第12章 滑動(dòng)軸承

第12章滑動(dòng)軸承12.1

滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)、類型及應(yīng)用12.2滑動(dòng)軸承的材料及潤(rùn)滑12.4液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介12.3非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算本章概要：本章主要介紹滑動(dòng)軸承的類型、特點(diǎn)及應(yīng)用；滑動(dòng)軸承的材料與潤(rùn)滑；非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算和液體動(dòng)壓潤(rùn)滑形成原理等內(nèi)容。12.1.112.1

滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)、類型及應(yīng)用應(yīng)用實(shí)例：汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械常采用滑動(dòng)軸承?；瑒?dòng)軸承的特點(diǎn)、應(yīng)用滑動(dòng)軸承的主要優(yōu)點(diǎn)：1）普通滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、裝拆方便；2）具有良好的耐沖擊性和吸振性；運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高；3）高速時(shí)比滾動(dòng)軸承的壽命長(zhǎng)；5）可做成剖分式?；瑒?dòng)軸承的主要缺點(diǎn)：1）維護(hù)復(fù)雜；2）對(duì)潤(rùn)滑條件要求高；3）邊界潤(rùn)滑時(shí)軸承的摩擦損耗較大。12.1.2滑動(dòng)軸承的類型分類按受載方向分按潤(rùn)滑狀態(tài)分向心推力(徑向止推)滑動(dòng)軸承軸承向心(徑向)滑動(dòng)軸承軸承推力(止推)滑動(dòng)軸承軸承非液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承干摩擦滑動(dòng)軸承一、向心滑動(dòng)軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。整體式向心滑動(dòng)軸承剖分式向心滑動(dòng)軸承榫口螺紋孔軸承座軸承軸承座軸承蓋聯(lián)接螺栓剖分軸瓦薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開(kāi)有進(jìn)油口和油溝，以利于潤(rùn)滑油均勻分布在整個(gè)軸徑上。進(jìn)油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套作用：用來(lái)承受軸向載荷二、推力滑動(dòng)軸承結(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。---傾角固定，頂部預(yù)留平臺(tái)，類型固定式可傾式用來(lái)承受停車后的載荷。---傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行

調(diào)整，性能好。

FF巴氏合金繞此邊線自行傾斜F材料要求：12.2滑動(dòng)軸承的材料及潤(rùn)滑1）摩擦系數(shù)??；2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)??；3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和塑性。能同時(shí)滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。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。軸承襯一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金優(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。12.2.1滑動(dòng)軸承的材料2）青銅缺點(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)：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。鋁青銅鉛青銅錫青銅→中速重載→中速中載→低速重載3）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：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。可用于加油不方便的場(chǎng)合。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。塑料軸承：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)。運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面起到潤(rùn)滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長(zhǎng)時(shí)間。鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。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150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC15015028028028027309080656011010015158151015151212.2.2滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑一、潤(rùn)滑劑作用：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1.潤(rùn)滑油在用的大部分潤(rùn)滑油為礦物油（石油）粘度----重要參數(shù)在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)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(dòng)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。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：τ=ηdudy-----牛頓液體流動(dòng)定律η----液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱粘度量綱：力·時(shí)間/長(zhǎng)度2單位：N·s/m2(Pa·s)或泊：1P=1dyn

·s/cm2運(yùn)動(dòng)粘度：ν

=ηρ

單位：

m2

/

s或斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt實(shí)驗(yàn)結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力AB我國(guó)石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)定的常用常用潤(rùn)滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號(hào)40℃的粘度mm2/sL-AN76.12~7.48-10110凝點(diǎn)≤

C閃點(diǎn)(開(kāi)式)≥C用于高速底負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤(rùn)滑和冷卻。普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動(dòng)軸承、齒輪、蝸輪的潤(rùn)滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤(rùn)滑。用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤(rùn)滑軸承L-AN10090~1100210L-AN109.0~11.0-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2-10170L-AN4641.4~50.6-10180L-AN6861.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η2.

潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑油的特性：1）溫度t↑2）壓力p

↑選用原則：1)

載荷大、溫度高的軸承，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；----潤(rùn)滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點(diǎn)：密封簡(jiǎn)單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對(duì)速度和溫度不敏感，適用范圍廣?！恰?但p<10Mpa時(shí)可忽略。變化很小→η↑ 粘--溫圖L-TSA32L-AN46L-TSA46L-AN103.

固體潤(rùn)滑劑缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場(chǎng)合。目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各種機(jī)械設(shè)備的軸承。聚氟乙烯樹脂用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）---性能穩(wěn)定、t>350℃才開(kāi)始氧化，可在水中工作。-----摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣

(-60~300℃)，但遇水性能下降。-----摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。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。其應(yīng)用日漸廣泛二、潤(rùn)滑裝置1.油杯針閥式油杯旋蓋式油杯脂用壓注式油杯彈簧蓋油杯2.油環(huán)一、向心軸承在油、脂中加入少量石墨或二流化鉬粉末，形成邊界油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。1.軸承的壓強(qiáng)pF----徑向載荷，B----軸瓦寬度，d----軸徑，[p]----許用壓強(qiáng)。12.3非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算限制軸承壓強(qiáng)p，以保證潤(rùn)滑油不被過(guò)大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過(guò)渡的磨損。p=≤[p]FBd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150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC1501502802802802730908065601101001515815101515122.軸承的pv值

壓強(qiáng)限制p以保證潤(rùn)滑劑不被擠出n----轉(zhuǎn)速，[pv]----許用值。

pv=·

FBdπdn60×1000≤[pv]pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂二、推力軸承z----軸環(huán)數(shù),

pvm=[pv]≤[p]考慮承載的不均勻性，

[p]、[pv]應(yīng)降低20~40%Fd1d2Fd1d212.4.1動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成和原理和條件12.4液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介FFFF先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)，液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。兩平形板之間不能形成壓力油膜！

v

vvh1aah2cc如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。動(dòng)壓油膜----因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。vvvh0bbFF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(lái)?！?/p>

Fy=F∑

Fx

≠0∑

Fy=F∑

Fx

=0向心軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：靜止→爬升→將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高→質(zhì)心左移→穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e----偏心距eB流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程假設(shè)條件：1.Z向無(wú)限長(zhǎng)，潤(rùn)滑油在Z向沒(méi)有流動(dòng)；2.壓力p

不隨y值的大小而變化；3.潤(rùn)滑油粘度

η不隨壓力而變化；4.潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進(jìn)行受力分析:ττ+dτp+dppAxzypdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz

–τdxdz=0=dτdydxdpdyduτ=η整理后得：又有：=ηdxdpd2udy2得：任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。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+2η1dxdphvvvFaaccxzy代入得：u=(y2-hy)+2η1dxdpvhy-h任意截面內(nèi)的流量：依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過(guò)不同截面的流量是相等的b-b截面內(nèi)的流量：該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0負(fù)號(hào)表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個(gè)截面的流量相等，故有：=6ηvdxdph0-hh3得：---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。液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動(dòng)力粘度、相對(duì)滑動(dòng)速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。pmaxxph0bbωω液體動(dòng)壓多油楔軸承簡(jiǎn)介將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個(gè)動(dòng)壓