滑動軸承.ppt

1、第十二章 滑動軸承,12-1 概 述,一、軸承的功用和分類,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,1、軸承功用,2、軸承分類,按摩擦性質(zhì),滑動軸承 滾動軸承,二、滑動軸承的特點及應(yīng)用場合,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。,在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進器的軸承。,徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機。,用于高速、高精度、重載、結(jié)

2、構(gòu)上要求剖分等場合。,比較滑動軸承與滾動軸承的特點和應(yīng)用場合 滑動軸承多用于兩種極端情況： 1、不常運轉(zhuǎn)或低速、輕載、不重要情況，如手動機械和簡單的農(nóng)業(yè)機械等，可用非液體滑動軸承，因為它們結(jié)構(gòu)簡單，成本低，摩擦大，效率低； 2、用于高速、重載、高精度的重要機械，如水輪機、汽輪機、內(nèi)燃機、軋鋼機、電機等，常采用液體摩擦滑動軸承，因為它們摩擦小，效率高，承載能力大，工作平穩(wěn)，能減振緩沖，但設(shè)計、制造、調(diào)整、維護要求高、成本高。 滾動軸承多用于一般機械,三、滑動軸承的分類,1、按受載類型 徑向軸承徑向力 止推軸承軸向力,2、按潤滑狀態(tài) 不完全液體滑動軸承 液體滑動軸承,動壓軸承 靜壓軸承,3、滑動軸

3、承設(shè)計內(nèi)容,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。,12-2 滑動軸承的主要結(jié)構(gòu)形式,一、整體式徑向滑動軸承,2、組成：,整體軸套,1、作用：主要承受徑向載荷。,軸承座 整體軸套,減摩材料制成,軸承座,3、優(yōu)點：,結(jié)構(gòu)簡單 成本低廉,4、缺點：,軸套磨損后，軸承間隙過大無法調(diào)整 裝拆不方便,5、使用場合：,低速輕載 間歇性工作場合,2、組成：,3、優(yōu)點：,裝拆方便 磨損后間隙可調(diào)整,二、對開式徑向滑動軸承,榫口，安裝對心容易,螺紋孔，安裝油杯,軸承座,軸承蓋,聯(lián)接螺栓,剖分軸瓦,軸承蓋:,剖分式軸瓦:,雙頭螺栓

4、:,1、作用：主要承受徑向載荷。,軸承座:,壓緊軸瓦，起支撐保護作用,支撐軸頸，不能轉(zhuǎn)動,連接軸承座和軸承蓋,二、對開式徑向滑動軸承,4、調(diào)心軸承,軸瓦的背面為凸球面 支撐面為凹球面 軸瓦能擺動，以自動調(diào)心，適應(yīng)軸的變形 用于支承跨距較大或多支點的長軸,三、止推滑動軸承,1、作用：用來承受軸向載荷,2、軸承結(jié)構(gòu)：,在傳遞功率一定的情況下 P=Fv 越靠近中心，線速度越小 則承受的壓力越大,空心式,單環(huán)式,多環(huán)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。,？,三、止推滑動軸承,1、作用：用來承受軸向載荷,2、軸承結(jié)構(gòu)：,空心式,單環(huán)式,多環(huán)式,利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方

5、便，廣泛用于低速、輕載的場合。,三、止推滑動軸承,1、作用：用來承受軸向載荷,2、軸承結(jié)構(gòu)：,空心式,單環(huán)式,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%。,三、止推滑動軸承,1、作用：用來承受軸向載荷,2、軸承結(jié)構(gòu)：,3、止推盤結(jié)構(gòu)：,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塊。其數(shù)量一般為612。,-傾角固定，頂部預(yù)留平臺，,類型,固定式,可傾式,-傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行調(diào)整，性能好。,巴氏合金,12-3 滑動軸承的失效形式及常用材料,一、滑動軸承的失效形式,2、刮傷,3、咬粘（

6、膠合）,4、疲勞剝落,1、磨粒磨損,軸表面硬輪廓峰頂刮削軸承,溫升+壓力+油膜破裂焊接,潤滑劑氧化酸性物質(zhì)腐蝕,載荷反復(fù)作用疲勞裂紋擴展剝落,5、腐蝕,硬質(zhì)顆粒磨料研磨軸和軸承表面,二、軸承材料,1、材料要求：,（1）摩擦系數(shù)??；,（2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)??；,（3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；,（4）有足夠的機械強度和塑性。,2、實際操作： （1）能同時滿足這些要求的材料難找到， 但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。 （2）常見的方法是用兩層不同金屬做成的 軸瓦，兩種金屬在性能上取長補短。,（3）在工藝上常用澆鑄或壓合的方法將薄層材料粘 附在軸瓦基體上。粘附上去的薄層稱為軸承襯。,二、軸承材料

7、,3、常用材料：,(1)錫銻軸承合金、鉛錫銻軸承合金,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；,使用方法： 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： t120 由于巴式合金熔點低,二、軸承材料,3、常用材料：,(2)銅合金,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250 。,缺點： 可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。,使用方法： 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。,鋁青銅,鉛青銅,錫青銅,中速重載,高速重載

8、,低速重載,二、軸承材料,3、常用材料：,(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稀?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。,鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。,但導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。,軸瓦常用材料有（ ）、（ ）、（ ）（ ）、（ ）。,軸承合金,青銅,黃銅,鑄鐵,非金屬材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),一、軸瓦的形式和構(gòu)造,整體式,結(jié)構(gòu)形式,對開式,

9、整體軸套,單層材料,雙層材料,多層材料,厚壁軸瓦,薄壁軸瓦,一、軸瓦的形式和構(gòu)造,整體式,結(jié)構(gòu)形式,對開式,整體軸套,單層材料,雙層材料,多層材料,厚壁軸瓦,薄壁軸瓦,一、軸瓦的形式和構(gòu)造,整體式,結(jié)構(gòu)形式,對開式,整體軸套,單層材料,雙層材料,多層材料,厚壁軸瓦,薄壁軸瓦,一、軸瓦的形式和構(gòu)造,整體式,結(jié)構(gòu)形式,對開式,整體軸套,單層材料,雙層材料,多層材料,厚壁軸瓦,薄壁軸瓦,制造方法：鑄造 內(nèi)表面：可附有軸承襯 軸承襯材料：軸承合金 瓦背材料：鑄鐵、鋼或青銅,一、軸瓦的形式和構(gòu)造,整體式,結(jié)構(gòu)形式,對開式,整體軸套,單層材料,雙層材料,多層材料,厚壁軸瓦,薄壁軸瓦,制造方法：雙金屬板連續(xù)

10、軋制批量生產(chǎn) 軸瓦剛性小 軸瓦受力后，其形狀完全取決于軸承座的形狀，因此軸瓦和軸承座均需精密加工 應(yīng)用場合：汽車發(fā)動機、柴油機,二、軸瓦的定位,1、軸瓦定位的目的 防止軸瓦相對軸承座移動,2、軸瓦定位的方法：,凸 緣,緊定螺釘,銷 釘,凸 耳,三、油孔及油槽,1、目的： 把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。,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,三、油孔及油槽,1、目的： 把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。,2、原則： 盡量開在非承載區(qū)，避免降低承載區(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?3、形式： 按

11、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）,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）,載荷方向變動范圍超過180 開在軸承寬度中部,12-5 滑動軸承潤滑劑的選用,一、潤滑脂及其選擇,1、特點： 無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。,2、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軸承中。,3、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；,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

12、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。,二、潤滑油及其選擇,1、 特點： 有良好的流動性，可形成動壓、靜壓或邊膜界潤滑膜。,2、適用場合： 不完全液體滑動軸承和完全液體潤滑滑動軸承。,3、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；,高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。,潤滑油在溫升時，內(nèi)摩擦力是（ ）的。 A 增加 B 始終不變 C 減少 D 隨著壓力增加而減小,C,三、固體潤滑劑,1、 特點： 可在滑動表面形成固體膜。,2、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。,3、常用類型： 二硫

13、化鉬，碳石墨，聚四氟乙烯等。,4、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。,滑動軸承的潤滑劑常有（ ）、（ ）、（ ）（ ）。,潤滑油,潤滑脂,氣體潤滑劑,固體潤滑劑,12-6 不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算,失效形式與設(shè)計準(zhǔn)則,1、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。,2、失效形式： 邊界油膜破裂。,3、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，但一般可作條件性計算。,一、徑向滑動軸承的計算,已

14、知條件,驗算設(shè)計內(nèi)容,外加徑向載荷F (N)、 軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm) 軸頸直徑d (mm),驗算軸承的平均壓力 驗算軸承pv值 驗算滑動速度,一、徑向滑動軸承的計算,選擇配合,1、驗算軸承的平均壓力p,F-徑向載荷，B-軸瓦寬度，d-軸徑，p-許用壓強。,2、 驗算軸承的pv值,pv,pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂,3、驗算軸承的滑動速度v,V過大易引起軸承的早期磨損，有時需校核。,vv,目的：,限制軸承壓強p，以保證潤滑油不被過大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過渡的磨損。,一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6,滑動軸承計算中限制pv值

15、時考慮限制軸承的（ ）。 A 磨損 B 發(fā)熱 C 膠合 D 塑性變形,B,二、止推滑動軸承的計算,已知條件,驗算設(shè)計內(nèi)容,外加軸向載荷F (N)、 軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm) 軸環(huán)直徑d2 (mm) 軸承孔直徑d1 (mm) 軸環(huán)數(shù)目,驗算軸承的平均壓力 驗算軸承pv值,二、止推滑動軸承的計算,1、驗算軸承的平均壓力p,2、 驗算軸承的pv值,z-軸環(huán)數(shù),pvmpv,p,對于多環(huán)止推軸承，考慮承載的不均勻性， p、pv應(yīng)降低50%,12-7 液體動力潤滑徑向滑動軸承設(shè)計計算,一、流體動力潤滑的基本方程,1、假設(shè)條件：,1）Z向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；,2）壓力 p 不隨 y 值的大小而變化；

16、,3）潤滑油粘度 不隨壓力而變化；,4）潤滑油處于層流狀態(tài)層與層間沒有物質(zhì)和能量交換,5）流體為牛頓流體，即 ：,2、取微單元進行受力分析:,3、形成動壓油膜的必要條件:,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。其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來；,例題,二、徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程,1、動壓油膜的形成過程, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,靜止,爬升,將軸起抬 轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,穩(wěn)定運轉(zhuǎn)達到工作轉(zhuǎn)速,e -偏心距,二、徑向滑動軸承形成流體動力潤滑的過程,2、動壓滑動軸承的工作原理,軸

17、承工作能力取決于hlim，它與、和F等有關(guān)，應(yīng)保證hlimh。,初始條件：外載荷F，頂隙 由于潤滑油具有一定的黏度，所以高速旋轉(zhuǎn)著的軸將潤滑油不斷地從軸的一側(cè)經(jīng)軸的上方沿旋轉(zhuǎn)方向帶到軸的另一側(cè)； 軸在外載荷和潤滑油的共同作用下，其軸心將沿某一方向偏移一個距離e，在軸和軸承工作面之間形成一個由大到小的間隙即油楔。 旋轉(zhuǎn)的軸使油不斷地從間隙的大端擠入小端，從而產(chǎn)生使軸抬升的壓力與外載荷相平衡，軸頸和軸承的工作表面被一層油膜隔開，即實現(xiàn)液體動壓潤滑。,四、徑向滑動軸承工作能力計算簡介,動力潤滑軸承的設(shè)計應(yīng)保證：hminh,當(dāng)計算滑動軸承時，若hmin太小，不能滿足hminhmin時，使（ ）可滿足此

18、條件。 A 表面光潔度提高 B 增大寬徑比 C 增大相對間隙,A,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。,2、最小油膜厚度hmin,四、徑向滑動軸承工作能力計算簡介,原因： 軸承工作時 摩擦功耗轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃?潤滑油溫度升高 導(dǎo)致軸承承載能力降低 因此要計算油的溫升,計算液體動壓滑動軸承的兩個主要性能指標(biāo)是（ ）和 （ ） 。,hminh,3、軸承熱平衡計算,熱平

19、衡條件： 單位時間內(nèi)軸承摩擦所產(chǎn)生的熱量Q等于同時間內(nèi)流動的油所帶走的熱量Q1+Q2之和 轉(zhuǎn)化計算準(zhǔn)則 t t,t t,寬徑比小 優(yōu)點： 有利于提高運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性 增大端泄漏量以降低溫升。 缺點： 軸承寬度減小，軸承承載能力也隨之降低； 軸承剛度降低,五、參數(shù)選擇,1、寬徑比B/d,通常：B/d=0.31.5,取小值,對剛性無要求,高速輕載軸承,取大值,需提高軸承剛性,低速重載軸承,取小值,溫升高,高速重載軸承,B/d取值建議,特點,類型,定義為軸承孔和軸頸直徑之差與軸頸公稱直徑之比。,五、參數(shù)選擇,2、相對間隙,滑動軸承一定要留出間隙。 徑向間隙是實現(xiàn)軸與軸承活動連接的起碼條件。 徑向間隙是控制

20、軸的運轉(zhuǎn)精度的保證。 徑向間隙是形成液體潤滑的重要條件，特別是動壓軸承，潤滑油膜的形成主要靠軸與軸承間的楔狀間隙。 間隙的大小與機器在運轉(zhuǎn)中的精確度有關(guān)， 徑向間隙愈小，軸的運轉(zhuǎn)精度就愈高。 但間隙縮小至一定程度， 不僅難于形成潤滑油膜，而且可能導(dǎo)致燒瓦抱軸事故 。 間隙過大，在轉(zhuǎn)動中會產(chǎn)生跳動，也不能形成穩(wěn)定的油膜潤滑。,速度愈高，值應(yīng)愈大；載荷愈大， 值應(yīng)愈小。,為什么？,五、參數(shù)選擇,3、粘度,粘度對軸承的承載能力、功耗和溫升影響很大，通常按平均溫度計算潤滑油粘度。,平均溫度過低，則油的粘度較大，算出的承載能力偏高；反之，則承載能力偏低。,六、液體動力潤滑徑向滑動軸承設(shè)計舉例,液體動力潤

21、滑徑向滑動軸承的設(shè)計過程,、已知條件：外加徑向載荷F，軸頸轉(zhuǎn)速n及軸頸直徑d。,設(shè)計及驗算：, 保證在平均油溫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、相對間隙和潤滑油 。, 計算承載量系數(shù)并查表確定偏心率。, 計算最小油膜厚度和許用油膜厚度。, 計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)。, 計算軸承溫升和潤滑油入口平均溫度。, 根據(jù)寬徑比和偏心率查取潤滑油流量系數(shù) 。,六、液體動力潤滑徑向滑動軸承設(shè)計舉例, 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)最大間隙和最小間隙，校核軸承的最小油膜 厚度和潤滑油入口油溫。,12-

22、8 其他形式滑動軸承簡介,一、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、多油楔軸承,將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提高軸承的工作穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)精度。 分為固定式和可傾式 特點 形成多個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。 摩擦損耗大、供油量增大、承載能力降低。,固定式,可傾式,三、液體靜壓軸承,1、工作原理： 依靠供油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，強制形成油膜。,2、結(jié)構(gòu)組成： 軸瓦內(nèi)表面開有幾個對稱油腔 每個油腔四周都有適當(dāng)?shù)姆庥兔?油腔之間用回油槽隔開 外油路為每個油腔配置一個節(jié)流器，使油腔有壓力補償作用。,三、液體靜壓軸承,3、工作過程： 無外載荷時， 軸頸浮在軸承 中間位置，各油 腔內(nèi)