機械設(shè)計第九章 滑動軸承1

作業(yè)P143二-4、5、8、13；三-1上交：P145四-2、7第九章滑動軸承§1概述§2滑動軸承的主要類型§3軸瓦結(jié)構(gòu)§4滑動軸承材料§5滑動軸承的條件性計算§6液體動力潤滑的基本方程式§7液體動力潤滑徑向軸承的計算§1、概述一、分類1、根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)分滑動(摩擦)軸承滾動(摩擦)軸承2、根據(jù)承載方向分徑向軸承推力軸承邊界摩擦：極限狀態(tài)、邊界膜作用；液體摩擦：兩表面完全隔開；非液體摩擦（混合摩擦）：部分固體凸峰接觸；3、根據(jù)軸承摩擦狀態(tài)分（p58，圖4.1）干摩擦：兩表面直接接觸；干摩擦液體摩擦邊界摩擦對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；對于要求高摩擦的摩擦副，則希望處于干摩擦狀態(tài)或邊界摩擦狀態(tài)。摩擦：一物體與另一物體直接接觸，當(dāng)兩者間有運動或有運動趨勢時，接觸表面要產(chǎn)生切向阻力（即摩擦力），這種現(xiàn)象成為摩擦。磨損：使摩擦表面物質(zhì)不斷損失的現(xiàn)象稱為磨損。

單位時間里的磨損量稱為磨損率。因此在滑動軸承中不允許出現(xiàn)干摩擦。兩摩擦表面間無潤滑劑，兩固體表面直接接觸的摩擦。這種摩擦功率損失大，磨損嚴重。使得軸承工作時溫升強烈，嚴重時導(dǎo)致軸瓦燒毀。干摩擦的摩擦阻力最大，f>0.3，磨損最嚴重，零件的使用壽命最短1)干摩擦摩擦表面間有潤滑油存在，由于潤滑油與金屬表面的吸附作用，在金屬表面上形成了一層極薄的邊界油膜。因為油膜厚度小于1m，不足以將兩金屬表面分隔開，運動時兩零件尖峰部分仍直接接觸。這種摩擦稱為邊界摩擦。多數(shù)滑動軸承都是這種摩擦狀態(tài)。2)邊界摩擦金屬表面覆蓋一層油膜后，雖然不能絕對消除表面磨損，但可以起著減輕磨損的作用。這種摩擦的摩擦系數(shù)，f0.1～0.3當(dāng)兩摩擦表面間有充足的潤滑油，并滿足一定的條件時，兩摩擦表面完全被潤滑油分隔開，形成厚度達幾十微米的壓力油膜。這時只有液體之間的摩擦，這種摩擦稱為液體摩擦。重要軸承采用這種摩擦。3)液體摩擦由于兩摩擦表面被油隔開而不直接接觸，摩擦系數(shù)極小（f0.001～0.01）。可以顯著的減少摩擦和磨損。混合摩擦介于干摩擦、邊界摩擦與液體摩擦之間，在一般機器中最常見。由實驗得到摩擦特性曲線：滑動軸承的摩擦特性曲線圖示的縱坐標(biāo)表示摩擦系數(shù)。橫坐標(biāo)表示軸承特性數(shù)，其中n是軸的轉(zhuǎn)速；η是潤滑劑的動力粘度；p是軸承的壓強。4)混合摩擦（也稱為非液體摩擦）二、液體潤滑滑動軸承分類1、靜壓軸承2、流體動壓潤滑軸承無外部壓力源，油膜靠摩擦面的相對運動而自動形成。三、特點及應(yīng)用場合1、壽命長、宜于高速；2、耐沖擊、振動；油膜吸振作用；3、結(jié)構(gòu)簡單，可用于曲軸；4、承載能力高（重載）缺點：起動阻力大，潤滑、維護較滾動軸承復(fù)雜。外部一定壓力的流體進入摩擦面，建立壓力油膜。四、潤滑油主要特性1、粘度：流體抵抗變形能力，衡量流體內(nèi)摩擦阻力大小的指標(biāo)。粘度↑——摩擦力↑——發(fā)熱↑η——動力粘度Pa·s（泊P）2、（潤滑劑）油性油吸附于摩擦表面的性能，邊界潤滑取決于油的吸附能力。工業(yè)上常用運動粘度：（斯St）P73對于層流（牛頓流體）：3、粘度的測定2種方法——2種單位動力粘度(絕對粘度）運動粘度:流體動力粘度與同溫度下流體密度的比值。1Pa.s=1N.s/m2——國際單位制P(泊)

——物理單位1Pa.s=10P1P=100cP

=(Pa.s)/(kg/m3)m2/s常用斯St1St=1cm2/s=100cSt轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。4、選擇原則五、潤滑脂

◆

特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜，

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

以及作擺動運動的

軸承中?！?/p>

性能指標(biāo)：

針入度和滴點。1—軸承座；2—整體軸瓦；3—油孔；4—螺紋孔§2、滑動軸承的主要類型一、整體式結(jié)構(gòu)簡單、磨損后無法調(diào)整軸承間隙，裝拆不便。用于：低速、輕載的間歇工作場合，無法用于曲軸二、剖分式特點于整體式相反。1—軸承座；2—軸承蓋；3—雙頭螺柱；4—螺紋孔；5—油孔；6—油槽；7—剖分式軸瓦剖分式滑動軸承（寬徑比）時，采用。三、自動調(diào)心軸承§3、軸瓦結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式減摩材料——軸承襯按材料分類單金屬多金屬按加工分類鑄造軋制軸承襯整體式軸瓦

剖分式軸瓦軸瓦上開設(shè)油孔和油溝油孔：供應(yīng)潤滑油；油溝：輸送和分布潤滑油；油溝、油孔：不能開在油膜承載區(qū)，否則，承載能力↓油溝長度≈0.8B（軸瓦寬度），即不能開通，否則漏油。注意：§4、滑動軸承材料軸承材料——軸瓦和軸承襯材料主要失效：磨損，其次強度不足引起的疲勞破壞等。一、對材料的要求1、良好耐磨性、減摩性及磨合性（跑合性）2、足夠的強度、塑性、嵌藏性、順應(yīng)性3、耐腐蝕性4、導(dǎo)熱性好、線膨脹系數(shù)小5、工藝性好6、經(jīng)濟性二、常用材料1、軸承合金（又稱白合金、巴氏合金）1)主要成分是：錫Sn，鉛Pb，銻Sb，銅Cu的合金。2)分錫銻軸承合金和鉛銻軸承合金兩大類?；w內(nèi)均勻懸浮銻錫及銅錫的硬晶粒。3)錫銻軸承合金和鉛銻軸承合金的優(yōu)缺點：錫銻軸承合金：

①摩擦系數(shù)小，抗膠合性能良好，對油的吸附性強，耐腐蝕性能好，易跑合；②常用于高速、重載的軸承；③價格較貴且高溫時機械強度較差；④只能作為軸承襯材料。鉛銻軸承合金：

性能與錫銻軸承合金相近，但材料較脆；不宜承受較大的沖擊載荷；一般用于中速、中載的軸承。強度低，僅用作軸承襯2、青銅主要是銅與錫、鉛、鋅和鋁的合金，是運用最廣的軸承材料。銅與錫的合金稱為錫青銅，鉛青銅和鋁青銅屬于無錫青銅。錫青銅用于高速與重載條件；鉛青銅用于中速和中等載荷條件；鋁青銅用于重載和低速條件。3、具有特殊性能的軸承材料粉末冶金是將不同金屬粉末再加上石墨、硫、錫或鉛等粉末混合后高壓成型，再經(jīng)過高溫?zé)Y(jié)而成的多孔性結(jié)構(gòu)材料，又稱陶瓷金屬。使用前需在熱油中浸漬幾小時，使孔隙中充滿潤滑油，故也稱為含油軸承。在不重要的或低速輕載的軸承中，也常采用灰鑄鐵或耐磨鑄鐵作為軸瓦材料。非金屬材料——塑性、橡膠等.一、潤滑劑軸承潤滑的目的在于降低摩擦功耗，減少磨損，同時還可起到冷卻、吸振、防銹等作用。潤滑對滑動軸承的工作能力和使用壽命有重大影響。潤滑劑可以分為：1.液體潤滑劑——潤滑油（粘度）2.半固體潤滑劑——潤滑脂（稠度和針入度）3.固體潤滑劑（石墨、二硫化鉬等）§5、潤滑劑和潤滑裝置二、潤滑裝置潤滑劑的供應(yīng)方法可以分為分散潤滑和集中潤滑。集中潤滑是對所有潤滑點采用統(tǒng)一的潤滑系統(tǒng)，通過油管分送潤滑油，裝置復(fù)雜，使用方便。油潤滑有間歇潤滑與連續(xù)潤滑；脂潤滑通常采用間歇供應(yīng)。各種潤滑裝置油芯式油杯針閥式油杯1手柄2.螺母3.針桿4.簧片5.觀察孔6.濾網(wǎng)油環(huán)潤滑飛濺潤滑潤滑脂油杯§6、滑動軸承的條件性計算一、混合摩擦滑動軸承失效形式膠合、磨損等設(shè)計準(zhǔn)則：至少保持在邊界潤滑狀態(tài)，即維持邊界油膜不破裂。計算方法：簡化計算（條件性計算）復(fù)雜失

效

形

式

圖

例磨損及膠合點蝕及金屬剝落1、限制軸承平均壓強F—徑向載荷,N；d—軸頸直徑,mm；B—軸瓦有效寬度,mm；[p]—許用壓強,Mpa。目的：防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生“過度磨損”。2、限制pv值Mpa·m/s∴pv↑→摩擦功耗↑→發(fā)熱量↑→易膠合目的：限制pv是為了限制軸承溫升、防止膠合?！咻S承發(fā)熱量∝單位面積摩擦功耗μpv二、徑向軸承3、限制滑動速度v目的：防止v過高而加速磨損。已知：徑向載荷F，轉(zhuǎn)速n，寬徑比[v]，[p]，[pv]。求：保證混合潤滑條件下的軸頸直徑d=？解：1）由：綜合應(yīng)用：2）由：1)≤d≤2)∴三、推力軸承（方法同徑向軸承）結(jié)構(gòu)：空心、實心、單環(huán)、多環(huán)實心式：空心式：實心式：邊緣v大，磨損快，中間p↑↑，壓力分布不均?？招氖剑簤毫Ψ植季鶆蛐浴！?、液體動力潤滑的基本方程式一、液體動壓潤滑基本方程——雷諾方程1、建模為方便研究，作如下假設(shè)：研究對象：被潤滑油隔開作相對運動的兩剛體，一個以v運動，一個靜止。1）忽略p-η效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）一般情況適用，對高副不適用（如齒輪）2）油沿z方向無流動，即無限寬軸承B→∞（無限寬）：一維方程3）層流（一般中高速情況；特高速“湍流”、“紊流”）4）油與表面吸附，一起運動或靜止即：油層流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(靜止板)5）不計油的慣性力和重力6）油不可壓縮：ρ=const端泄端泄BB為有限寬時：二維方程2、求解針對“連續(xù)介質(zhì)”，通過取“微單元體”手段：由于：流速方程：剪切流(直線分布)壓力流(拋物線分布)二次積分代入邊界條件：y=0，u=v；y=h，u=0連續(xù)流動方程：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，h=h0)，此時：∴一維雷諾方程（R·E）二、油楔承載機理由R·E油壓變化與η、v、h有關(guān)p→積分→油膜承載能力→平衡外載當(dāng)h＞h0時，，油壓為增函數(shù)；當(dāng)h=h0時，，p=pmax；當(dāng)h＜h0時，，油壓為減函數(shù)?？梢?，對收斂形油楔，油楔內(nèi)各處油壓大于入口、出口處油壓→正壓力→承載。任何截面處h=h0，=0，不能產(chǎn)生高于出口、入口處的油壓→不能承載。進口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負壓）→不能承載，相反使兩表面相吸。※若二板平行：v※若二滑動表面為擴散形：v1、潤滑油有一定粘度η。2、有一定相對滑動速度v。承載能力∝v；3、相對滑動面之間必須形成收斂形間隙，即：油從大口流進，小口流出。（入口、出口處p＜油楔內(nèi)p）4、有足夠充分的供油量?！?，承載能力↑。η↑→液體動壓潤滑形成的必要條件：P344no1oo1oo1oo1onn靜止啟動不穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行RRRR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油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡油膜壓力偏心距e§7、液體動力潤滑徑向軸承的計算一、向心動壓滑動軸承的工作過程1、固定參數(shù)R——軸承孔半徑（D）；r——軸頸半徑（d）；半徑間隙：（直徑間隙）；相對間隙：；寬徑比：B/d。二、幾何關(guān)系2、動態(tài)參數(shù)（變參數(shù)）偏心距：偏心率：表示偏心程度最小油膜厚度：（ε↑→hmin↓）任一位置φ處，油膜厚度h：∴偏位角θ：連心線與外載F方向之間的夾角。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。當(dāng)B=∞，即無限寬軸承時，油沿軸向無流動，一維R·E轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)：得：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：對有限寬軸承，若不計端泄，油膜承載力F為：S0—索氏數(shù)，無量綱ε↑——S0↑單位：F—N，B、d—m，η—Pa·s，ω—rad/s軸承實際承載能力小于上式（端泄）計入端泄時：B/d↓—端泄↑—S0↓其它參數(shù)相同時，S0↓—F↓，承載力↓B/d一定：ε↑—S0↑—F↑，∴hmin↓但保證流體動力潤滑：↓，η↑—承載能力↑∵四、流量計算體積流量：五、功耗計算—摩擦特性系數(shù)—無量綱體積流量，P350：圖17.19P350：圖17.20Δt=…（P352式17.17）Δt—油溫升Δt=t2－t1流出流入平均溫度：t2max—表17.5六、熱平衡計算摩擦功→熱量：流動的潤滑油帶走：通過軸承座散熱：熱平衡條件：S—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；八、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↓，運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性↑七、保證液體動力潤滑的條件（充分條件）：Rz1、Rz2—軸頸、軸瓦表面微觀不平度的十點高度，3、油粘度ηη↑—F↑—承載能力↑，但易發(fā)熱4、平均壓強pp↑—F一定時，B、d可↓，尺寸↓；傳動較平穩(wěn)p↑↑—hmin↓↓—不易形成動壓潤滑，磨損↑p↓↓—F↓↓，ε↓，軸頸運動易失穩(wěn)2、相對間隙ψ高速：發(fā)熱嚴重—使ψ↑—q↑—端泄↑，溫升↓重載：↑承載能力—選ψ↓3、由于影響液體動壓軸承的參數(shù)較多，相互影響，所以設(shè)計中若調(diào)整了某一參數(shù)，將會影響其它參數(shù)，凡受到影響的參數(shù)都應(yīng)重新計算。注意：1、液體動力潤滑軸承在啟動，停車階段處于非液體摩擦狀態(tài)，設(shè)計時，應(yīng)驗算p≤[p]，v≤[v]，pv≤[pv]2、零件有制造誤差，計算時應(yīng)分別對上偏差對應(yīng)的ψmax下偏差對應(yīng)的ψmin兩種狀態(tài)進行計算，必須同時滿足液體動壓狀態(tài)的充分條件。若一軸承，不滿足液體動力潤滑狀態(tài)，可采取如下措施：1、降低Rz1、Rz2，↑加工精度2、適當(dāng)↑η3、適當(dāng)↑n即：使變小。公式應(yīng)用：已知R，rRz1，Rz2η、v（n）、B、F1）判斷一軸承能否形成動壓潤滑※否則，不能形成動壓潤滑，措施：B↑、d↑、η