華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計課件

第六章滑動軸承設(shè)計

主講吳昌林

第六章滑動軸承設(shè)計主講一、滑動軸承的類型及其結(jié)構(gòu)型式1.類型按承載分按摩擦狀態(tài)分向心滑動軸承推力滑動軸承液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承動壓軸承靜壓軸承推力軸承向心軸承滾動軸承一、滑動軸承的類型及其結(jié)構(gòu)型式1.類型按承載分按摩擦狀態(tài)分滑動軸承的摩擦狀態(tài)完全液體摩擦邊界摩擦干摩擦潤滑油膜將摩擦表面完全隔開，只存在液體分子間的摩擦潤滑油膜部分地將摩擦表面隔開，部分摩擦表面仍可直接接觸摩擦表面間沒有任何物質(zhì)的摩擦邊界摩擦常與半液體摩擦、半干摩擦并存，通稱非液體摩擦滑動軸承的摩擦狀態(tài)完全液體摩擦邊界摩擦干摩擦潤滑油膜將摩擦表2.結(jié)構(gòu)型式向心軸承推力軸承剖分式整體式間隙可調(diào)式自動調(diào)心式實心式空心式單環(huán)式多環(huán)式結(jié)構(gòu)簡單安裝困難間隙不可調(diào)結(jié)構(gòu)較繁間隙可調(diào)廣泛采用中間比壓大2.結(jié)構(gòu)型式向心軸承推力軸承剖分式整體式間隙可調(diào)式自動調(diào)心3.滑動軸承的適用場合低速低載、精度不高非液體摩擦滑動軸承高速滾動軸承壽命大為降低重載滾動軸承造價高承受巨大沖擊和振動載荷油膜的緩沖和阻尼作用支承精度特別高滑動軸承零件少某些特殊場合受徑向尺寸限制、曲軸軸承等3.滑動軸承的適用場合低速低載、精度不高非液體摩擦滑動軸承二、軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)1.軸瓦的材料(1)基本要求減磨性磨損少減摩性摩擦系數(shù)小其他要求：抗膠合性跑合性耐腐蝕性強(qiáng)度……(2)常用材料鑄鐵輕載、低速的軸瓦材料軸承合金(巴氏合金)錫基鉛基銻、銅鹼金屬硬粒錫基體或鉛基體綜合性能好機(jī)械強(qiáng)度較低價昂軸承合金澆鑄在鋼或鑄鐵的軸瓦基體上銅合金錫青銅中速、中載或重載鋁青銅低速重載鉛青銅高速重載二、軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)1.軸瓦的材料(1)基本要求減磨性磨粉末冶金鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成多孔性存油用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合非金屬材料塑料、橡膠、尼龍等摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大2.軸瓦的結(jié)構(gòu)(1)軸瓦的結(jié)構(gòu)要素油孔油溝壁厚定位唇油室定位唇：防止軸瓦在軸承中移動壁厚油孔和油溝：將油引入軸承油室：存油(2)結(jié)構(gòu)型式整體式剖分式粉末冶金鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成多孔性存油用于載荷平穩(wěn)三、滑動軸承的潤滑1.潤滑油(1)粘度流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示平行板間油的層流流動貼近靜止扳的油層速度各油層以不同速度移動貼近移動扳的油層速度油層間剪應(yīng)力與速度梯度油層成正比(粘性流體粘性定律)比例常數(shù)，即動力粘度三、滑動軸承的潤滑1.潤滑油(1)粘度流體抵抗變形的能力設(shè)長寬高各為1m的流體，若上下兩面發(fā)生1m/s的相對滑動，所需施加的力為1N時，則該流體的粘度為1個國際單位制的動力粘度記為Pa.s動力粘度與同溫下該流體密度的比值(用于流體動力學(xué)計算)(潤滑油的粘度)單位換算國際單位制物理單位稱為St(斯)常用單位cSt(厘斯)動力粘度運動粘度設(shè)長寬高各為1m的流體，若上下動力粘度與同溫下該流體密度溫度壓力粘度粘度(2)常用潤滑油潤滑油牌號一般為40°C時運動粘度的平均值粘度－溫度曲線查得運動粘度再用公式轉(zhuǎn)換為動力粘度用于流體動力學(xué)計算(3)潤滑油的選擇外載大—難形成油膜—選粘度高的油速度高—摩擦大—選粘度低的油溫度高—油變稀—選粘度高的油比壓大—油易擠出—選粘度高的油溫度壓力粘度粘度(2)常用潤滑油潤滑油牌號粘度－溫度曲線查2.潤滑脂鈣基抗水性好、耐熱性差、價廉鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好鋰基抗水性和耐熱性好鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差主要指標(biāo)針入性：表征潤滑脂稀稠潤滑脂越稠滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點20–30°C針入性承載摩擦阻力2.潤滑脂鈣基抗水性好、耐熱性差、價廉鈉基抗水性差、耐熱性四、非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計1.失效形式及計算準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則失效形式磨損防止過度磨損發(fā)熱引起膠合防止膠合單位面積摩擦功率比壓小、油難擠出、潤滑好速度大、磨損大四、非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計1.失效形式及計算準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則壓強(qiáng)向心軸承推力軸承速度向心軸承推力軸承油溝引起接觸面積減小系數(shù)壓強(qiáng)向心軸承推力軸承速度向心軸承推力軸承油溝引起接觸2.設(shè)計步驟(1)選擇軸承結(jié)構(gòu)型式及材料(2)初定軸承基本型式和參數(shù)選擇寬徑比承載散熱性油溫(3)校核計算(4)選擇軸承的配合(5)選擇潤滑劑和潤滑裝置2.設(shè)計步驟(1)選擇軸承結(jié)構(gòu)型式及材料(2)初定軸承五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設(shè)計1.壓力油膜形成的原理軸頸和軸瓦同心時兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時兩傾斜板的摩擦狀況五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設(shè)計1.壓力油膜形成的原理軸(1)兩平行板(2)兩傾斜板層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動前進(jìn)油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力沿方向按線性變化潤滑油不可壓縮“擁擠”形成壓力油的粘性和壓力的作用，改變了油層速度變化規(guī)律(1)兩平行板(2)兩傾斜板層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)2.液體動壓潤滑的基本方程假設(shè)油層在Z方向無流動對y積分：邊界條件：2.液體動壓潤滑的基本方程假設(shè)油層在Z方向無流動對y任意截面上單位寬度(z方向)的流量設(shè)油膜壓力最大處(此截面)的間隙為則流體是連續(xù)的一維雷諾方程任意截面上單位寬度(z方向)的流量設(shè)油膜壓力最大處(此截討論之一：由油膜壓力沿x方向變化規(guī)律對平行板對傾斜板平行板間油膜壓力沿x方向無變化，等于入口處壓力(壓力為0)入口處速度圖形為凹形出口處速度圖形為凸形在處油膜厚度為u沿y方向線性分布油膜壓力達(dá)討論之一：由油膜壓力沿x方向變化規(guī)律對平行板對傾斜板平行討論之二：液體摩擦形成的條件由(1)兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙(2)兩工作表面必須有一定的相對運動，且v方向是從大口道小口(3)間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油若則無粘度各油層無速度兩板間油無流動不能形成油膜壓力討論之二：液體摩擦形成的條件由(1)兩工作表面必須形成收斂討論之三：向心滑動軸承動壓油膜形成過程(1)停車(2)啟動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(3)隨著油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡(4)為工作轉(zhuǎn)速油膜壓力偏心距e討論之三：向心滑動軸承動壓油膜形成過程(1)停車(2)啟3.承載能力計算(1)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系取連線為極坐標(biāo)軸偏心距間隙相對間隙偏心率任意處(M點)的油膜厚度最小油膜厚度最大油膜壓力處的厚度3.承載能力計算(1)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系取連線為極坐標(biāo)軸偏心(2)承載能力的推導(dǎo)過程代入雷諾方程承載區(qū)任意點M的油膜壓力沿y方向的分壓力沿z方向單位寬度上油膜壓力的合力考慮端泄油膜總壓力與外載F平衡研究點M(2)承載能力的推導(dǎo)過程代入雷諾方程承載區(qū)任意點M的油承載量系數(shù)采用國際單位：當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)確定由則可計算承受多大的徑向載荷F計算由承載量系數(shù)公式的用途則可計算承受外載F時要多大的動壓潤滑條件：軸瓦表面粗糙度軸頸表面粗糙度承載量系數(shù)采用國際單位：當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)確定由則可計算承受多大的計4.主要參數(shù)的選擇(1)相對間隙(2)寬徑比承載回轉(zhuǎn)精度摩擦阻力溫度的選擇：載荷大、應(yīng)取小一些，提高承載能力軸承寬度油膜壓力速度大、應(yīng)取大一些，減少發(fā)熱承載散熱溫升承載端泄溫升經(jīng)驗公式選軸承配合計算4.主要參數(shù)的選擇(1)相對間隙(2)寬徑比承載回轉(zhuǎn)精軸頸中心與軸承中心接近重合反之，接近于1

受表面粗糙度、幾何形狀誤差、軸變形、安裝誤差等的限制軸承表面粗糙度軸頸表面粗糙度(3)偏心率值越趨向于0一般：(4)最小油膜厚度一般：轉(zhuǎn)速載荷油膜壓力承載不可能無限小（即)動壓潤滑條件軸頸中心與軸承中心接近重合反之，接近于1受5.熱平衡計算(1)溫升公式摩擦發(fā)熱量流動油帶走的熱量軸承散熱量溫升比熱密度散熱系數(shù)摩擦特性系數(shù)流量系數(shù)5.熱平衡計算(1)溫升公式摩擦發(fā)熱量流動油帶走的熱量軸(2)熱平衡計算初定計算左右初定值與計算值相差大于5oC時，必須改變參數(shù)重新計算

不得超過30oC

定得過高、粘度下降定得過低、外部冷卻難左右(2)熱平衡計算初定計算左右初定值與計算值相差不得超過設(shè)計動壓向心滑動軸承已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求軸承剖分、L-AN32潤滑油1選結(jié)構(gòu)型式正剖分軸承、剖分面兩側(cè)供油、包角為180°2選取寬徑比0.81.03軸承寬度(m)0.160.24壓強(qiáng)(MPa)2.031.6255速度(m/s)31.46pv值(Mpa.m/s)63.7451.037選軸瓦材料ZSnSb11Ch68已知潤滑油牌號L-AN329初定平均溫度(°C)50設(shè)計項目方案1方案2方案3序號設(shè)計動壓向心滑動軸承已知：d=200mm、F=65000N、設(shè)計項目方案1方案2方案3序號10查運動粘度(mm2/s)2011動力粘度(Pa.s)0.01812選擇相對間隙0.001450.00190.002313選擇軸頸表面粗糙度(μm)1.614選擇軸瓦表面粗糙度(μm)3.215承載量系數(shù)0.7561.2971.5216查偏心率0.50.660.62517最小油膜厚度(mm)0.07250.06460.0862518計算(2~3)(Rz1+Rz2)值0.0096~0.014420查摩擦特性系數(shù)3.52.32.021查流量系數(shù)