第16講 滑動軸承

§4-1摩擦§4-2磨損§4-3潤滑劑、添加劑和潤滑方法§4-4流體潤滑原理簡介§4-0概述第4章機械零件設(shè)計概論第12章滑動軸承§12-1滑動軸承概述§12-2滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)§12-3滑動軸承的失效形式及常用材料§12-4滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)§12-5潤滑劑和潤滑裝置§12-6不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算§4-0摩擦概述

摩擦學----研究摩擦、磨損和潤滑，三者間相互關(guān)系的理論與應(yīng)用的一門邊緣學科?！?/p>

摩擦--相對運動的物體表面間的相互阻礙作用現(xiàn)象；▲

磨損--由于摩擦而造成的物體表面材料的損失或轉(zhuǎn)移；▲

潤滑--減輕摩擦和磨損所應(yīng)采取的措施。關(guān)于摩擦、磨損與潤滑的學科構(gòu)成了摩擦學(Tribology)。世界上使用的能源大約有1/3~1/2消耗于摩擦。

機械產(chǎn)品的易損零件大部分是由于磨損超過限度而報廢和更換的。減少摩擦節(jié)省能源；隨著科學技術(shù)的發(fā)展，摩擦學的理論和應(yīng)用必將由宏觀進入微觀，由靜態(tài)進入動態(tài)，由定性進入定量，成為系統(tǒng)綜合研究的領(lǐng)域。2、摩擦的分類內(nèi)摩擦：在物質(zhì)的內(nèi)部發(fā)生的阻礙分子之間相對運動的現(xiàn)象。外摩擦：在相對運動的物體表面間發(fā)生的相互阻礙作用現(xiàn)象。靜摩擦;動摩擦;滑動摩擦;滾動摩擦.▲

“機械說”

--摩擦原因是表面微凸體的相互阻礙作用；▲

“分子說”

--摩擦原因是表面材料分子間的吸力作用；1、摩擦的機理▲

“機械－分子說”兩種作用均有?！?-1摩擦機器的壽命磨損—由于摩擦而導致零件表面材料的逐漸喪失或遷移。磨損曲線磨合階段磨損量時間劇烈磨損階段

穩(wěn)定磨損階段§4-2磨損磨損過程大致如圖所示：▲磨合階段▲穩(wěn)定磨損階段▲劇烈磨損階段后果—降低機器的效率和可靠性，甚至促使機器提前報廢。

設(shè)計機器時，要求縮短磨合期、延長穩(wěn)定期、推遲劇烈磨損期的到來。潘存云教授研制潘存云教授研制1.干摩擦

兩零件表面直接接觸后，因為微觀局部壓力高而形成許多冷焊點，運動時被剪切。不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦滑動摩擦狀態(tài)→功耗↑磨損↑溫度↑→燒毀軸瓦

運動副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面完全分開，其表面部分微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f≈0.1~0.3vvv潘存云教授研制v

有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。是理想的摩擦狀態(tài)。3.液體摩擦摩擦和磨損極輕，f≈0.001~0.01潘存云教授研制4.混合摩擦v

混合摩擦是指摩擦表面間處于邊界摩擦和液體摩擦的混合狀態(tài)?；旌夏Σ聊苡行Ы档湍Σ磷枇?，其摩擦系數(shù)比邊界摩擦時要小得多。潘存云教授研制在一般機器中，處于后三種情況的混合狀態(tài)。fηn/po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)邊界摩擦和混合摩擦在工程實際中很難區(qū)分，常統(tǒng)稱為不完全液體摩擦。軸承的功用：用來支承軸及軸上零件?！?2-1

滑動軸承概述1．能承擔一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2．具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。3．具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。一、軸承的基本要求分類滾動軸承滑動軸承優(yōu)點多，應(yīng)用廣用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。二、軸承的分類按摩擦性質(zhì)分按受載方向分按潤滑狀態(tài)分向心推力(徑向止推)軸承向心(徑向)軸承推力(止推)軸承不完全液體潤滑滑動軸承完全液體潤滑滑動軸承一、向心滑動軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦等?！?2-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式油杯孔軸承1)

結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。2)

因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。3)

只能從沿軸向裝入或拆。1)整體式向心滑動軸承軸承座特點：

將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用聯(lián)接螺栓。剖分式向心滑動軸承螺紋孔軸承座軸承蓋聯(lián)接螺栓剖分軸瓦2)剖分式向心滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可以調(diào)整因磨損而造成的間隙，安裝方便。應(yīng)用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器。榫口潘存云教授研制潘存云教授研制作用：用來承受軸向載荷二、推力滑動軸承結(jié)構(gòu)形式：潘存云教授研制21F1F2F21F21空心式---壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式要好。單環(huán)式---環(huán)形端面可止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，用于低速、輕載的場合。多環(huán)式---能承受較大的軸向載荷，還可承受雙向載荷。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%。

§12-3

滑動軸承的失效形式及常用材料一、滑動軸承常見失效形式磨粒磨損----進入硬顆粒的對軸承表面起研磨作用。刮傷----進入硬顆粒對軸徑表面劃出線狀傷痕。膠合----當瞬時溫升過高，供油不足時，造成軸承損傷。疲勞剝落----在載荷得反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動方向垂直的疲勞裂紋，擴展后造成軸承材料剝落。腐蝕----潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對軸承材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點狀剝落。軸承襯二、滑動軸承的材料輕載，低速軸頸硬度>軸瓦硬度HT、KT鑄鐵平穩(wěn)載荷，無沖擊，中低速含油軸承韌性低Fe+石墨Cu+石墨粉末冶金重載，中速較硬,強度高,耐磨磨合性差Cu+Sn,Pb,Al青銅重載，中高速耐磨，磨合，導熱性，油吸附性好強度小，價格貴Sn,Pb,Sb合金軸承合金(巴氏合金)應(yīng)用性能特點組成材料金屬：青銅、軸承合金、粉末冶金、灰鑄鐵等非金屬：工程塑料、硬木、橡膠、聚四氟乙烯潘存云教授研制§12-4

滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式按加工分類按尺寸分類按材料分類需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差?？梢灾苯訌妮S的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。軸瓦的類型整體軸套對開式軸瓦§12-4

滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型厚壁薄壁潘存云教授研制薄壁軸瓦潘存云教授研制厚壁軸瓦整體式對開式節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高。具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求?！?2-4

滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型單材料多材料單一材料潘存云教授研制兩種材料強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。厚壁薄壁整體式對開式潘存云教授研制§12-4

滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型鑄造軸瓦卷制軸套鑄造軋制鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。單材料多材料厚壁薄壁整體式對開式潘存云教授研制----將軸瓦一端或兩端做凸緣。凸緣定位二、軸瓦的定位方法軸向定位凸耳(定位唇)定位凸耳凸緣目的：防止軸瓦與軸承座之間產(chǎn)生軸向和周向的相對移動。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制緊定螺釘周向定位銷釘三、軸瓦的油孔和油槽作用：把潤滑油導入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。進油孔油槽F潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制開孔原則：形式：按油槽走向分——沿軸向、繞周向、斜向、螺旋線等。F2)軸向油槽不能開通至軸承端部，應(yīng)留有適當?shù)挠头饷妗?)盡量開在非承載區(qū)，少降低承載區(qū)油膜的承載能力；雙軸向油槽開在軸承剖分面上δδ單軸向油槽在最大油膜厚度處φa§12-5潤滑劑和潤滑裝置一、概述作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類潤滑油潤滑脂固體潤滑劑潤滑油：液體，用途最廣泛潤滑脂：半固體，潤滑油＋稠化劑，一般用于中低速固體潤滑劑：主要用作油、脂的添加劑，也可單獨使用，如C,MoS2,PTFE(聚四氟乙烯)等A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。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。τ=ηdudy--流體中任意點處的切應(yīng)力與該處的速度梯度成正比。η----液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度2oxyydydu分析位置y處薄層的受力B介紹“粘度”----重要指標，粘度越高，油越稠，反之越??；

粘度的種類動力粘度運動粘度條件粘度1)動力粘度牛頓液體流動定律工程中常用運動粘度：ν

=ηρ

單位：

m2

/

s2)運動粘度性能指標：粘度——液體流動時，每薄層相互間的阻抗剪力，它是液體流動時內(nèi)部摩擦阻力的度量是最重要的性能指標，也是選擇潤滑油的主要依據(jù)油性——也稱潤滑性，表征油中的極性分子對金屬表面的吸附性能。油性好則摩擦系數(shù)小凝點——反映潤滑油的低溫工作性能閃點——反映潤滑油的高溫工作性能二、潤滑油的性能指標及選擇潤滑油的選擇原則：壓力大或在沖擊、變載條件下工作，應(yīng)選粘度高的油速度高時，應(yīng)選粘度低的油，以減少摩擦損失工作溫度高時，應(yīng)選粘度高的油，因粘度會隨溫度升高而下降三、潤滑脂的性能指標及選擇性能指標：針入度(稠度)——表征潤滑脂的稀稠度，類似于油的粘度用一特制重1.5N錐形針在25°C恒溫下5s內(nèi)刺入潤滑脂內(nèi)的深度。標志潤滑脂內(nèi)阻力的大小和受力后流動性的強弱滴點——溫度升高時，潤滑脂第一滴掉下時的溫度，表征潤滑脂耐高溫的性能耐水性——潤滑脂與水接觸時，其特性的保持程度潤滑脂的選擇原則：壓力大、速度低——小針入度，反之選針入度大的潤滑脂的滴點應(yīng)高于軸承工作溫度20~30℃，以免流失在有水或潮濕場合，應(yīng)選防水性的潤滑脂潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制針閥式油杯旋蓋式油杯脂用潘存云教授研制壓注式油杯彈簧蓋油杯四、潤滑裝置油杯§12-6

不完全液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算一、失效形式與設(shè)計準則工作狀態(tài)：為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。失效形式：邊界油膜破裂。設(shè)計準則：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。校核內(nèi)容：２．驗算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]；３．驗算滑動速度v≤[v]。，p，pv的驗算都是平均值。考慮到軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應(yīng)校核滑動速度v

。fpv是摩擦力，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。１．驗算平均壓力p≤[p]，以保證強度要求；潘存云教授研制二、徑向滑動軸承的設(shè)計計算已知條件：外加徑向載荷F(N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)及軸頸直徑d(mm)驗算及設(shè)計：１.驗算軸承的平均壓力p２.驗算摩擦熱v—軸頸圓周速度，m/s；B----軸瓦寬度，[p]----許用壓強。見下頁p=≤[p]FBdFdn

[pv]—軸承材料的許用值。pv=·

FBdπdn60×1000≤[pv]n—軸速度，m/s；3.驗算滑動速度V

[v]—材料的許用滑動速度v≤[v]潘存云教授研制潘存云教授研制４．選擇配合一般可選:H9/d9或H8/f7、H7/f6

二、止推滑動軸承的計算≤[p]Fd1d2Fd1d2已知條件：外加徑向載荷F(N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)1)根據(jù)軸向載荷和工作要求，選擇軸承結(jié)構(gòu)尺寸和材料；2)驗算平均壓力；z--軸環(huán)數(shù)潘存云教授研制潘存云教授研制止推滑動軸承的計算（續(xù)）考慮承載的不均勻性，[p]、[pv]應(yīng)降低50%。Fd1d2Fd1d