dá)熱平衡潤(rùn)滑油的溫升達(dá)熱平衡潤(rùn)滑油的溫升 由于軸承中各點(diǎn)溫度不同由于軸承中各點(diǎn)溫度不同 ，計(jì)算承載能力時(shí)，采用潤(rùn)計(jì)算承載能力時(shí)，采用潤(rùn)滑油平均滑油平均tmtm時(shí)的粘度。時(shí)的粘度。 潤(rùn)滑油平均溫度潤(rùn)滑油平均溫度tm21tttm為保證承載要求為保證承載要求tm75先給定先給定tm，再按上式求出，再按上式求出t，要求，要求t1=3545 六、軸承參數(shù)選擇六、軸承參數(shù)選擇 1、軸承的平均比壓、軸承的平均比壓 BdFP/表表12-1、表、表12-2P P較大，有利于提高軸承平穩(wěn)性，減小軸承的尺寸較大，有利于提高軸承平穩(wěn)性，減小軸承的尺寸 但但P P過(guò)大，油層變薄，對(duì)軸承制造安裝過(guò)大，油層變薄，對(duì)軸承制造安裝精度要求提高，軸承工作表面易破壞精度要求提高，