第7章-滑動軸承

主要內(nèi)容

1、滑動軸承的結(jié)構、類型、特點及軸瓦的材料和選用原則。

2、非液體摩擦和液體摩擦徑向滑動軸承的設計準則和設計方法。

3、液體摩擦動壓潤滑單油楔徑向滑動軸承的參數(shù)對軸承承載能力的影響。第七章

滑動軸承設計重點

1、軸瓦材料及其應用。

2、軸承的設計準則及設計方法。

3、液體動壓潤滑的基本方程式。

4、液體摩擦動壓徑向滑動軸承的設計及主要參數(shù)的選擇。一、滑動軸承的類型及其結(jié)構型式1.類型按承載方向分按摩擦狀態(tài)分向心滑動軸承推力滑動軸承液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承動壓軸承靜壓軸承推力軸承向心軸承滾動軸承和滾動軸承相比，滑動軸承具有承載能力高、抗振性好，工作平穩(wěn)可靠，噪聲小，壽命長等優(yōu)點，它廣泛用于內(nèi)燃機、軋鋼機、大型電機及儀表、雷達、天文望遠鏡等方面?；瑒虞S承的摩擦狀態(tài)完全液體摩擦邊界摩擦干摩擦潤滑油膜將摩擦表面完全隔開，只存在液體分子間的摩擦潤滑油膜部分地將摩擦表面隔開，部分摩擦表面仍可直接接觸摩擦表面間沒有任何物質(zhì)的摩擦邊界摩擦常與半液體摩擦、半干摩擦并存，通稱非液體摩擦2.結(jié)構型式向心軸承剖分式整體式結(jié)構簡單安裝困難間隙不可調(diào)結(jié)構較繁間隙可調(diào)廣泛采用水平剖分斜剖分間隙可調(diào)式自動調(diào)心式推力軸承實心式空心式單環(huán)式多環(huán)式中間比壓大對于尺寸較大的平面推力軸承，為了改善軸承的性能，便于形成液體摩擦狀態(tài)?？稍O計成多油楔形狀結(jié)構

多油楔推力軸承二、軸瓦的材料和結(jié)構1.軸瓦的材料(1)基本要求耐磨性磨損少減摩性摩擦系數(shù)小其他要求：抗膠合性跑合性耐腐蝕性強度

……(2)常用材料鑄鐵輕載、低速的軸瓦材料軸承合金

(巴氏合金)錫基鉛基銻、銅鹼金屬硬粒錫基體或鉛基體綜合性能好機械強度較低價昂軸承合金澆鑄在鋼或鑄鐵的軸瓦基體上銅合金錫青銅

中速、中載或重載鋁青銅

低速重載鉛青銅

高速重載粉末冶金鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成多孔性存油用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合非金屬材料塑料、橡膠、尼龍等摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大2.軸瓦的結(jié)構(1)軸瓦的結(jié)構要素油孔油溝壁厚定位唇油室定位唇：防止軸瓦在軸承中移動壁厚油孔和油溝：將油引入軸承油室：存油(2)結(jié)構型式整體式剖分式為了使滑動軸承獲得良好的潤滑，軸瓦或軸頸上需開設油孔及油溝，油孔用于供應潤滑油，油溝用于輸送和分布潤滑油。其位置和形狀對軸承的承載能力和壽命影響很大。通常，油孔應設置在油膜壓力最小的地方；油溝應開在軸承不受力或油膜壓力較小的區(qū)域，要求既便于供油又不降低軸承的承載能力。圖8-11為油孔和油溝對軸承承載能力的影響。圖8-12為幾種常見的油溝，油孔和油溝均位于軸承的非承載區(qū)，油溝的長度均較軸承寬度短。ab三潤滑劑和潤滑裝置

1

潤滑劑潤滑劑的功用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振和防銹等。潤滑劑分類：液體潤滑劑——潤滑油、半固體潤滑劑——潤滑脂和固體潤滑劑等。潤滑油粘度——表征液體流動的內(nèi)摩擦性能。它是液體流動時內(nèi)摩擦阻力的量度。潤滑油的粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，流動性越差，因此，在壓力作用下，油不易被擠出，易形成油膜，承載能力強，但摩擦系數(shù)大，效率較低。流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示平行板間油的層流流動貼近靜止扳的油層速度各油層以不同速度移動貼近移動扳的油層速度油層間剪應力與油層速度梯度成正比(粘性流體粘性定律)比例常數(shù)，即動力粘度設長寬高各為

1m的流體，若上下兩面發(fā)生

1m/s的相對滑動，所需施加的力為

1N時，

則該流體的粘度為

1個國際單位制的動力粘度記為

Pa.s(用于流體動力學計算

)動力粘度動力粘度與同溫下該流體密度的比值(潤滑油的粘度)單位換算國際單位制物理單位稱為

St(斯)常用單位cSt(厘斯)運動粘度粘-溫曲線：潤滑油的粘度隨著溫度的升高而降低。潤滑油的粘度隨著壓力的升高而增大，但壓力不太高時（小于10MPa），變化極小，可忽略不計。溫度壓力粘度粘度粘度－溫度曲線牌號：我國的石油產(chǎn)品是用運動粘度（cSt）標定的，GB443—89規(guī)定采用潤滑油在40oC時的運動粘度中心值作為潤滑油的牌號選用潤滑油的原則外載大

—

難形成油膜

—

選粘度高的油速度高

—

摩擦大

—

選粘度低的油溫度高

—

油變稀

—

選粘度高的油比壓大

—

油易擠出

—

選粘度高的油潤滑脂特點及應用：密封簡單，不需經(jīng)常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以應用。潤滑脂對載荷和速度的變化有較大的適應范圍，受溫度的影響不大，但摩擦功耗較大，機械效率較低，故不宜用于高速。因此潤滑脂主要用于低速或帶有沖擊的機器。由潤滑油和各種稠化劑（如鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。分類：

1）鈣基潤滑脂具有耐水性，常用于60°C以下的各種機器中的軸承潤滑，是目前使用最多一種潤滑脂。

2）鈉基潤滑脂可用于115～145°C以下，但不耐水。

3）鋰基潤滑脂性能優(yōu)良，耐水，適用在-20～150°C范圍內(nèi)工作，并可代替鈣基、鈉基潤滑脂。固體潤滑劑分類：

1）石墨性能穩(wěn)定，在350°C以上才開始氧化，并可在水中工作。

2）聚四氟乙稀摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。

3）二硫化鉬與金屬表面吸附性強，摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍也廣（-60～300°C），但遇水則性能下降。應用：一般在超出潤滑油和潤滑脂使用范圍才使用。常將固體潤滑劑調(diào)合在潤滑油中使用，也可以涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜，或者用固結(jié)成型的固體潤滑劑嵌裝在軸承中使用，或者混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。2潤滑裝置間歇潤滑可用于小型、低速或間歇運動的軸承。對于重要的軸承，必須采用連續(xù)供油的方法。

1）壓配式注油杯

2）旋套式注油杯

3）旋蓋式油脂杯連續(xù)潤滑

1）滴油潤滑①針閥油杯；②油芯油杯

2）油環(huán)潤滑

3）飛濺潤滑

4）壓力循環(huán)潤滑四、非液體摩擦滑動軸承的設計1.失效形式及計算準則設計準則失效形式磨損防止過度磨損發(fā)熱引起膠合防止膠合單位面積摩擦功率比壓小、油難擠出、潤滑好速度大、磨損大非液體摩擦滑動軸承工作時，因其摩擦表面不能被潤滑油完全隔開，只能形成邊界油膜，存在局部金屬表面的直接接觸。因此，軸承工作表面的磨損和因邊界油膜的破裂導致的工作表面膠合或燒瓦是其主要失效形式。設計時，約束條件是：維持邊界油膜不遭破裂。壓強向心軸承推力軸承速度向心軸承推力軸承油溝引起接觸面積減小系數(shù)2.設計步驟(1)選擇軸承結(jié)構型式及材料(2)初定軸承基本型式和參數(shù)選擇寬徑比承載散熱性油溫(3)校核計算(4)選擇軸承的配合(5)選擇潤滑劑和潤滑裝置五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設計1.壓力油膜形成的原理軸頸和軸瓦同心時兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時兩傾斜板的摩擦狀況(1)兩平行板(2)兩傾斜板層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動前進油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力沿方向按線性變化潤滑油不可壓縮“擁擠”形成壓力油的粘性和壓力的作用，改變了油層速度變化規(guī)律2.液體動壓潤滑的基本方程對

y積分：邊界條件：假設油按層狀流動忽略壓力、溫度的影響油不可壓縮油層在Z方向無流動任意截面上單位寬度(z方向)的流量設油膜壓力最大處(此截面)的間隙為則流體是連續(xù)的一維雷諾方程討論之一：由油膜壓力沿

x方向變化規(guī)律對平行板對傾斜板平行板間油膜壓力沿

x方向無變化，等于入口處壓力

(壓力為

0)入口處速度圖形為凹形出口處速度圖形為凸形在處油膜厚度為u沿

y方向線性分布油膜壓力達討論之二：液體摩擦形成的條件由(1)兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙(2)兩工作表面必須有一定的相對運動，且

v方向是從大口道小口(3)間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油若則無粘度各油層無速度兩板間油無流動不能形成油膜壓力討論之三：向心滑動軸承動壓油膜形成過程(1)停車(2)啟動金屬直接接觸摩擦力使軸頸右移油膜壓力將軸頸托起其合力將軸頸左推(3)隨著油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡(4)為工作轉(zhuǎn)速油膜壓力偏心距

e3.承載能力計算(1)轉(zhuǎn)換為極坐標系取連線為極坐標軸偏心距間隙相對間隙偏心率任意處(M點

)的油膜厚度最小油膜厚度最大油膜壓力處的厚度(2)承載能力的推導過程代入雷諾方程承載區(qū)任意點

M的油膜壓力沿

y方向的分壓力沿

z方向單位寬度上油膜壓力的合力考慮端泄油膜總壓力與外載

F平衡研究點

M承載量系數(shù)采用國際單位：當軸承結(jié)構確定由則可計算承受多大的徑向載荷

F計算由承載量系數(shù)公式的用途則可計算承受外載

F時要多大的動壓潤滑條件：軸瓦表面粗糙度軸頸表面粗糙度4.主要參數(shù)的選擇承載回轉(zhuǎn)精度摩擦阻力溫度軸承寬度油膜壓力承載散熱溫升承載端泄溫升選軸承配合(1)相對間隙的選擇：載荷大、應取小一些，提高承載能力速度大、應取大一些，減少發(fā)熱經(jīng)驗公式計算(2)寬徑比軸頸中心與軸承中心接近重合反之，接近于

1受表面粗糙度、幾何形狀誤差、軸變形、安裝誤差等的限制軸承表面粗糙度軸頸表面粗糙度轉(zhuǎn)速載荷油膜壓力承載(3)偏心率值越趨向于0一般：(4)最小油膜厚度（即）不可能無限小一般：動壓潤滑條件5.熱平衡計算(1)溫升公式摩擦發(fā)熱量流動油帶走的熱量軸承散熱量溫升比熱密度散熱系數(shù)摩擦特性系數(shù)流量系數(shù)(2)熱平衡計算初定計算左右初定值與計算值相差大于

5oC時，

必須改變參數(shù)重新計算

不得超過

30oC

定得過高、粘度下降定得過低、外部冷卻難左右8已知潤滑油牌號

L-AN327選軸瓦材料

ZSnSb11Ch6[p]=25、[v]=80、[pv]=1006pv值(Mpa.m/s)63.7451.035速度(m/s)31.44壓強(MPa)2.031.6253軸承寬度(m)0.160.22選取寬徑比

0.81.01選結(jié)構型式

正剖分軸承、剖分面兩側(cè)供油、包角為

180°9初定平均溫度(°C)50設計動壓向心滑動軸承已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求軸承剖分、L-AN32潤滑油設計項目方案

1方案

2方案

3序號

10查運動粘度(mm2/s)2011動力粘度(Pa.s)0.01812選擇相對間隙

0.001450.00190.002313選擇軸頸表面粗糙度(μm)1.614選擇軸瓦表面粗糙度(μm)3.215承載量系數(shù)

0.7561.2971.5216查偏心率

0.50.660.62517最小油膜厚度(mm)0.07250.06460.0862518計算(2~3)(Rz1+Rz2)值

0.0096~0.014420查摩擦特性系數(shù)

3.52.32.021查流量系數(shù)

0.1380.1650.13819最小油膜厚度是否足夠

足夠設計項目方案

1方案

2方案

3序號22潤滑油溫升(°C)32.818.215.223取入口溫度(°C)4024計算平均溫度(°C)56.449.147.625平均溫度初定值與計算值誤差(°C)6.4-0.9-2.426熱平衡計算是否合格

超過

5°C合格

合格設計項目方案

1方案

2方案

3序號

1、驗算滑動軸承最小油膜厚度hmin的目的是＿＿。

A、確定軸承是否能獲得液體摩擦B、控制軸承的發(fā)熱量

C、計算軸承內(nèi)部的摩擦阻力D、控制軸承的壓強p

2、巴氏合金用來制造＿＿。

A、單層