機械設(shè)計基礎(chǔ)第五版楊可楨17

第15章

滑動軸承§15-1§15-2§15-3§15-4§15-5§15-6§15-7§15-8摩擦狀態(tài)滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式軸瓦及軸承襯材料潤滑劑和潤滑裝置非液體摩擦滑動軸承的計算動壓潤滑的基本原理液體動壓多油楔軸承簡介靜壓軸承與空氣軸承簡介軸承的功用：支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損 滾動軸承

優(yōu)點多，應(yīng)用廣分類：滑動軸承

用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。應(yīng)用實例：汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用滑動軸承。§15-1摩擦狀態(tài)干摩擦固體表面直接接觸，因而功耗↑磨損↑溫度↑不用許出現(xiàn)干摩擦！邊界摩擦燒毀軸瓦v運動副表面有一層厚度<1

μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面分開，其表面微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f

≈

0.1

~

0.33.

液體摩擦有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。摩擦和磨損極輕，f

≈

0.001

~

0.01vvvfηn/po在一般機器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。η-動力粘度，p-壓強，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)一、向心滑動軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等?！?5-2

滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式榫口螺紋孔軸承座軸承軸承座剖分式向心滑動軸承軸承蓋聯(lián)接螺栓整體式向心滑動軸承剖分軸瓦薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布在整個軸徑上。進油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套油溝形式寬徑比B/d----軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù)液體潤滑摩擦的滑動軸承:

B/d=0.5~1非液體潤滑摩擦的滑動軸承:

B/d=0.8~1.5B軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時結(jié)構(gòu)如大型液體滑動軸承常設(shè)計成兩邊供油的形式，既有利

于形成動壓油膜，又起冷卻作用。45d二、推力滑動軸承作用：用來承受軸向載荷類型用來承受停結(jié)構(gòu)特點：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為6~12。固定式——傾角固定，頂部預(yù)留平臺，車后的載荷。可傾式——傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行調(diào)整，性能好。F巴氏合金繞此邊線自行傾斜計F§15-3軸瓦及軸承襯材料軸承襯材料要求：摩擦系數(shù)??；導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)?。荒湍?、耐腐蝕、抗膠合能力強；有足夠的機械強度和塑性。能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不

同的金屬組合在一起，性能上取長補短。一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金優(yōu)點：

f

小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。缺點：價格貴、機械強度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。工作溫度：t<120℃由于巴式合金熔點低2）青銅優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達(dá)250℃。缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。錫青銅鉛青銅鋁青銅中速重載中速中載低速重載3）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊?。運轉(zhuǎn)時軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動進入摩擦表面起到潤滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長時間。鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、

耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學(xué)溶液等潤滑的優(yōu)點。缺點：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3平穩(wěn)沖擊2520[p]

[pv]Mpa

Mpa.m/s2015HBS金屬型

砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性?！?5-4

潤滑劑和潤滑裝置一、潤滑劑作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等分類液體潤滑劑——潤滑油半固體潤滑劑——潤滑脂固體潤滑劑1.

潤滑油在用的大部分潤滑油為礦物油（石油）粘度——重要參數(shù)A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。A液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：dudy——牛頓液體流動定律η——液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度(Pa

·s或)泊：1P=1

dyn

·

s/cm2單位：N

·

s/m2運動粘度：ν=ηρ單位：m2

/s

或斯St：cm2

/s或厘斯cSt：1St=100

cSt實驗結(jié)果：τ=ηoxyy

dydu分析位置y處薄層的受力B我國石油產(chǎn)品是用運動粘度標(biāo)定的表15-2常用常用潤滑油的主要性質(zhì)全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機油GB11120-89名

稱 代

號≤

C40

℃的粘度

凝點

閃點(開式)mm2/s

≥

C用于高速底負(fù)荷機械、精密機床、紡織紗錠的潤滑和冷卻。普通機床的液壓油。用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機床導(dǎo)軌、礦山機械的潤滑。用于汽輪機、發(fā)電機等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤滑軸承L-AN76.12~7.48-10110L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-AN10090~1100210L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途0.070.060.050.040.030.0230

40

50

60

70

80

90

℃潤滑油的特性

1）溫度t↑2）壓力p↑選用原則1)載荷大、溫度高的軸承，0.08宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；2.潤滑脂潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點：密封簡單、不需要經(jīng)0.01常添加、不易流失；對速度

和溫度不敏感，適用范圍廣。但p<10Mpa時可忽略。變化很小ηη↓η↑粘—溫圖L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32缺點：摩擦損耗較大、機械效率低，不適宜高速場合。目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各種機械設(shè)備的軸承。3.固體潤滑劑石墨——性能穩(wěn)定、t>350℃才開始氧化，可在水中工作聚氟乙烯樹脂——摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。二流化鉬（MoS2）——摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣(-60~300℃)，但遇水性能下降。用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。使用方式：調(diào)和在潤滑油中；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云二、潤滑裝置1.

油杯旋蓋式油杯脂用壓注式油杯彈簧蓋油杯針閥設(shè)計：潘存云式油杯2.油環(huán)1.軸承的壓強pF——徑向載荷，B——軸瓦寬度，d——軸徑，[p]——許用壓強。§15-5

非液體摩擦滑動軸承的計算在油、脂中加入少量石墨或二流化鉬粉末，形成邊界

油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。限制軸承壓強p，以保證潤滑油不被過大的壓一、向心軸承力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)F生過渡的磨損。p=

Bd

≤[p]材料及其代號鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅平穩(wěn)

25沖擊

20表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能[p]

[pv]Mpa

Mpa.m/s2015HBS金屬型

砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC15015028027309080151510152.軸承的pv值n——轉(zhuǎn)速，[pv]——許用值。pv

=F

·

πdnBd 60×

1000≤[pv]pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，

p壓v越強大限，制溫p以升保越證高潤，滑越劑容不易被引擠起出油膜的破裂二、推力軸承pvm=[pv]z——軸環(huán)數(shù),≤[p]考慮承載的不均勻性，[p]、[pv]應(yīng)降低20~40%Fd1d2Fd1d2§15-6

動壓潤滑的基本原理FFFh1aah2c一、動壓潤滑的形成和原理和條件相等兩，板平A不會形下沉。板但若之板A有間載荷不時，油能向兩形邊擠出成，板壓A逐漸力下沉，油直到膜與B板！接觸。

先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運動，板間充滿潤滑油，無載荷時，液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量如兩板不平行板。板間間隙呈沿運動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進油多而出油少。由于液體實際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。動壓油膜——因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。vv

cvh0vbb

FF形成動壓油膜的必要條件：y∑

F

=F∑

Fx

≠

0y∑

F

=F∑

Fx

=

0兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動芳方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。向心軸承動壓油膜的形成過程：將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速靜止

爬升質(zhì)心左移e

——偏心距設(shè)計：潘存e二、流體動壓潤滑的基本方程假設(shè)條件：1.Z向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；壓力p

不隨y

值的大小而變化；潤滑油粘度η不隨壓力而變化；潤滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進行受力分析:ττ+dτB

pAxp+dpzypdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz

–τdxdz=0dxdp=dyduτ=η整理后得又有dxdp

=ηd2udy2任意一點的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。u=y

+C1y+C2dτd

y得1

dp22η

dx對y積分得邊界條件當(dāng)y=0時，u=-v2C

=

-v當(dāng)y=h時，u=0C1=

2η

dx

h

+1

dpvhvFaacxzy代入得(y2-

hy)

+u=

2ηdx1

dpvy-hh任意截面內(nèi)的流量依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過不同截面的流量是相等的該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0b-b截面內(nèi)的流量負(fù)號表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個截面的流量相等，故有：dp

=6ηvh0-hdx

h3得——一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線p=f(x)v

c在b-b處

h=h0，

p=pmax速度梯度du/dy呈線性分布，其余位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。液體動壓潤滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動力粘度、相對滑動速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。pmaxxph0bbωω§15-