孫第10章滑動(dòng)軸承

1、102 徑向滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式 一、整體式徑向滑動(dòng)軸承 特點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低 2）軸套磨損后，間隙無(wú)法調(diào)整 3）裝拆不便（只能從軸端裝拆）適于低速、輕載或間隙工作的機(jī)器。動(dòng)畫演示二、剖分式徑向滑動(dòng)軸承 動(dòng)畫演示由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦、螺栓組成。軸承蓋和軸承座的剖分面做成階梯形目的安裝時(shí)易對(duì)中軸承剖分面最好與載荷方向垂直，以防出現(xiàn)泄露，降低承載能力軸承按照剖分面的位置不同分：正剖分、斜剖分特點(diǎn)：軸承裝拆比較方便，軸承間隙可通過(guò)在剖分面上增減墊片實(shí)現(xiàn)。三、自動(dòng)調(diào)心式 動(dòng)畫演示 當(dāng)軸彎曲變形或軸承孔傾斜時(shí)，軸瓦和軸頸會(huì)造成局部接觸，引起劇烈的發(fā)熱和磨損。 采用自動(dòng)調(diào)心式，可實(shí)現(xiàn)軸瓦的自

2、動(dòng)調(diào)心，使軸頸和軸瓦均勻接觸。 軸瓦外表面做成球面形狀，與內(nèi)表面相配合。四、調(diào)隙式徑向滑動(dòng)軸承 調(diào)整兩端的螺母可使軸瓦沿軸向移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)軸頸與軸瓦之間的間隙調(diào)整。五、推力滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)形式 實(shí)心式單環(huán)式多環(huán)式空心式承受軸向載荷103 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料 一、滑動(dòng)軸承的主要失效形式 1 磨磨 粒粒 磨磨 損損 進(jìn)入軸承間隙間的硬顆粒（如灰塵、砂粒等）有的嵌入軸承表面，有的游離于間隙中并隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，它們都將對(duì)軸頸和軸承表面起研磨作用。在起動(dòng)、停車或軸頸發(fā)生邊緣接觸時(shí)，它們都加劇軸承磨損，導(dǎo)致幾何形狀改變、精度喪失，軸間隙加大，使軸承性能在預(yù)期壽命前急劇惡化。 2 咬粘（膠合）咬粘（膠

3、合）當(dāng)軸承溫升過(guò)高，載荷過(guò)大，油膜破裂時(shí)，在潤(rùn)滑油供應(yīng)不足條件下，軸頸和軸的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面材料發(fā)生粘附和遷移，從而造成軸承損壞。咬粘有時(shí)甚至可能導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)中止。3 疲勞剝落疲勞剝落在載荷反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向垂直的疲勞裂紋，當(dāng)裂紋向軸承襯與襯背結(jié)合面擴(kuò)展后，造成軸承襯材料的剝落。它與軸承襯和襯背因結(jié)合不良或結(jié)合力不足造成軸承襯的剝離有些相似，但疲勞剝落周邊不規(guī)則，結(jié)合不良造成的剝離則周邊比較光滑。4 腐蝕腐蝕潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對(duì)軸承材料有腐蝕性，特別是對(duì)鑄造銅鉛合金中的鉛，易受腐蝕而形成點(diǎn)狀的脫落。氧對(duì)錫基巴氏合金的腐蝕，會(huì)使軸承表面形成一層由SnO2和SnO

4、混合組成的黑色硬質(zhì)覆蓋層，它能擦傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。此外，硫?qū)y或含銅的軸承材料的腐蝕，潤(rùn)滑油中水分對(duì)銅鉛合金的腐蝕，都應(yīng)予以注意。 此外，由于工作條件不同，滑動(dòng)軸承還可能出現(xiàn)氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕和微動(dòng)磨損等損傷。 二、軸瓦的材料 對(duì)軸瓦材料的基本要求是： 有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度；低摩擦系數(shù)，有良好的耐磨性、抗膠合性、跑合性、嵌藏性；熱膨脹系數(shù)小，有良好的導(dǎo)熱性和潤(rùn)滑性以及耐腐蝕性；有良好的工藝性。 現(xiàn)有的軸瓦材料尚不能滿足上述全部要求，因此設(shè)計(jì)時(shí)只能根據(jù)最主要的要求，選擇材料。2. 常用的軸瓦材料有三大類： 金屬材料 軸承合金(白合金、巴氏合金)：減摩性能最好，易跑合，具有

5、良好的抗膠合性和耐腐蝕性，但彈性模量和機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較小一般用來(lái)作軸承襯。 銅合金：具有較高的疲勞強(qiáng)度，良好的耐磨，但是塑性差，不易跑合，與之相配的軸頸必須淬硬。適用于中速重載、低速重載的場(chǎng)合。 粉末冶金材料 含油軸承：將不同的金屬粉末壓制燒結(jié)而成的多孔結(jié)構(gòu)材料，孔隙占1035%，可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油。適用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不方便的場(chǎng)合。 非金屬材料 塑料、橡膠、尼龍、硬木和石墨等。軸 瓦 結(jié) 構(gòu) 一、軸瓦的型式和構(gòu)造 整體式軸瓦 剖分式軸瓦二、軸瓦的定位 雙金屬軸瓦 為了提高軸瓦的減摩性，常在軸瓦內(nèi)表面加一層或兩層減摩材料，稱為軸承襯，軸瓦即成為雙金屬結(jié)構(gòu)或三金屬結(jié)構(gòu)。三、油孔及油槽 為了把潤(rùn)滑油

6、導(dǎo)入整個(gè)摩擦面間，軸瓦或軸頸上須開(kāi)設(shè)油孔或油槽。油孔、油槽開(kāi)設(shè)原則 ：1、潤(rùn)滑油應(yīng)從油膜壓力最小處輸入軸承 2、油槽（溝）開(kāi)在非承載區(qū)，否則會(huì)降低油膜的承載能力 3、油槽軸向不能開(kāi)通，以免油從油槽端部大量流失 常用的油槽形狀如下：104 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑劑對(duì)滑動(dòng)軸承的工作性能與壽命影響極大，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意根據(jù)軸承的工況，選擇合適的潤(rùn)滑劑。 常用的潤(rùn)滑劑為潤(rùn)滑脂和潤(rùn)滑油，其中以潤(rùn)滑油應(yīng)用最廣。1、潤(rùn)滑油 壓力大、溫度高、載荷沖擊變動(dòng)大宜選擇粘度大的潤(rùn)滑油 滑動(dòng)速度大宜選擇粘度較低的潤(rùn)滑油 粗糙或未經(jīng)跑合的表面宜選擇粘度較高的潤(rùn)滑油 10.4 2、潤(rùn)滑脂 一、潤(rùn)滑劑的選用 10.3二、潤(rùn)滑方

7、式及供油裝置 1、油潤(rùn)滑 連續(xù)供油: 間歇供油:油壺或油槍1) 滴油潤(rùn)滑 2) 繩芯潤(rùn)滑3) 油環(huán)潤(rùn)滑 4) 浸油潤(rùn)滑 5) 飛濺潤(rùn)滑 6) 壓力循環(huán)潤(rùn)滑 2、脂潤(rùn)滑 旋蓋式油脂杯、黃油槍 10.5105非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）限制軸承的平均壓強(qiáng) 限制軸承的平均壓強(qiáng)p，以保證潤(rùn)滑油不被擠出，避免工作表面的過(guò)度磨損，即 pp徑向軸承：p=Fr/dBpMPa推力軸承：p=4Fa/（Z(d2-d20)k）pMPa一、失效形式 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的工作表面不能被潤(rùn)滑油完全隔開(kāi)，只能形成邊界油膜，存在局部金屬表面的直接接觸。因此，表面磨損和因邊界油膜破裂導(dǎo)致的表面膠合（或燒瓦）是其主要失效形

8、式。因此設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)是：維持邊界油膜不遭破裂。但由于邊界油膜的機(jī)理尚未完全弄清，目前的設(shè)計(jì)計(jì)算只能是間接的、條件性的。二、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 （2）限制軸承的pv值 由于pv值與摩擦功率損耗成正比，它間接地表征了軸承的發(fā)熱程度。限制pv值，以防止軸承溫升過(guò)高，出現(xiàn)膠合破壞。即： pvpv徑向軸承：pv= Frn/19 100BpvMPam/s推力軸承：上式v應(yīng)取平均線速度，即 v=dmn/（601 000），dm=d+d0/2（3）限制軸承的滑動(dòng)速度v 當(dāng)壓強(qiáng)p較小時(shí)，即使p與pv都在許用范圍內(nèi)，也可能因滑動(dòng)速度v過(guò)大而加劇磨損，故要求： vvm/sp、pv、v的值見(jiàn)常用金屬軸承材料性能表 106 液體動(dòng)

9、力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 一、流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程 流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本方程是流體膜壓力分布的微分方程。它是從粘性流體動(dòng)力學(xué)的基本方程出發(fā)，作了一些假設(shè)條件后得出的，這些假設(shè)條件是：流體為牛頓流體；流體膜中流體的流動(dòng)是層流；忽略壓力對(duì)流體粘度的影響；略去慣性力及重力的影響；認(rèn)為流體不可壓縮；流體膜中的壓力沿膜厚方向不變。 設(shè)兩平板被潤(rùn)滑油隔開(kāi)，板A沿x軸方向以速度v移動(dòng)；另一板B為靜止。再假定油在兩平板間沿 z軸方向沒(méi)有流動(dòng)(可視此運(yùn)動(dòng)副在z軸方向的尺寸為無(wú)限大)?，F(xiàn)從層流運(yùn)動(dòng)的油膜中取一微單元體進(jìn)行分析。 根據(jù)x方向的平衡條件,得整理后得根據(jù)牛頓流體摩擦定律,得代入上式得上式表示了壓

10、力沿x 軸方向的變化與速度沿y軸方向的變化關(guān)系。下面進(jìn)一步介紹流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本方程。 1、油層的速度分布將上式改寫成 根據(jù)邊界條件決定積分常數(shù)C1及C2:當(dāng)y=0時(shí),v= V; y=h(h為相應(yīng)于所取單元體處的油膜厚度)時(shí),v=0,對(duì)y 積分整理后得 由上可見(jiàn),v由兩部分組成：式中前一項(xiàng)表示速度呈線性分布，這是直接由剪切流引起的；后一項(xiàng)表示速度呈拋物線分布，這是由油流沿x方向的變化所產(chǎn)生的壓力流所引起的。2、潤(rùn)滑油流量當(dāng)無(wú)側(cè)漏時(shí),潤(rùn)滑油在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任意截面上單位寬度面積的流量為將油層速度代入并積分得該式為一維雷諾方程。當(dāng)潤(rùn)滑油連續(xù)流動(dòng)時(shí),各截面的流量相等,由此得 306hhhvxp形

11、成流體動(dòng)力潤(rùn)滑(即形成動(dòng)力油膜)的必要條件是： 相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙。被油膜分開(kāi)的兩表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度，運(yùn)動(dòng)方向?yàn)槭褂蛷拇罂诹鬟M(jìn),小口流出。 潤(rùn)滑油必須有一定的粘度，供油要充分。 動(dòng)畫演示二、徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的過(guò)程 當(dāng)軸頸靜止時(shí)，軸頸處于軸承孔的最低位置，并與軸瓦接觸。此時(shí)，兩表面間自然形成一收斂的楔形空間。當(dāng)軸頸開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，速度極低，帶入軸承間隙中的油量較少，這時(shí)軸瓦對(duì)軸頸摩擦力的方向與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升(圖b)。隨著轉(zhuǎn)速的增大，軸頸表面的圓周速度增大，帶入楔形空間的油量也逐漸加多。這時(shí)，右側(cè)楔形油膜產(chǎn)生了

12、一定的動(dòng)壓力，將軸頸向左浮起。當(dāng)軸頸達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸便穩(wěn)定在一定的偏心位置上(圖c)。這時(shí)，軸承處于流體動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)，油膜產(chǎn)生的動(dòng)壓力與外載荷F相平衡。此時(shí)，由于軸承內(nèi)的摩擦阻力僅為液體的內(nèi)阻力，故摩擦系數(shù)達(dá)到最小值。 動(dòng)畫演示三、徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系和承載能力 1、幾何關(guān)系 直徑間隙： dD半徑間隙： rR偏心率： rd偏心距： 1ooe 相對(duì)間隙： /ex 最小油膜厚度：hmin=-e=(1-)=r(1-) hminhmin=S(Rz1+Rz2)寬徑比=B/dFCdBF2 2/2/3212113BBFdZfdfdfBCCF承載量系數(shù)hmin越?。▁越大），B/d越大，CF越大，軸承的

13、承載能力F越大。2、油膜承載能力 dDFz=1Bd=1413=12動(dòng)畫演示四、軸承的熱平衡計(jì)算 軸承工作時(shí)，摩擦功耗將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃浚節(jié)櫥蜏囟壬?。如果油的平均溫度超過(guò)計(jì)算承載能力時(shí)所假定的數(shù)值，則軸承承載能力就要降低。因此要計(jì)算油的溫升t，并將其限制在允許的范圍內(nèi)。 為了保證軸承的承載能力，建議平均溫度不超過(guò)75。設(shè)計(jì)時(shí)，通常先給定tm，再求出t，然后校核油的入口溫度ti 若t1(3545), 熱平衡易建立，則應(yīng)降低tm，再行計(jì)算。 若t180易過(guò)熱失效，改變相對(duì)間隙和油的粘度重新計(jì)算五、軸承參數(shù)選擇 相對(duì)間隙：相對(duì)間隙是影響軸承工作性能的一個(gè)主要參數(shù)。寬徑比B/d：寬徑比對(duì)軸承承載能力、耗油量和軸承溫升影響很大。 潤(rùn)滑油粘度：粘度大，則軸承承載能力高，但摩擦功耗大，油流量小，軸承溫升高。軸承表面粗糙度：軸承最小油膜厚度hmin受軸承表面粗糙度的限制。六、設(shè)計(jì)方法 1）初步確定設(shè)計(jì)方案 根據(jù)軸頸直徑d、轉(zhuǎn)速n及軸上外載荷F等工作條件，參考有關(guān)經(jīng)