CH12機械設(shè)計

1、12-1 滑動軸承概述12-2 徑向滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)型式12-3 滑動軸承的失效形式及常用材料12-4 軸瓦結(jié)構(gòu)12-5 滑動軸承潤滑劑的選擇*12-6 不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算*12-7 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算*12-8 其它形式滑動軸承簡介*第十二章 滑動軸承滑動軸承概述112-1滑動軸承概述軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。根據(jù)軸承中摩擦的性質(zhì)，可分為滑動軸承和滾動軸承。一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求：二、軸承的分類根

2、據(jù)能承受載荷的方向，可分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承。 (或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承）。 根據(jù)潤滑狀態(tài)，滑動軸承可分為：完全液體潤滑滑動軸承、不完全液體潤滑滑動軸承和自潤滑軸承。根據(jù)流體潤滑承載機理的不同，又可分為流體動力潤滑軸承和流體靜力潤滑軸承。 滑動軸承概述2滑動軸承概述四、滑動軸承設(shè)計內(nèi)容三、滑動軸承的特點滾動軸承絕大多數(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化，故得到廣泛的應(yīng)用。但是在以下場合，則主要使用滑動軸承：工作轉(zhuǎn)速很高，如汽輪發(fā)電機。要求對軸的支承位置特別精確，如精密磨床。承受巨大的沖擊與振動載荷，如軋鋼機。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，如曲軸軸承。在特殊

3、條件下工作的軸承，如軍艦推進(jìn)器的軸承。徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機。 軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇；軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇；軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計；潤滑劑及其供應(yīng)量的確定；軸承工作能力及熱平衡計算。徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)112-2滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)整體式徑向滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。軸承座整體軸套螺紋孔油杯孔因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。只能從沿軸向裝入或拆出。徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)2滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)對開式徑向滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可以調(diào)整磨損而造成的 間隙、安裝方便。應(yīng)用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器中。對開式軸承(整體軸套)螺栓

4、軸承蓋軸承座油杯座孔螺母套管上軸瓦下軸瓦對開式軸承(剖分軸套) 徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)3滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)三、止推滑動軸承的結(jié)構(gòu)FaFaFaFa止推滑動軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結(jié)構(gòu)形式有： 空心式：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件較實心式的改善。 單環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，廣泛用 于低速、輕載的場合。 多環(huán)式：不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。 由于各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%。 空心式單環(huán)式多環(huán)式 滑動軸承的失效形式及常用材料1汽車用滑動軸承故障原因的平均比率軸承表面的磨粒磨損、刮傷、咬粘磨粒磨損、刮傷

5、、咬粘(膠合膠合)、疲勞剝落和腐蝕、疲勞剝落和腐蝕。一、滑動軸承常見失效形式有：滑動軸承還可能出現(xiàn)氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動磨損氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動磨損等失效形式。故障原因不干凈潤滑油不足安裝誤差對中不良超載比率38.311.115.98.16.0故障原因腐蝕制造精度低氣蝕其它比率5.65.52.86.7 12-3 滑動軸承的失效形式及常用材料詳細(xì)說明滑動軸承的失效形式及常用材料2滑動軸承的失效形式及常用材料二、滑動軸承的材料軸承材料是指在軸承結(jié)構(gòu)中直接參與摩擦部分的材料，如軸瓦和軸承襯的材料。軸承材料性能應(yīng)滿足以下要求： 減摩性：材料副具有較低的摩擦系數(shù)。 耐磨性：材料的抗磨性能，

6、通常以磨損率表示。 抗咬粘性：材料的耐熱性與抗粘附性。 摩擦順應(yīng)性：材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不 良的能力。 嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨 粒磨損的性能。此外還應(yīng)有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性。 磨合性：軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀 和粗糙度的能力（或性質(zhì)）。2022-4-2392022-4-23102022-4-23112022-4-2312這些材料中的片狀這些材料中的片狀或球狀石墨在材料表面上覆蓋后，可以形成一層起潤滑作或球狀石墨在材料表面上覆蓋后，可以形成一層起潤滑作用的石墨層，故具

7、有一定的減摩性和耐磨性。此外石墨能用的石墨層，故具有一定的減摩性和耐磨性。此外石墨能吸附碳?xì)浠衔?，有助于提高邊界潤滑性能，故采用灰鑄吸附碳?xì)浠衔?，有助于提高邊界潤滑性能，故采用灰鑄鐵做軸承材料時，應(yīng)加注潤滑油。鐵做軸承材料時，應(yīng)加注潤滑油。2022-4-2313滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)112-4 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式按加工分類鑄造軋制按尺寸分類厚壁薄壁按材料分類單材料多材料需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差。 可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。 節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高 。 具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。

8、強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)2滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對開式厚壁鑄造軸瓦多材料、對開式薄壁軋制軸瓦 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)3滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)二、軸瓦的定位 目的：防止軸瓦相對于軸承座產(chǎn)生軸向和周向的相對移動。 方法：對于軸向定位有：對于周向定位有：凸緣軸瓦一端或兩端做凸緣定位唇定位唇（凸耳）緊定螺釘緊定螺釘（也可做軸向定位）軸 瓦圓柱銷軸承座銷釘（也可做軸向定位） 滑動軸承的軸瓦

9、結(jié)構(gòu)4滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)三、軸瓦的油孔及油槽 目的：把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。 原則：盡量開在非承載區(qū)，盡量不要降低或少降低承載區(qū)油膜的承載 能力；軸向油槽不能開通至軸承端部，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠头饷妗?形式：按油槽走向分沿軸向、繞周向、斜向、螺旋線等。按油槽數(shù)量分單油槽、多油槽等。單軸向油槽開在非承載區(qū)（在最大油膜厚度處）F雙軸向油槽開在非承載區(qū)（在軸承剖分面上）雙斜向油槽（用于不完全液體潤滑軸承） 滑動軸承潤滑劑的選擇112-5 滑動軸承潤滑劑的選擇*一、潤滑脂及其選擇 特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。 適用場合 ：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動運動的

10、軸承中。 選擇原則：當(dāng)壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。所用潤滑脂的滴點，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約2030，以免工作時潤滑脂過多地流失。在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性能強的鈣基或鋁基潤滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤滑脂。 潤滑脂牌號表滑動軸承潤滑劑的選擇2二、潤滑油及其選擇 特點： 有良好的流動性，可形成動壓、靜壓或邊膜界潤滑膜。 適用場合：不完全液體滑動軸承和完全液體潤滑滑動軸承。 選擇原則：主要考慮潤滑油的粘度。轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。三、固體潤滑劑及其選

11、擇 特點：可在滑動表面形成固體膜。 適用場合：有特殊要求的場合，如環(huán)境清潔要求處、真空中或高溫中。 常用類型：二硫化鉬，碳石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：涂敷、粘結(jié)或燒結(jié)在軸瓦表面；制成復(fù)合材料，依靠材料自身的潤滑性能形成潤滑膜。 潤滑油牌號表不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算112-6 不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算*一、失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則 工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。 失效形式：邊界油膜破裂。 設(shè)計準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。因邊界膜強度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、 潤滑油供給等有關(guān)，目前尚無精確的計算方法，但

12、一般可作 條件性計算。 校核內(nèi)容：驗算平均壓力 p p，以保證強度要求。驗算摩擦發(fā)熱pvpv，pv是摩擦力，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。驗算滑動速度vv ，p，pv的驗算都是平均值。考慮到軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應(yīng)校核滑動速度v 。 不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算2二、徑向滑動軸承的設(shè)計計算 已知條件：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸直徑d (mm) 驗算及設(shè)計 ：驗算軸承的平均壓力p (MPa)pdBFpB軸承寬度，mm（根據(jù)寬徑比B/d確定）p軸瓦材料的許用壓力，MPa。驗算摩擦熱19100100060pvBFndnB

13、dFpvv軸頸圓周速度，m/s； pv軸承材料的pv許用值，MPam/s驗算滑動速度v (m/s)vv v材料的許用滑動速度選擇配合 p、v、 pv 的選擇止推滑動軸承的設(shè)計計算一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算112-7 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算*一、流體動力潤滑基本方程的建立對流體平衡方程（NavierStokes方程）作如下假設(shè)，以便得到簡化形式的流體動力平衡方程。這些假設(shè)條件是 ： 流體為牛頓流體，即 。 )(yu 流體的流動是層流，即層與層之間沒有物質(zhì)和能量的交換； 忽略壓力對流體粘度的影響，實際上粘度隨壓力的增高而增加； 略去慣性

14、力及重力的影響，故所研究的單元體為靜平衡狀態(tài)或勻速直線運動，且只有表面力作用于單元體上； 流體不可壓縮，故流體中沒有“洞”可以“吸收”流質(zhì)； 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算2在以上假設(shè)下，從兩平板所構(gòu)成的楔形空間中，取某一層液體的一部分作為單元體，通過建立平衡方程和給定邊界條件，可得一維雷諾方程：流體動力潤滑的必要條件是： )(603hhhvxp 相對運動的兩表面間構(gòu)成楔形空間。 楔形空間中充滿具有粘性的液體。 兩板相對運動的結(jié)果，應(yīng)使液體在粘性力的作用下由楔形空間的大端流向楔形空間的小端 。Fvxyabcoho 詳細(xì)推導(dǎo)液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)

15、計計算3二、徑向滑動軸承形成流體動力潤滑時的狀態(tài) 軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙是公差形成的。 軸頸上作用的液體壓力與F相平衡，在與F垂直的方向，合力為零。 軸頸最終的平衡位置可用a和偏心距e來表示。 軸承工作能力取決于hlim，它與（粘度）（粘度）、（直徑間隙）（直徑間隙）和F等有關(guān)，應(yīng)保證hlimh。FFFhminoo1oo1o1oaedD初始狀態(tài)穩(wěn)定工作狀態(tài) 演示液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算4三、徑向滑動軸承的幾何關(guān)系和承載量系數(shù)最小油膜厚度：hmin= e r(1-) （12-12） 偏心率， e / 為直徑間隙， D d為半徑間隙， R R r r / / 2

16、r 和 d 分別為軸頸的半徑和直徑。R 和 D 分別為軸承的半徑和直徑。 e 為偏心距相對間隙， / r / d 其中：徑向滑動軸承的幾何關(guān)系液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算5液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算4積分一維雷諾方程 )(603hhhvxp并考慮到壓力沿軸承寬度方向的分布，Cp 承載量系數(shù)，與軸承包角，寬徑比B/d和偏心率有關(guān)。 F外載荷，N； 油在平均溫度下的粘度，Ns/m2。 B 軸承寬度，m； v 圓周速度，m/s。 分析思路：1)根據(jù)已知條件計算求得 Cp。 2)根據(jù)Cp由承載量系數(shù)表查取偏心率。3) 計算最小油膜厚度hmin= r(1-)。 PCdBF2（12-21）或

17、vBFdBFCP222可得：(詳細(xì)說明)（12-22）液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算6四、最小油膜厚度 hmin動力潤滑軸承的設(shè)計應(yīng)保證：hminh其中： h=S(Rz1+Rz2)S 安全系數(shù)，考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等，常取S2。對于一般軸承可取為3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。對于重要軸承可取為0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。Rz1、Rz2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點高度。（參見） 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算7五、液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計過程已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸直徑d(mm)。設(shè)計及驗算： 保證

18、在平均油溫tm下 hmin h 驗算溫升 選擇軸承材料，驗算 p、v、pv。 選擇軸承參數(shù)，如軸承寬度(B)、相對間隙()和潤滑油() 。 計算承載量系數(shù)(Cp)并查表確定偏心率()。 計算最小油膜厚度(hmin)和許用油膜厚度(h)。 計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)( f )。 計算軸承溫升(t )和潤滑油入口平均溫度( ti )。 根據(jù)寬徑比( B/d)和偏心率()查取潤滑油流量系數(shù) 。)(vBdq詳細(xì)過程 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算8 極限工作能力校核 根據(jù)直徑間隙()，選擇配合及軸承和軸頸的尺寸公差。 根據(jù)最大間隙(max)和最小間隙(min) ，校核軸承的最小油膜 厚度和潤滑油入口

19、油溫。 繪制軸承零件圖 其它形式滑動軸承簡介112-8其它形式滑動軸承簡介 *一、無潤滑軸承和自潤滑軸承 無潤滑軸承：工作時外界不提供潤滑劑的軸承。 自潤滑軸承：當(dāng)無潤滑軸承材料本身就是固體潤滑材料時，或軸瓦中 含有潤滑介質(zhì)，這種無潤滑軸承常稱自潤滑軸承。二、多油楔滑動軸承固定軸瓦多油楔軸承可傾軸瓦多油楔軸承F詳細(xì)說明詳細(xì)說明 其它形式滑動軸承簡介2其它形式滑動軸承簡介三、液體靜壓軸承原理：依靠液壓系統(tǒng)供給壓力油，壓力油在軸承腔內(nèi)強制形成壓力油膜， 以隔開摩擦表面。特點： 在任何轉(zhuǎn)速和預(yù)定載荷下軸承均處于液體潤滑狀態(tài)； 軸頸與軸承不直接接觸，軸承對材料要求低，壽命長； 油膜剛性大，有良好的吸振

20、性，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)； 需要一套供油設(shè)備。四、氣體潤滑軸承原理：以氣體作為潤滑介質(zhì)，可以空氣、氫氣、氮氣作為潤滑介質(zhì)。分類：氣體動壓潤滑軸承、氣體靜壓潤滑軸承。詳細(xì)說明 特點：高轉(zhuǎn)速(n 100000r/min)、低摩擦損失、無污染、承載能力低。應(yīng)用：高速磨頭、高速離心分離機、原子反應(yīng)堆等場合。自測題自測題10-1滑動軸承材料應(yīng)有良好的嵌藏性是指_。 A摩擦系數(shù)小 B順應(yīng)對中誤差 C容納硬污粒以防磨粒磨損D易于跑合10-2下列各材料中，可作為滑動軸承襯使用的是_。 AZSnSb8Cu4B. 38SiMnMo CGCr15D. HT20010-3在非液體摩擦滑動軸承設(shè)計中，限制p值的主要目的是_。 A防

21、止軸承因過度發(fā)熱而膠合B防止軸承過度磨損 C防止軸承因發(fā)熱而產(chǎn)生塑性變形 D防止軸承因發(fā)熱而卡死CAB10-4在非液體摩擦滑動軸承設(shè)計中，限制pv值的主要目的是_。 A防止軸承因過度發(fā)熱而膠合B防止軸承過度磨損 C防止軸承因發(fā)熱而產(chǎn)生塑性變形D防止軸承因發(fā)熱而卡死10-5潤滑油的主要性能指標(biāo)是_。 A粘性 B油性 C壓縮性D剛度 10-6向心滑動軸承的偏心距e隨著_而減小。 A轉(zhuǎn)速n 增大或載荷 F 的增大Bn的減小或F的減小 Cn的減小或F的增大Dn 增大或F減小10-7設(shè)計動壓向心滑動軸承時，若通過熱平衡計算發(fā)現(xiàn)軸承溫升過高，在下列改進(jìn)設(shè)計的措施中有效的是_。 A增大軸承的寬徑比B/d B

22、減少供油量C增大相對間隙 D換用粘度較高的油AADC10-8動壓向心滑動軸承，若其它條件均保持不變而將載荷不斷增大，則_。 A偏心距e增大 B偏心距e減小C偏心距e保持不變D增大或減小取決于轉(zhuǎn)速高低10-9設(shè)計動壓向心滑動軸承時，若寬徑比 B/d 取得較大，則_。 A軸承端泄量大，承載能力高，溫升高B軸承端泄量大，承載能力高，溫升低C軸承端泄量小，承載能力高，溫升低D軸承端泄量小，承載能力高，溫升高10-10一流體動壓滑動軸承，若其它條件都不變，只增大轉(zhuǎn)速n，其承載能力_。A增大 B減小 C不變D不會增大10-11設(shè)計流體動壓潤滑軸承時，如其它條件不變，增大潤滑油粘 度，溫升將_。 A變小 B

23、變大 C不變 D不會變大ADAB10-12設(shè)計動壓式向心滑動軸承時，若發(fā)現(xiàn)最小油膜厚度hmin不夠大，在下列改進(jìn)措施中有效的是_。A減小軸承的寬徑比B/dB增多供油量C減小相對間隙D換用粘度較低的潤滑油10-13三油楔可傾瓦向心滑動軸承與單油楔圓瓦向心軸承相比，其優(yōu)點是_。 A承載能力高 B運轉(zhuǎn)穩(wěn)定 C結(jié)構(gòu)簡單 D耗油量小10-14在動壓滑動軸承能建立液體動壓潤滑的條件中，不必要的條件是_。 A軸頸和軸瓦表面之間構(gòu)成楔形間隙 B軸頸和軸瓦表面之間有相對滑動 C充分供應(yīng)潤滑油 D潤滑油溫度不超過50 10-15在滑動軸承工作特性試驗中可以發(fā)現(xiàn)，隨轉(zhuǎn)速n的提高，摩擦系數(shù)f_。 A不斷增大B不斷減小C開始減小，進(jìn)入液體摩擦后有所增 D開始增大，進(jìn)入液體摩擦后有所減小CBDC10-16在_情況下，滑動軸承潤滑油的粘度不應(yīng)選得過高。A重載 B高速C工作溫度高 D承受變載荷或沖擊載荷10-17非金屬材料軸瓦中的橡膠軸承主要用于以_作潤滑劑。 A潤滑油 B潤滑脂 C水 D石墨10-18運動粘度是動力粘度