機械設計：第十七章滑動軸承

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1、第十七章第十七章滑動軸承滑動軸承17.1概述概述滑動軸承的主要特點滑動軸承的主要特點滑動軸承的主要特點滑動軸承的主要特點：工作平穩(wěn)，無噪聲；工作平穩(wěn)，無噪聲；運轉精度高；運轉精度高；形成液體潤滑時摩擦損失小，適合于高速；形成液體潤滑時摩擦損失小，適合于高速；徑向尺寸小而且可剖分。徑向尺寸小而且可剖分。工作轉速很高，如汽輪發(fā)電機。工作轉速很高，如汽輪發(fā)電機。要求對軸的支承位置特別精確，如精密磨床。要求對軸的支承位置特別精確，如精密磨床。承受巨大的沖擊與振動載荷，如軋鋼機。承受巨大的沖擊與振動載荷，如軋鋼機。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，

2、如曲軸軸承。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，如曲軸軸承。在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進器的軸承。在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進器的軸承。徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機。徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機。滑動軸承使用場合：滑動軸承使用場合：軸承軸承 滑動軸承滑動軸承 滾動軸承滾動軸承 按承受載荷的方向分按承受載荷的方向分 按潤滑狀態(tài)分按潤滑狀態(tài)分 液體摩擦軸承液體摩擦軸承 徑向軸承徑向軸承 推力軸承推力軸承 不完全液體摩擦軸承不完全液體摩擦軸承 徑向軸承徑向軸承推力軸承推力軸承邊界摩擦狀態(tài)邊界摩擦狀態(tài)摩擦表面間有潤滑油存在，金屬表摩擦表面間有潤滑油存在，金屬表面上形成了一層極薄的邊界油膜

3、。面上形成了一層極薄的邊界油膜。但尖峰部分仍直接接觸。但尖峰部分仍直接接觸。多數(shù)滑動軸承都是這種摩擦狀態(tài)。多數(shù)滑動軸承都是這種摩擦狀態(tài)。液體摩擦狀態(tài)液體摩擦狀態(tài)兩摩擦表面完全被潤滑油分隔開，兩摩擦表面完全被潤滑油分隔開，形成了一定厚度的壓力油膜。形成了一定厚度的壓力油膜。這種摩擦狀態(tài)是潤滑油分子之間這種摩擦狀態(tài)是潤滑油分子之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小。的摩擦，摩擦系數(shù)極小。重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。非液體摩擦非液體摩擦滑動軸承滑動軸承液體摩擦滑液體摩擦滑動軸承動軸承滑動軸承設計包括的內(nèi)容：滑動軸承設計包括的內(nèi)容：1、軸承的型式和結構軸承的型式和結構2、軸瓦和軸承襯的結構及

4、材料選擇軸瓦和軸承襯的結構及材料選擇3、軸承的剛度和強度軸承的剛度和強度4、潤滑劑的選擇和供應潤滑劑的選擇和供應5、軸承溫度和壓力分布及軸承間隙軸承溫度和壓力分布及軸承間隙6、軸承的熱平衡軸承的熱平衡17.2徑向滑動軸承的主要類型徑向滑動軸承的主要類型17.2.1整體式軸承整體式軸承特點：特點：結構簡單，成本低結構簡單，成本低廉，但軸套磨損后軸承間廉，但軸套磨損后軸承間隙過大無法調整，不便裝隙過大無法調整，不便裝拆粗重的軸拆粗重的軸。應用：應用：低速、輕載或間歇低速、輕載或間歇性工作的機械中。性工作的機械中。17.2.2剖分式軸承剖分式軸承17.3滑動軸承的材料滑動軸承的材料軸瓦和軸承襯的材料

5、統(tǒng)稱為軸承材料軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料滑動軸承的主要失效形式：滑動軸承的主要失效形式：軸瓦的膠合和磨損軸瓦的膠合和磨損特點：特點：軸承裝拆方便，軸瓦磨損后便于調整軸承間隙。軸承裝拆方便，軸瓦磨損后便于調整軸承間隙。17.3.1對軸承材料的要求：對軸承材料的要求：金屬材料 多孔質金屬材料 非金 屬材料對對材材料料性性能能要要求求良好的減摩性、耐磨性和咬粘性。良好的摩擦順應性、嵌入性和磨合。足夠的強度和抗腐蝕的能力。良好的工藝性、經(jīng)濟性等。常常用用軸軸承承材材料料軸承合金、銅合金、鑄鐵、鋁基合金。多孔鐵、多孔質青銅。酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯。17.3.2軸承材料的分類軸承材料的分類 軸承

6、合金軸承合金類類 型型錫基軸承合金鉛基軸承合金特特 點點 嵌入性和摩擦順應性最好，易于軸頸磨合，但強度低，價格較貴。應應 用用重載、中高速場合。銅合金銅合金特特 點點錫青銅減摩性和耐磨性最好，鉛青銅抗粘附能力強，鋁青銅強度及硬度較高。應應 用用錫青銅適用于重載、中速場合，鉛青銅適用于高速、重載場合，鋁青銅適用于低速、重載場合。類類 型型錫青銅鉛青銅鋁青銅剖分式整體式單金屬雙金屬17.4軸瓦結構軸瓦結構17.4.1軸瓦和軸承襯軸瓦和軸承襯軸瓦的定位軸瓦 凸緣凸緣 緊定螺釘緊定螺釘 銷釘銷釘 整體式軸承開在最大油膜厚度位置。油槽的形狀 剖分式軸承開在軸承分面處。17.4.2油孔、油溝和油室油孔、油

7、溝和油室設計油溝時應注意的問題：設計油溝時應注意的問題：1、油溝長度一般為軸承長度的油溝長度一般為軸承長度的80%；2、油孔、油溝應開在非承載區(qū)。油孔、油溝應開在非承載區(qū)。目的：把潤滑油導入軸頸和軸承所構成的運動副表面。目的：把潤滑油導入軸頸和軸承所構成的運動副表面。17.5軸承潤滑材料軸承潤滑材料17.5.1潤滑油潤滑油特點：特點：有良好的流動性，可形成動壓、靜壓或邊膜界潤滑膜。有良好的流動性，可形成動壓、靜壓或邊膜界潤滑膜。適用場合：適用場合：不完全液體滑動軸承和完全液體潤滑滑動軸承。不完全液體滑動軸承和完全液體潤滑滑動軸承。粘度選擇的原則：粘度選擇的原則：1、轉速高，比壓小時，選粘度低的

8、油；反之，選粘度高的油；轉速高，比壓小時，選粘度低的油；反之，選粘度高的油；2、加工表面粗糙度高時，選粘度大的油；加工表面粗糙度高時，選粘度大的油；3、根據(jù)潤滑方式不同，選擇不同粘度的油；根據(jù)潤滑方式不同，選擇不同粘度的油；4、在較高溫度下工作的軸承，所用油的粘度比通常高一些；在較高溫度下工作的軸承，所用油的粘度比通常高一些；5、低溫工作的軸承應選用凝點低的油。低溫工作的軸承應選用凝點低的油。17.5.2潤滑脂潤滑脂特點：特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。適用場合適用場合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速

9、重載以及作擺動運動的軸承中。運動的軸承中。選擇潤滑脂品種的一般原則選擇潤滑脂品種的一般原則1、單位壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；單位壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；2、所用潤滑脂的滴點，一般應高于軸承工作溫度約所用潤滑脂的滴點，一般應高于軸承工作溫度約2030C;3、在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應選擇防水性強的鈣基或鋁基在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應選擇防水性強的鈣基或鋁基脂；在溫度較高時應選用鈉基或鋰基脂。脂；在溫度較高時應選用鈉基或鋰基脂。間歇供油17.6潤滑方法潤滑方法17.6.1油潤滑油潤滑芯捻或線紗潤滑芯捻或線紗潤滑 油環(huán)潤滑油環(huán)潤滑 浸油潤滑浸油潤滑 壓力循環(huán)

10、潤滑壓力循環(huán)潤滑連續(xù)供油17.6.2脂潤滑脂潤滑供油方式可根據(jù)系數(shù)供油方式可根據(jù)系數(shù)k選定。選定。k2用潤滑脂，油杯潤滑用潤滑脂，油杯潤滑k=216針閥式注油油杯潤滑針閥式注油油杯潤滑k=1632油環(huán)或飛濺潤滑油環(huán)或飛濺潤滑k32壓力循環(huán)潤滑壓力循環(huán)潤滑17.7滑動軸承的條件性計算滑動軸承的條件性計算2、限制軸承限制軸承pv值值限制軸承的溫升限制軸承的溫升3、限制滑動速度限制滑動速度v限制局部的過度磨損限制局部的過度磨損17.7.1徑向軸承徑向軸承1、限制軸承平均壓強限制軸承平均壓強p避免過度磨損避免過度磨損失效形式失效形式1 1、磨損、磨損導致軸承配合間隙加大，影響軸的旋轉精度，甚導致軸承配

11、合間隙加大，影響軸的旋轉精度，甚至使軸承不能正常工作。至使軸承不能正常工作。高速重載且潤滑不良時，摩擦加劇，發(fā)熱多，使高速重載且潤滑不良時，摩擦加劇，發(fā)熱多，使軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合。軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合。2 2、膠合、膠合設計準則：設計準則：保證邊界油膜不致破裂保證邊界油膜不致破裂混合潤滑軸承的條件性計算；混合潤滑軸承的條件性計算；及液體動力潤滑軸承的初步計算。及液體動力潤滑軸承的初步計算。17.7.2推力軸承推力軸承1）驗算軸承的平均壓力驗算軸承的平均壓力）驗算軸承的）驗算軸承的pV 值值dd0A推力滑動軸承推力滑動軸承n17.8液體動力潤滑的基本方程

12、式液體動力潤滑的基本方程式1、液體靜壓軸承液體靜壓軸承2、液體動壓軸承液體動壓軸承17.8.1雷諾潤滑方程式雷諾潤滑方程式基本假設基本假設1、兩板間潤滑油做層流運動；兩板間潤滑油做層流運動；2、兩板間潤滑油是牛頓流體；兩板間潤滑油是牛頓流體；3、與兩板相接觸的流體層與板間無滑動；與兩板相接觸的流體層與板間無滑動；4、流體的重力和流動過程中產(chǎn)生的慣性力流體的重力和流動過程中產(chǎn)生的慣性力與壓力相比很小，可以忽略；與壓力相比很小，可以忽略；5、壓力沿壓力沿y方向大小不變；方向大小不變；6、平板沿平板沿z方向無限長。方向無限長。一階雷諾方程式一階雷諾方程式二階雷諾方程式二階雷諾方程式17.8.2油楔承

13、載機理油楔承載機理vF兩摩擦表面平行，兩摩擦表面平行，不會產(chǎn)生壓力油膜不會產(chǎn)生壓力油膜vp兩摩擦表面成楔形間隙，兩摩擦表面成楔形間隙，產(chǎn)生了壓力油膜產(chǎn)生了壓力油膜間隙內(nèi)的潤滑間隙內(nèi)的潤滑油形成了擁擠油形成了擁擠進進油油口口出出油油口口形成動壓油膜的必要條件形成動壓油膜的必要條件 兩摩擦表面必須形成楔形兩摩擦表面必須形成楔形 潤滑油必須從大口進小口出潤滑油必須從大口進小口出 必須具有足夠的滑動速度必須具有足夠的滑動速度 必須充滿足夠粘度的潤滑油必須充滿足夠粘度的潤滑油17.9液體動力潤滑徑向軸承的計算液體動力潤滑徑向軸承的計算17.9.1幾何關系幾何關系半徑間隙：半徑間隙：相對間隙：相對間隙：偏

14、心率：偏心率：最小油膜厚度：最小油膜厚度：圖圖17.15 徑向軸承幾何關系徑向軸承幾何關系17.9.2動力潤滑狀態(tài)的建立動力潤滑狀態(tài)的建立no1oo1oo1oo1onn靜止靜止起動起動不穩(wěn)定運行不穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行穩(wěn)定運行RRRR1、動力潤滑狀態(tài)建立的過程動力潤滑狀態(tài)建立的過程2、校核層流條件校核層流條件17.9.3承載能力和索氏數(shù)承載能力和索氏數(shù)在允許情況下降低相對間隙，提高潤滑油粘度都有利于獲得在允許情況下降低相對間隙，提高潤滑油粘度都有利于獲得滿意的承載能力，前者效果更顯著。滿意的承載能力，前者效果更顯著。17.9.4流量計算流量計算=承載區(qū)端泄流量承載區(qū)端泄流量Q1 +非承載區(qū)端泄流量非

15、承載區(qū)端泄流量Q2 +軸瓦供油槽兩端流出的附加流量軸瓦供油槽兩端流出的附加流量 Q3進入軸承的潤滑油總流量進入軸承的潤滑油總流量Q Q117.9.6 熱平衡計算熱平衡計算（1）粘度）粘度間隙改變，使軸承的承載能力下降間隙改變，使軸承的承載能力下降（2）會使金屬軟化）會使金屬軟化發(fā)生抱軸事故發(fā)生抱軸事故摩擦產(chǎn)生的熱量摩擦產(chǎn)生的熱量H=端泄?jié)櫥退鶐ё邿崃慷诵節(jié)櫥退鶐ё邿崃縃1+軸承散發(fā)熱量軸承散發(fā)熱量H2熱平衡條件：熱平衡條件：單位時間內(nèi)單位時間內(nèi)軸承溫升軸承溫升潤滑油平均溫度潤滑油平均溫度tm為保證承載要求為保證承載要求tm(3545),熱平衡易建立，則應降低熱平衡易建立，則應降低tm，再行

16、計算。，再行計算。b)若若t180易過熱失效，易過熱失效，改變相對間隙和油的粘度改變相對間隙和油的粘度重新計算重新計算17.9.7保證液體動力潤滑的條件保證液體動力潤滑的條件除上述油楔承載機理四條件外，還需保證最小油膜厚度大于除上述油楔承載機理四條件外，還需保證最小油膜厚度大于兩表面不平度之和。兩表面不平度之和。17.9.8參數(shù)選擇參數(shù)選擇1、寬徑比寬徑比一般軸承的寬徑比為一般軸承的寬徑比為0.51.5。大大Q大大 溫升小溫升小 但承載能力和運轉精度低但承載能力和運轉精度低 小小易形成流體膜易形成流體膜承載能力和運轉精度承載能力和運轉精度 2、相對間隙相對間隙3、平均壓強平均壓強B/d小小 端

17、泄端泄Q1摩擦功耗和溫升摩擦功耗和溫升 減輕軸頸與軸瓦邊緣接觸但承載能力減輕軸頸與軸瓦邊緣接觸但承載能力 高速重載軸承，高速重載軸承，因其工作時溫升高，寬徑比宜取因其工作時溫升高，寬徑比宜取小小值；值；高速輕載軸承，高速輕載軸承，如對軸承剛性無過高要求，宜取如對軸承剛性無過高要求，宜取小小值；值；低速重載軸承，低速重載軸承，為提高軸承的整體剛性，宜取為提高軸承的整體剛性，宜取大大值；值；對軸有較大支承剛性的對軸有較大支承剛性的機床軸承機床軸承，宜取，宜取大大值。值。壓強壓強，軸承尺寸，軸承尺寸，運轉平穩(wěn)，但軸承易損壞。，運轉平穩(wěn)，但軸承易損壞。設計步驟設計步驟確定軸承結構形式確定軸承結構形式確定軸承寬度確定軸承寬度 B 和直徑和直徑 d驗算驗算p、pv、v選擇軸承的配合選擇軸承的配合選擇潤滑劑與潤滑裝置選擇潤滑劑與潤滑裝置選擇軸瓦材料選擇軸瓦材料