軸瓦及軸承襯材料課件

本章教學(xué)內(nèi)容§15-1滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式§15-3軸瓦及軸承襯材料§15-4潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置§15-5非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算§15-6動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理§15-7液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算§15-8其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介第15章滑動(dòng)軸承本章教學(xué)內(nèi)容§15-1滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑狀態(tài)§15-2滑動(dòng)軸1§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(dòng)軸承優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣滑動(dòng)軸承用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場(chǎng)合?；瑒?dòng)軸承的應(yīng)用領(lǐng)域：1.工作轉(zhuǎn)速特高的軸承，汽輪發(fā)電機(jī)；2.要求對(duì)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(jī)；4.承受巨大沖擊和振動(dòng)載荷的軸承，如破碎機(jī)；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(jìn)器的軸承；§15-1摩擦狀態(tài)軸承的功用：用來支承軸及軸上零件。2§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式一、向心滑動(dòng)軸承1)整體式向心滑動(dòng)軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦等。特點(diǎn)：1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(jī)器中。3)只能從沿軸向裝入或拆。油杯孔軸承軸承座§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式一、向心滑動(dòng)軸承1)整體式32)剖分式向心滑動(dòng)軸承將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用聯(lián)接螺栓。特點(diǎn)：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(chǎng)合：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器。聯(lián)接螺栓軸承蓋剖分軸瓦軸承座榫口螺紋孔2)剖分式向心滑動(dòng)軸承將軸承座或軸瓦分離制造，兩部分用4二、推力滑動(dòng)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(rùn)滑條件比實(shí)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(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便，廣泛用于低速、輕載的場(chǎng)合。多環(huán)式---不僅能承受較大的軸向載荷，有時(shí)還可承受雙向軸向載荷。二、推力滑動(dòng)軸承作用：用來承受軸向載荷結(jié)構(gòu)形式：25結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：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(tái)，---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結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面6§15-3軸瓦及軸承襯材料軸瓦失效實(shí)例：軸瓦磨損

表面劃傷

疲勞點(diǎn)蝕

汽車用滑動(dòng)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(duì)中不良安裝誤差潤(rùn)滑油不足不干凈故障原因§15-3軸瓦及軸承襯材料軸瓦失效實(shí)例：軸瓦磨損7二、滑動(dòng)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(bǔ)償軸承滑動(dòng)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(dòng)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(yùn)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(qiáng)度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)補(bǔ)短。二、滑動(dòng)軸承的材料(一)軸承材料性能的要求1)減摩性--8(二)常用軸承材料滑動(dòng)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。(二)常用軸承材料滑動(dòng)軸承材料金屬材料非金屬材料銅合金9優(yōu)點(diǎn)：

f小，抗膠合性能好、對(duì)油的吸附性強(qiáng)、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(diǎn)：價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)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(diǎn)低優(yōu)點(diǎn)：f小，抗膠合性能好、對(duì)油的吸附性強(qiáng)、耐腐蝕性好、102）銅合金優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)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(diǎn)：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(dú)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(chǔ)潤(rùn)滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱?chǎng)合。2）銅合金優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)11橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤(rùn)滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)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(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)。橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可木材：具有12表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能13續(xù)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14§15-4潤(rùn)滑劑和潤(rùn)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(rùn)滑劑----潤(rùn)滑油半固體潤(rùn)滑劑----潤(rùn)滑脂固體潤(rùn)滑劑二、潤(rùn)滑脂及其選擇

特點(diǎn)：無流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜。適用場(chǎng)合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承中。§15-4潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置一、概述作用：降低摩擦功耗15選擇原則：１．當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，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(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免工作時(shí)潤(rùn)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(qiáng)的鈣基或鋁基潤(rùn)滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤(rùn)滑脂。選擇原則：１．當(dāng)壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小一些的品種16表12-4滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂的選擇

表12-4滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑脂的選擇17二、潤(rùn)滑油及其選擇潤(rùn)滑油的特性：1）溫度t↑→η↓ 2）壓力p↑→η↑ 但時(shí)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(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃ηL-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、潤(rùn)滑油及其選擇潤(rùn)滑油的特性：1）溫度t↑→η18表12-5滑動(dòng)軸承潤(rùn)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-AN1002.5~5L-AN32、460.3~1.2L-AN68、1005~9.0L-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(rùn)滑油是以40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度為基礎(chǔ)的牌號(hào)2）不完全液體潤(rùn)滑，工作溫度<60℃表12-5滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑油的選擇<0.119三、固體潤(rùn)滑劑及其選擇特點(diǎn)：可在滑動(dòng)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(chǎng)合：用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)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(rùn)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。三、固體潤(rùn)滑劑及其選擇特點(diǎn)：可在滑動(dòng)表面形成固體膜。石墨--20§15-5非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算工作狀態(tài)：因采用潤(rùn)滑脂、油繩或滴油潤(rùn)滑，由于軸承的不到足夠的潤(rùn)滑劑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤(rùn)滑或混合摩擦潤(rùn)滑。失效形式：邊界油膜破裂。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。校核內(nèi)容：１．驗(yàn)算平均壓力p≤[p]，以保證強(qiáng)度要求；２．驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]；３．驗(yàn)算滑動(dòng)速度v≤[v]。§15-5非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算工作狀態(tài)：因采用潤(rùn)滑21一、徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)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(yàn)算及設(shè)計(jì)：１.驗(yàn)算軸承的平均壓力pp=≤[p]FBddB----軸瓦寬度，[p]----許用壓強(qiáng)。見下頁(yè)２.驗(yàn)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(yè)

F一、徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算已知條件：外加徑向載荷F(N22表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號(hào)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(yàn)算滑動(dòng)速度V

v≤[v][v]—材料的許用滑動(dòng)速度表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號(hào)鑄錫銻23表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能表12-2常用軸瓦及軸承襯材料的性能24二、止推滑動(dòng)軸承的計(jì)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(yàn)算平均壓力；3)驗(yàn)算pv值

d2FFd1d2二、止推滑動(dòng)軸承的計(jì)算已知條件：外加徑向載荷F(N)25§15-6動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成原理和條件兩平形板之間不能形成壓力油膜！動(dòng)壓油膜----因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。Fh0bbvvh0bb§15-6動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成原理和條件26形成動(dòng)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(rùn)滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)芳方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來。形成動(dòng)壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；27徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)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?！S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徑向滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜的形成過程：靜止→爬升→將軸起抬→質(zhì)心左28為了得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)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(dòng)是層流;§15-7動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程▲忽略壓力對(duì)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(yùn)動(dòng)，且只有表面力作用于單元體上；▲流體是不可壓縮的；AxzyB為了得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平衡方程（Navier－Stoke29取微單元進(jìn)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(duì)y積分得：u=y2+C1y+C2

2η1dxdp邊界條件：當(dāng)y=0時(shí)，u=-v→C2=-v當(dāng)y=h時(shí)，u=0→C1=h+2η1dxdphv代入得：u=(y2-hy)+2η1dxdpvhy-hBAxzyVpp+dpτ+dττ取微單元進(jìn)行受力分析：pdydz+(τ+dτ)dxd30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。任意截面內(nèi)的流量：=6ηvdxdph0-hh3---一維雷31§15-8單油鍥液體潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)計(jì)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(duì)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§15-8單油鍥液體潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、承載量設(shè)軸孔半32略去二次微量，并取根號(hào)為正號(hào)，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：

略去二次微量，并取33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(shí)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(shí)，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(shí)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)。積分可得軸承單位寬度上的油膜承載力：理論上只要將p34油膜沿軸承寬度上的壓力分布表達(dá)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(duì)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(jì)算很困難，工程上可查表確定。dDFyz

B

油膜沿軸承寬度上的壓力分布表達(dá)式為：py為無限寬度軸承沿軸35最小油膜厚度動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)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(diǎn)高度。一般軸承可取為3.2μm和6.3μm，1.6μm和3.2μm。重要軸承可取為