第7章滑动轴承.ppt

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1、主要内容1、滑动轴承的结构、类型、特点及轴瓦的材料和选用原则。2、非液体摩擦和液体摩擦径向滑动轴承的设计准则和设计方法。3、液体摩擦动压润滑单油楔径向滑动轴承的参数对轴承承载能力的影响。,第七章 滑动轴承设计,重点1、轴瓦材料及其应用。2、轴承的设计准则及设计方法。3、液体动压润滑的基本方程式。4、液体摩擦动压径向滑动轴承的设计及主要参数的选择。,一、滑动轴承的类型及其结构型式,1.类型,向心滑动轴承,推力滑动轴承,液体摩擦滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承,动压轴承,静压轴承,推力轴承,向心轴承,滚动轴承,和滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力高、抗振性好，工作平稳可靠，噪声小，寿命长等优点，它广泛

2、用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。,滑动轴承的摩擦状态,润滑油膜将摩擦表面完全隔开，只存,在液体分子间的摩擦,润滑油膜部分地将摩擦表面隔开，部,分摩擦表面仍可直接接触,摩擦表面间没有任何物质的摩擦,边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并 存，通称非液体摩擦,2.结构型式,向心轴承,剖分式,整体式,结构简单,安装困难,间隙不可调,结构较繁,间隙可调,广泛采用,水平剖分,斜剖分,间隙可调式,自动调心式,推力轴承,实心式,空心式,单环式,多环式,中间比压大,对于尺寸较大的平面推力轴承，为了改善轴承的性能，便于形成液体摩擦状态。可设计成多油楔形状结构,多油楔推力轴承,二、轴瓦的材

3、料和结构,1.轴瓦的材料,(1)基本要求,耐磨性,磨损少,减摩性,摩擦系数小,其他要求：,抗胶合性,跑合性,耐腐蚀性,强度,(2)常用材料,轻载、低速的轴瓦材料,锡基,铅基,锑、铜硷金属硬粒,锡基体或铅基体,综合性能好,机械强度较低,价昂,轴承合金浇铸在钢或,铸铁的轴瓦基体上,锡青铜 中速、中载或重载,铝青铜 低速重载,铅青铜 高速重载,铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成,多孔性存油,用于载荷平稳、低速和加油不便场合,塑料、橡胶、尼龙等,摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大,2.轴瓦的结构,(1)轴瓦的结构要素,油孔,油沟,壁厚,定位唇,油室,定位唇：防止轴瓦在轴承中移动,壁厚,油孔和油沟：

4、将油引入轴承,油室：存油,(2)结构型式,整体式,剖分式,为了使滑动轴承获得良好的润滑，轴瓦或轴颈上需开设油孔及油沟，油孔用于供应润滑油，油沟用于输送和分布润滑油。其位置和形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。通常，油孔应设置在油膜压力最小的地方；油沟应开在轴承不受力或油膜压力较小的区域，要求既便于供油又不降低轴承的承载能力。图8-11为油孔和油沟对轴承承载能力的影响。图8-12为几种常见的油沟，油孔和油沟均位于轴承的非承载区，油沟的长度均较轴承宽度短。,a,b,三 润滑剂和润滑装置,1 润滑剂,润滑剂的功用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振和防锈等。,润滑剂分类：液体润滑剂润滑油、半固体润滑

5、剂 润滑脂和固体润滑剂等。,润滑油,粘度表征液体流动的内摩擦性能。它是液体流动时内摩擦阻力的量度。润滑油的粘度越大，内摩擦阻力越大，流动性越差，因此，在压力作用下，油不易被挤出，易形成油膜，承载能力强，但摩擦系数大，效率较低。,流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示,平行板间油的层流流动,贴近静止扳的油层速度,贴近移动扳的油层速度,(粘性流体粘性定律),比例常数，即动力粘度,设长宽高各为 1m 的流体，若上下,两面发生 1m/s 的相对滑动，所需,施加的力为 1N 时，则该流体的,粘度为 1 个国际单位制的动力粘度,记为 Pa.s,(用于流体动力学计算),(润滑油的粘度),单位换算,

6、国际单位制,粘-温曲线：润滑油的粘度随着温度的升高而降低。,润滑油的粘度随着压力的升高而增大，但压力不太高时（小于10 MPa），变化极小，可忽略不计。,粘度温度曲线,牌号：我国的石油产品是用运动粘度（cSt）标定的，GB44389规定采用润滑油在40C时的运动粘度中心值作为润滑油的牌号,选用润滑油的原则,润滑脂,特点及应用：密封简单，不需经常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦功耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。因此润滑脂主要用于低速或带有冲击的机器。,由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化

7、而成。,分类：,1）钙基润滑脂 具有耐水性，常用于60C以下的各种机器中的轴承润滑，是目前使用最多一种润滑脂。,2）钠基润滑脂 可用于115145C以下，但不耐水。,3）锂基润滑脂 性能优良，耐水，适用在-20150C范围内工作，并可代替钙基、钠基润滑脂。,固体润滑剂,分类：,1）石墨 性能稳定，在350C以上才开始氧化，并可在水中工作。,2）聚四氟乙稀 摩擦系数低，只有石墨的一半。,3）二硫化钼 与金属表面吸附性强，摩擦系数低，使用温度范围也广（-60300C），但遇水则性能下降。,应用：一般在超出润滑油和润滑脂使用范围才使用。常将固体润滑剂调合在润滑油中使用，也可以涂覆、烧结在摩擦表面形成

8、覆盖膜，或者用固结成型的固体润滑剂嵌装在轴承中使用，或者混入金属或塑料粉末中烧结成型。,2 润滑装置,间歇润滑,可用于小型、低速或间歇运动的轴承。对于重要的轴承，必须采用连续供油的方法。,1）压配式注油杯,2）旋套式注油杯,3）旋盖式油脂杯,连续润滑,1）滴油润滑 针阀油杯；油芯油杯,2）油环润滑,3）飞溅润滑,4）压力循环润滑,四、非液体摩擦滑动轴承的设计,1.失效形式及计算准则,磨损,防止过度磨损,发热引起胶合,防止胶合,单位面积摩擦功率,非液体摩擦滑动轴承工作时，因其摩擦表面不能被润滑油完全隔开，只能形成边界油膜，存在局部金属表面的直接接触。因此，轴承工作表面的磨损和因边界油膜的破裂导致

9、的工作表面胶合或烧瓦是其主要失效形式。设计时，约束条件是：维持边界油膜不遭破裂。,压强,向心轴承,推力轴承,速度,向心轴承,推力轴承,油沟引起接触,面积减小系数,2.设计步骤,(1)选择轴承结构型式及材料,(2)初定轴承基本型式和参数,选择宽径比,(3)校核计算,(4)选择轴承的配合,(5)选择润滑剂和润滑装置,五、液体摩擦动压向心滑动轴承的设计,1.压力油膜形成的原理,轴颈和轴瓦同心时,两平行板的摩擦状况,轴颈和轴瓦偏心时,两倾斜板的摩擦状况,(1)两平行板,(2)两倾斜板,层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进,油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力,润滑油不可压缩,“拥挤”形成压力,油

10、的粘性和压力的,作用，改变了油层,速度变化规律,2.液体动压润滑的基本方程,对 y 积分：,边界条件：,任意截面上单位宽度(z方向)的流量,则,流体是连续的,一维雷诺方程,讨论之一：,由,油膜压力沿 x 方向变化规律,平行板间油膜压力沿 x 方向无变化，,等于入口处压力(压力为 0),入口处速度图形为凹形,出口处速度图形为凸形,油膜厚度为,u 沿 y 方向线性分布,油膜压力达,讨论之二：,液体摩擦形成的条件,由,(1)两工作表面必须形成收敛的楔形间隙,(2)两工作表面必须有一定的相对运动，,且 v 方向是从大口道小口,(3)间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油,若,则,无粘度,各油层无速度,

11、两板间油无流动,不能形成油膜压力,讨论之三：,向心滑动轴承动压油膜形成过程,(1)停车,(2)启动,金属直接,接触,摩擦力使,轴颈右移,油膜压力将轴,颈托起,其合力将轴颈,左推,油膜压力将轴,颈完全托起,其合力与外载,平衡,3.承载能力计算,(1)转换为极坐标系,偏心距,间隙,相对间隙,偏心率,最小油膜厚度,最大油膜压力处的厚度,(2)承载能力的推导过程,代入雷诺方程,承载区任意点 M 的油膜压力,沿 y 方向的分压力,沿 z 方向单位宽度上油膜压力的合力,考虑端泄,油膜总压力与外载 F 平衡,研究点 M,承载量系数,采用国际单位：,由,则可计算承受多大的,径向载荷 F,由,承载量系数,则可计

12、算承受外载 F 时要多大的,动压润滑条件：,4.主要参数的选择,选轴承配合,(1)相对间隙,的选择：,载荷大、,应取小一些，提高承载能力,速度大、,应取大一些，减少发热,经验公式,计算,(2)宽径比,轴颈中心与轴承中心接近重合,反之，接近于 1,受表面粗糙度、几何形状误差、轴变形、安装误差,等的限制,轴承表面粗糙度,轴颈表面粗糙度,(3)偏心率,值越趋向于 0,一般：,(4)最小油膜厚度,（即）,不可能无限小,一般：,动压润滑条件,5.热平衡计算,(1)温升公式,摩擦发热量,流动油带走的热量,轴承散热量,温升,比热,密度,散热系数,摩擦特性系数,流量系数,(2)热平衡计算,初定,计算,左右,初

13、定值与计算值相差,大于 5C 时，必须改,变参数重新计算,不得超过 30C,定得过高、粘度下降,定得过低、外部冷却难,左右,8 已知润滑油牌号 L-AN32,7 选轴瓦材料 ZSnSb11Ch6 p=25、v=80、pv=100,6 pv值(Mpa.m/s)63.74 51.03,5 速度(m/s)31.4,4 压强(MPa)2.03 1.625,3 轴承宽度(m)0.16 0.2,2 选取宽径比 0.8 1.0,1 选结构型式 正剖分轴承、剖分面两侧供油、包角为 180,9 初定平均温度(C)50,设计动压向心滑动轴承,已知：d=200mm、F=65000N、n=3000r/min、要求轴承

14、剖分、L-AN32润滑油,10 查运动粘度(mm2/s)20,11 动力粘度(Pa.s)0.018,12 选择相对间隙 0.00145 0.0019 0.0023,13 选择轴颈表面粗糙度(m)1.6,14 选择轴瓦表面粗糙度(m)3.2,15 承载量系数 0.756 1.297 1.52,16 查偏心率 0.5 0.66 0.625,17 最小油膜厚度(mm)0.0725 0.0646 0.08625,18 计算(23)(Rz1+Rz2)值 0.00960.0144,20 查摩擦特性系数 3.5 2.3 2.0,21 查流量系数 0.138 0.165 0.138,19 最小油膜厚度是否足够

15、 足够,22 润滑油温升(C)32.8 18.2 15.2,23 取入口温度(C)40,24 计算平均温度(C)56.4 49.1 47.6,25 平均温度初定值与,计算值误差(C)6.4-0.9-2.4,26 热平衡计算是否合格 超过 5 C 合格 合格,1、验算滑动轴承最小油膜厚度hmin的目的是。A、确定轴承是否能获得液体摩擦B、控制轴承的发热量C、计算轴承内部的摩擦阻力D、控制轴承的压强 p2、巴氏合金用来制造。A、单层金属轴瓦B、双层或多层金属轴瓦C、含油轴承轴瓦D、非金属轴瓦3、在滑动轴承材料中，通常只用作双金属轴瓦的表层材料。A、铸铁B、巴氏合金C、铸造锡磷青铜D、铸造黄铜4、液

16、体摩擦动压径向滑动轴承的偏心距 e 随而减小。A、轴颈转速n的增大或载荷F的增大B、轴颈转速n的增大或载荷F的减小C、轴颈转速n的减小或载荷F的减小D、轴颈转速n的减小或载荷F的增大5、非液体摩擦滑动轴承，验算pvpv是为了防止轴承。A、过度磨损B、过热产生胶合C、产生塑性变形D、发生疲劳点蚀,自测题,6、设计液体动压径向滑动轴承时，若发现最小油膜厚度hmin不够大，在下列改进设计的措施中，最有效的是。A、减小轴承的宽径比 l/dB、增加供油量C、增大相对间隙 D、增大偏心率7、在情况下，滑动轴承润滑油的粘度不应选得较高。A、重载B、高速C、工作温度高D、承受变载荷或振动冲击载荷8、温度升高时，润滑油的粘度。A、随之升高B、保持不变C、随之降低D、可能升高也可能降低9、动压滑动轴承能建立压力油膜的条件中，不必要的条件是。A、轴颈和轴承间构成楔形间隙B、充分供应润滑油C、轴颈和轴承表面之间有相对滑动D、润滑油的温度不超过5010、与滚动轴承相比较，下述各点中，不能作为滑动轴承的优点。A、径向尺寸小B、启动灵活，发热少C、运转平稳，噪声低D、可用于高速情况下,