滑動(dòng)軸承(第17章)2

機(jī)械設(shè)計(jì)

第1７章滑動(dòng)軸承1§17-1概述§17-2滑動(dòng)軸承的主要類型§17-3滑動(dòng)軸承的材料§17-4潤(rùn)滑材料和潤(rùn)滑方法§17-5滑動(dòng)軸承的條件性計(jì)算§17-7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算§17-8其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介第十七章滑動(dòng)軸承§17-6流體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程式2滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承3§17-1滑動(dòng)軸承概述軸承的作用是支承軸。二、分類按潤(rùn)滑狀態(tài)不同分混合潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑靜壓潤(rùn)滑一.作用1、根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)分滑動(dòng)(摩擦)軸承滾動(dòng)(摩擦)軸承2、根據(jù)承載方向分徑向軸承推力軸承4滑動(dòng)軸承概述2三、滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)１．高速、高精度、重載的場(chǎng)合；如汽輪發(fā)電機(jī)、機(jī)床等。２．極大型的、極微型的、極簡(jiǎn)單的場(chǎng)合；如自動(dòng)化辦公設(shè)備等。4．受沖擊與振動(dòng)載荷的場(chǎng)合；3．結(jié)構(gòu)上要求剖分的場(chǎng)合；如曲軸軸承四、滑動(dòng)軸承的應(yīng)用場(chǎng)合1．承載能力大，耐沖擊；2．工作平穩(wěn)，噪音低；3．結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，徑向尺寸小。缺點(diǎn)：?jiǎn)?dòng)阻力大，潤(rùn)滑、維護(hù)較滾動(dòng)軸承復(fù)雜。5§17-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)一、徑向滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)１．整體式徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。軸承座整體軸套油杯孔磨損后軸頸與軸承孔之間的間隙無(wú)法調(diào)整；只能沿軸向裝拆。6滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)2２．剖分式徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。應(yīng)用比較廣泛注：剖分面最好垂直于載荷方向

。73．調(diào)心式徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：軸瓦能自動(dòng)調(diào)整位置，以適應(yīng)軸的偏斜。當(dāng)軸傾斜時(shí)，可保證軸頸與軸承配合表面接觸良好，從而避免產(chǎn)生偏載。主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場(chǎng)合。8二.推力滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)環(huán)形軸端單止推環(huán)式多止推環(huán)式實(shí)心軸端9◆環(huán)形軸端：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤(rùn)滑條件比實(shí)心式好?！魡沃雇骗h(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面作為止推面，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便，可承受雙向軸向載荷。廣泛用于低速、輕載的場(chǎng)合?！舳嘀雇骗h(huán)式：承載能力大，可承受雙向軸向載荷。但各環(huán)間載荷分布不均勻。

10推力軸承為什么不宜采用端面實(shí)心式軸勁，而采用空心端面，或環(huán)狀軸勁？端面實(shí)心式軸勁工作時(shí)，在不同半徑處的滑動(dòng)速度不同，造成磨損不同。邊緣處半徑最大，磨損最快，中心處理論上不磨損，形成壓強(qiáng)分布極不均勻?？招亩嗣婊颦h(huán)狀軸勁可克服端面實(shí)心式的缺點(diǎn)，環(huán)面的磨損均勻，壓強(qiáng)分布亦比較均勻。所以推力軸承不宜采用端面實(shí)心式，而采用空心端面或環(huán)狀軸勁。11按構(gòu)造分類整體式對(duì)開式減摩材料——軸承襯按材料分類單金屬多金屬

三.軸瓦結(jié)構(gòu)不便于裝拆，可修復(fù)性差。便于裝拆，可修復(fù)。如黃銅，灰鑄鐵等制成的軸瓦。以鋼、鑄鐵或青銅作軸瓦基體，在其表面澆鑄一層或兩層很薄的減摩材料（稱為軸承襯）。軸承襯的厚度很小，通常不超過(guò)6mm。12

軸瓦的固定整體式軸瓦13軸承襯整體式軸瓦

剖分式軸瓦1415軸瓦結(jié)構(gòu)：由1~3層材料制成

軸瓦內(nèi)表面結(jié)構(gòu)

16油溝與油槽的位置油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊(cè)。軸瓦上開設(shè)油孔和油溝油孔：供應(yīng)潤(rùn)滑油；油溝：輸送和分布潤(rùn)滑油；17不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力油溝長(zhǎng)度≈0.8B（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。18問：滑動(dòng)軸承為什么要設(shè)置軸瓦？軸承合金能否直接制成軸瓦滑動(dòng)軸承裝設(shè)軸瓦的原因是：要求軸瓦常用材料（銅合金）與軸配用時(shí)減摩性好、摩擦系數(shù)小、軸瓦材料硬度低于軸勁硬度，使磨損主要發(fā)生在軸瓦上。因此，磨損報(bào)廢后，更換比更換軸的成本低，而軸承座仍可繼續(xù)使用。軸承合金包括錫銻和鉛銻軸承合金。這類材料的機(jī)械強(qiáng)度低，不能直接制成軸瓦，只能作為軸承襯使用。19§17.3滑動(dòng)軸承的材料1）減摩性、耐磨性、耐蝕性要好；2）抗膠合能力強(qiáng)，導(dǎo)熱性、散熱性好；◆順應(yīng)性：材料通過(guò)表層的彈、塑性變形來(lái)補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面接觸不良的能力?！羟度胄裕翰牧先菁{硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)的刮傷和磨粒磨的性能?！裟ズ闲裕狠S瓦與軸頸表面應(yīng)易于磨合，從而改善摩擦面的接觸狀況。.一.對(duì)軸承材料性能的要求：3）具有足夠的強(qiáng)度，主要包括疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；4）具有良好的適應(yīng)性，主要包括：20

二.滑動(dòng)軸承的材料

1.軸承合金：僅用于軸承襯

2.青銅：廣泛應(yīng)用

3.鋁基合金

4.鑄鐵：經(jīng)濟(jì)、耐磨

5.粉末冶金：含油軸承

6.非金屬材料21滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承在應(yīng)用上的一些區(qū)別滾動(dòng)軸承由于其標(biāo)準(zhǔn)化程度高，使用方便等特點(diǎn)，被應(yīng)用的日益廣泛。但是滑動(dòng)軸承由于自身的不可替代的特點(diǎn)，在一些特殊應(yīng)用場(chǎng)合占有重要的地位，目前滑動(dòng)軸承應(yīng)用的主要場(chǎng)合：

1.轉(zhuǎn)速極高的軸承滾動(dòng)軸承在極高的轉(zhuǎn)速下會(huì)由于高溫使元件回火，流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承由于摩擦系數(shù)極小，發(fā)熱少，容易散熱等原因，不會(huì)對(duì)軸承的工作性能產(chǎn)生影響。這（內(nèi)圓磨床）

2.載荷特重的軸承由于滾動(dòng)軸承元件上為高副接觸，接觸應(yīng)力大，特別是在重載情況下，極高的接觸應(yīng)力會(huì)使元件失效。滑動(dòng)軸承是低副接觸，接觸應(yīng)力小，

223.沖擊很大的軸承由于滾動(dòng)軸承元件上為高副接觸，接觸應(yīng)力大，在沖擊作用下，極易造成永久變形，滑動(dòng)軸承的油膜可以起到緩沖作用，不會(huì)對(duì)元件造成永久性傷害。（軋鋼機(jī)）

4.要求特別精密的軸承有些應(yīng)用場(chǎng)合載荷很大，轉(zhuǎn)速極低，同時(shí)要求設(shè)備具有極高的定位精度，（大型天文望遠(yuǎn)鏡，大型雷達(dá)）

5.剖分式軸承滑動(dòng)軸承很容易做成剖分式結(jié)構(gòu)，但是滾動(dòng)軸承入做成剖分結(jié)構(gòu)則對(duì)性能有很大影響，（內(nèi)燃機(jī)曲軸軸承，連桿軸承，曲柄壓力機(jī)軸承）

6.有特殊要求的軸承（特大尺寸，特殊介質(zhì)，）23摩擦和磨損1.干摩擦：表面間無(wú)潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純金屬間的摩擦；2.邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；3.流體摩擦：表面被流體完全隔開，摩擦性能取決于內(nèi)部分子間的粘性阻力4.混合摩擦：前面三種的混合狀態(tài)，部分固體凸峰接觸§17-4滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑干摩擦液體摩擦邊界摩擦24邊界摩擦：表面被吸附在表面的邊界膜隔開；按邊界膜形成機(jī)理，邊界膜分為：

吸附膜——潤(rùn)滑劑中分子吸附在金屬表面而形成的邊界膜；化學(xué)反應(yīng)膜——潤(rùn)滑劑中以原子形式存在的某些元素與金屬反應(yīng)生成化合物，在金屬表面形成的薄膜。反應(yīng)膜具有較高的熔點(diǎn)，比吸附膜穩(wěn)定。對(duì)于要求低摩擦的摩擦副，液體摩擦是比較理想的的狀態(tài)，維持邊界摩擦或混合摩擦是最低要求。磨損：使摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。25一.潤(rùn)滑油的主要指標(biāo)1.粘度:流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。a）動(dòng)力粘度牛頓粘性定律：在流體中任意點(diǎn)處的切應(yīng)力均與該處流體的速度梯度成正比。u=0Uhuxz剪切應(yīng)力動(dòng)力粘度速度梯度h26運(yùn)動(dòng)粘度與動(dòng)力粘度的換算關(guān)系：動(dòng)力粘度：主要用于流體動(dòng)力計(jì)算。Pa·s運(yùn)動(dòng)粘度：使用中便于測(cè)量。m2/s2.油性（潤(rùn)滑性）：潤(rùn)滑油在摩擦表面形成各種吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜的性能，邊界潤(rùn)滑取決于油的吸附能力。；其它：燃點(diǎn)、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、化學(xué)穩(wěn)定性;粘度↑——摩擦力↑——發(fā)熱↑27轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。二、選擇原則三、潤(rùn)滑脂（速度較小時(shí)可選擇）◆

特點(diǎn)：無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜，

承載能力大，但性能不穩(wěn)定，摩擦功耗大

?！?/p>

適用場(chǎng)合

：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載、

溫度變化不大

以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的

軸承中。◆

性能指標(biāo)：

錐入度和滴點(diǎn)。28

固體潤(rùn)滑劑◆用于有特殊要求的場(chǎng)合，如要求環(huán)境清潔、真空或高溫等。常用的有：二硫化鉬，碳―石墨，聚四氟乙烯等。◆使用方法：1）涂敷、粘結(jié)或燒結(jié)在軸瓦表面；四.潤(rùn)滑脂的

選擇原則：１）當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小的潤(rùn)滑脂；反之，選擇錐入度大的潤(rùn)滑脂。２）所用潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免工作時(shí)潤(rùn)滑脂過(guò)多地流失。五.其它潤(rùn)滑材料2）或調(diào)配到潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂中使用；29六、潤(rùn)滑方法將潤(rùn)滑劑送入軸承的方法主要有：1）壓力潤(rùn)滑；2）滴油潤(rùn)滑；3）飛濺潤(rùn)滑；4）潤(rùn)滑杯（脂潤(rùn)滑）；5）油環(huán)潤(rùn)滑；7）油繩潤(rùn)滑；6）油墊潤(rùn)滑；可根據(jù)系數(shù)K來(lái)選擇潤(rùn)滑方法。（p=F/Bd－軸承的壓強(qiáng)（MPa））軸頸的圓周速度（m/s）BdF30§17-5滑動(dòng)軸承的條件性計(jì)算一、混合摩擦滑動(dòng)軸承失效形式主要失效形式：膠合、磨損等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：至少保持在邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，即維持邊界油膜不破裂。磨損及膠合31二.徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算

目的：防止p過(guò)高，油被擠出，產(chǎn)生“過(guò)度磨損”。Bd式中：B—軸承寬度（mm

）；

[p]—軸瓦材料的許用平均壓強(qiáng)（MPa）。Mpa·m/s32目的：限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合?！鄍v↑→摩擦功耗↑→發(fā)熱量↑→易膠合目的：防止v過(guò)高而加速磨損。33三.推力滑動(dòng)軸承的計(jì)算

a)實(shí)心式b)空心式c)單環(huán)式d)多環(huán)式Z－止推環(huán)數(shù)。式中：d2、d0－止推軸承環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。3417.6流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本理論—雷諾方程取微單元體受力分析，x軸方向35代入邊界條件：y=0，u=v；y=h，u=0流速方程：連續(xù)流動(dòng)方程：任何截面沿x方向單位寬度流量qx相等設(shè)在最大油壓Pmax處，h=h0(即時(shí)，h=h0)，此時(shí)：∴36vVxyVvV=0F

油壓p分布曲線vvh0—為油壓最大處的間隙37形成流體動(dòng)力潤(rùn)滑的必要條件：1.潤(rùn)滑油有一定粘度；2.兩摩擦表面有一定相對(duì)滑動(dòng)速度；3.兩表面形成收斂的油楔；4.充足的供油。（最小油膜厚度大于粗糙度）楔形效應(yīng)3817.7液體動(dòng)壓軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一.流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的工作狀態(tài)no1oo1oo1oo1onn靜止啟動(dòng)不穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行RRRR39二.徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何參數(shù).半徑間隙.相對(duì)間隙.偏心距.偏心率.最小油膜厚度4041三、承載能力和索氏數(shù)S0β—軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對(duì)應(yīng)的角度。α1+α2—承載油膜角φ1—油膜起始角φ2—油膜終止角p=pmax處：h=h0，φ=φ0φ—從起至任意膜厚處的油膜角。4243當(dāng)B=∞，即無(wú)限寬軸承時(shí)，油沿軸向無(wú)流動(dòng)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)：得：44積分一次得任意φ處的油膜壓力pφ：在φ1至φ2區(qū)間內(nèi)，沿外載荷方向單位寬度的油膜力為：對(duì)有限寬軸承，若不計(jì)端泄，油膜承載力F為：S0—索氏數(shù)，無(wú)量綱45S—安全系數(shù)，考慮表面形狀不準(zhǔn)確和零件變形，S≥2

一般可取S=2；四、保證液體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件（充分條件）：Rz1、Rz2—軸頸、軸瓦表面微觀不平度的十點(diǎn)高度，46五.熱平衡計(jì)算目的：為了控制潤(rùn)滑油的溫升，需進(jìn)行熱平衡計(jì)算。熱平衡條件為：摩擦生熱量＝潤(rùn)滑油帶走的熱量＋軸承散發(fā)的熱量式中：μ－摩擦因數(shù)；cp－潤(rùn)滑油的比定壓熱容，一般為1680～2100J/(kg.K)qv－潤(rùn)滑油的體積流量（m3/s），

ab－軸承的表明傳熱系數(shù)Δt－出油平均溫度t2與進(jìn)油溫度t1之差（℃）；ρ－潤(rùn)滑油的密度，一般為850～900（kg／m3）。47液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算6其中：

Cq－流量系數(shù)，與B/d

和ε

有關(guān)。Cμ－摩擦特性系數(shù)，與B/d

和ε

有關(guān)將兩式代入上式得：溫升注：一般按潤(rùn)滑油平均溫度時(shí)的粘度，計(jì)算軸承的承載能力。計(jì)算時(shí)，通常取

t1=35～45℃。平均溫度：48六、參數(shù)選擇1、寬徑比B/dB/d↑—端泄量↓，承載能力↑，軸承剛度↑，Δt↑，η↓B/d↓—端泄量↑，承載能力↓，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性↑493、油粘度ηη↑—F↑—承載能力↑，但易發(fā)熱4、平均壓強(qiáng)pp↑—F一定時(shí)，B、d可↓，尺寸↓；傳動(dòng)較平穩(wěn)p↑↑—hmin↓↓—不易形成動(dòng)壓潤(rùn)滑，磨損↑p↓↓—F↓↓，ε↓，軸頸運(yùn)動(dòng)易失穩(wěn)2、相對(duì)間隙