軸瓦及軸承襯材料課件

本章教學(xué)內(nèi)容§15-1滑動軸承的潤滑狀態(tài)§15-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式§15-3軸瓦及軸承襯材料§15-4潤滑劑和潤滑裝置§15-5非液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算§15-6動壓潤滑的基本原理§15-7液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算§15-8其它形式滑動軸承簡介第15章滑動軸承§15-1

摩擦狀態(tài)軸承的功用：用來支承軸及軸上零件。軸承的分類：

按摩擦性質(zhì)分滾動軸承優(yōu)點多，應(yīng)用廣滑動軸承用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合?；瑒虞S承的應(yīng)用領(lǐng)域：1.工作轉(zhuǎn)速特高的軸承，汽輪發(fā)電機；2.要求對軸的支承位置特別精確的軸承，如精密磨床；3.特重型的軸承，如水輪發(fā)電機；4.承受巨大沖擊和振動載荷的軸承，如破碎機；5.根據(jù)裝配要求必須做成剖分式的軸承，如曲軸軸承；6.在特殊條件下（如水中、或腐蝕介質(zhì)）工作的軸承，如艦艇螺旋槳推進器的軸承；§15-2

滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式一、向心滑動軸承1)整體式向心滑動軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦等。特點：1)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。2)因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。3)只能從沿軸向裝入或拆。油杯孔軸承軸承座2)剖分式向心滑動軸承將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用聯(lián)接螺栓。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。聯(lián)接螺栓軸承蓋剖分軸瓦軸承座榫口螺紋孔二、推力滑動軸承作用：用來承受軸向載荷結(jié)構(gòu)形式：21F1F2F21F21空心式---軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式要好。單環(huán)式---利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，廣泛用于低速、輕載的場合。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。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。類型固定式可傾式---傾角固定，頂部預(yù)留平臺，---傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行

調(diào)整，性能好。F繞此邊線自行傾斜F§15-3

軸瓦及軸承襯材料軸瓦失效實例：軸瓦磨損

表面劃傷

疲勞點蝕

汽車用滑動軸承故障原因的平均比率其它氣蝕制造精度低腐蝕故障原因6.08.115.911.138.3比率／％6.72.85.55.6比率／％超載對中不良安裝誤差潤滑油不足不干凈故障原因二、滑動軸承的材料(一)軸承材料性能的要求

1)減摩性----材料副具有較低的摩擦系數(shù)。

2)耐磨性----材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。

3)抗膠合----材料的耐熱性與抗粘附性。

4)摩擦順應(yīng)性--材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。

5)嵌入性--材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。

6)磨合性--軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力。此外還應(yīng)有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟性。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。(二)常用軸承材料滑動軸承材料金屬材料非金屬材料銅合金鋁基軸承合金鑄鐵多孔質(zhì)金屬材料軸承合金工程塑料碳—石墨橡膠木材1)軸承合金（白合金、巴氏合金）是錫、鉛、銻、銅等金屬的合金，錫或鉛為基體。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）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。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→中速重載鉛青銅→中速中載鋁青銅→低速重載3）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?。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。木材：具有多孔結(jié)構(gòu)，可在灰塵極多的環(huán)境中使用。

工程塑料：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。表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能續(xù)表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能§15-4

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。分類液體潤滑劑----潤滑油半固體潤滑劑----潤滑脂固體潤滑劑二、潤滑脂及其選擇

特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。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。選擇原則：１．當(dāng)壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。２．所用潤滑脂的滴點，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～

30℃，以免工作時潤滑脂過多地流失。３．在有水淋或潮濕的環(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。表12-4滑動軸承潤滑脂的選擇

二、潤滑油及其選擇潤滑油的特性：1）溫度t↑→η↓ 2）壓力p↑→η↑ 但時可忽略。

變化很小選用原則：1)載荷大、轉(zhuǎn)速低的軸承，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；3)高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32表12-5滑動軸承潤滑油的選擇

<0.1L-AN68、110、150<0.1L-AN1500.1~0.3L-AN68、1100.1~0.3L-AN100、1500.3~2.5L-AN46、680.3~0.6L-AN1002.5~5

L-AN32、460.3~1.2L-AN68、1005~9.0

L-AN15、22、321.2~2.0L-AN68>9.0L-AN7、10、15軸徑圓周速度

平均壓力

軸徑圓周速度

平均壓力

m/sp<3Mpam/sp<(3~7.5)Mpa

注：1）表中潤滑油是以40℃時的運動粘度為基礎(chǔ)的牌號

2）不完全液體潤滑，工作溫度<60℃三、固體潤滑劑及其選擇特點：可在滑動表面形成固體膜。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。適用場合：用于潤滑油不能勝任工作的場合，如高溫、低速重載、有環(huán)境清潔要求。使用方式：1.調(diào)和在潤滑油中；2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型?！?5-5非液體潤滑滑動軸承的設(shè)計計算工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，由于軸承的不到足夠的潤滑劑，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。失效形式：邊界油膜破裂。設(shè)計準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。校核內(nèi)容：１．驗算平均壓力p≤[p]，以保證強度要求；２．驗算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]；３．驗算滑動速度v≤[v]。一、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pp=≤[p]FBddB----軸瓦寬度，[p]----許用壓強。見下頁２.驗算摩擦熱

pv=·FBdπdn60×1000≤[pv]v—軸頸圓周速度，m/s；n—軸速度，m/s；[pv]—軸承材料的許用值。見下頁

F表12-2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[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平穩(wěn)沖擊25202015HBS金屬型砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC1501502802802802730908065601101001515815101515123.驗算滑動速度V

v≤[v]

[v]—材料的許用滑動速度表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能二、止推滑動軸承的計算已知條件：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；3)驗算pv值

d2FFd1d2§15-6動壓潤滑的基本原理一、動壓潤滑的形成原理和條件兩平形板之間不能形成壓力油膜！動壓油膜----因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。Fh0bbvvh0bb形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩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。徑向滑動軸承動壓油膜的形成過程：靜止→爬升→將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高→質(zhì)心左移▲

軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙Δ是公差形成的。

▲軸頸最終的平衡位置可用φa和偏心距e來表示。▲

軸承工作能力取決于hlim，它與η、ω、Δ和F等有關(guān)，

應(yīng)保證hlim≥[h]。e----偏心距φae為了得到簡化形式的流體動力平衡方程（Navier－Stokes方程），作如下假設(shè)：▲

流體滿足牛頓定律，即;τ=ηdudy▲流體的流動是層流;§15-7動壓潤滑的基本方程▲忽略壓力對流體粘度的影響;▲

略去慣性力及重力的影響，故所研究的單元體為靜平衡狀態(tài)或勻速直線運動，且只有表面力作用于單元體上；▲流體是不可壓縮的；AxzyB取微單元進行受力分析：pdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz

–τdxdz=0整理后得：=dτdydxdp又有：dyduτ=η=ηdxdpd2udy2得：對y積分得：u=y2+C1y+C2

2η1dxdp邊界條件：當(dāng)y=0時，u=-v→C2=-v當(dāng)y=h時，u=0→C1=h+2η1dxdphv代入得：u=(y2-hy)+2η1dxdpvhy-hBAxzyVpp+dpτ+dττ任意截面內(nèi)的流量：=6ηvdxdph0-hh3---一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線:p=f(x)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。§15-8

單油鍥液體潤滑軸承的設(shè)計計算一、承載量設(shè)軸孔半徑為：R,r直徑為：

D，d，偏心距:e

偏位角：φa相對間隙：ψ＝

δ/r＝Δ/d

半徑間隙：δ＝R－r＝Δ/2定義:χ＝e/δ為偏心率最小油膜厚度：

hmin=δ－e＝

rψ(1-χ)定義連心線OO1為極坐標(biāo)的極軸：在三角形中有：R2

＝

e2+（r+h)2–2e(r+h)cosvDeφad略去二次微量，并取根號為正號，得：任意位置油膜厚度：

壓力最大處的油膜厚度：

φ0為壓力最大處的極角。

=6ηvdxdph0-hh3將一維雷諾方程：改寫成極坐標(biāo)的形式將dx=rdφ,v=rω，h0,h代入上式得：積分得：

積分可得軸承單位寬度上的油膜承載力：理論上只要將py乘以軸承寬度就可得到油膜總承載能力，但在實際軸承中，由于油可能從軸承兩端泄漏出來，考慮這一影響時，壓力沿軸向呈拋物線分布。油膜壓力沿軸向的分布：理論分布曲線----水平直線，各處壓力一樣；實際分布曲線----拋物線且曲線形狀與軸承的寬徑比B/d有關(guān)。油膜沿軸承寬度上的壓力分布表達式為：py為無限寬度軸承沿軸向單位寬度上的油膜壓力；C’為取決于寬徑比和偏心率的系數(shù);對于有限寬度軸承，油膜的總承載能力為

或式中Cp為承載量系數(shù)，計算很困難，工程上可查表確定。dDFyz

B

最小油膜厚度動力潤滑軸承的設(shè)計應(yīng)保證：hmin≥[h]其中：[h]=S(Rz1+Rz2)Rz1、Rz2——分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點高度。一般軸承可取為3.