機(jī)械設(shè)計(jì)CH12-滑動(dòng)軸承

1、第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,軸系零部件,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,滑動(dòng)軸承原理,軸承的作用是支承軸。軸在工作時(shí)可旋轉(zhuǎn)，也可靜止,1能承擔(dān)一定的

2、載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度,2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活,3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度,根據(jù)軸承中摩擦的性質(zhì)，可分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承,一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求,二、軸承的分類,根據(jù)能承受載荷的方向，可分為向心軸承、推力軸承、向心推力軸承(或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承,軸承,向心軸承,推力軸承,但是在以下場(chǎng)合，則主要使用滑動(dòng)軸承,工作時(shí)軸承和軸頸的支撐面間形成直接或間接滑動(dòng)摩擦的軸承，稱為滑動(dòng)軸承。 滾動(dòng)軸承絕大多數(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化，故得到廣泛的應(yīng)用,滑動(dòng)軸承與滾動(dòng)軸承,工作轉(zhuǎn)速很高，如汽輪發(fā)電機(jī),要求對(duì)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(dòng)載荷

3、，如軋鋼機(jī),特重型的載荷，如水輪發(fā)電機(jī),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(jìn)器的軸承,徑向尺寸受限制時(shí)，如多輥軋鋼機(jī),根據(jù)所承受載荷的方向、滑動(dòng)軸承可分為徑向軸承、推力軸承兩大類,根據(jù)軸系和拆裝的需要，滑動(dòng)軸承可分為整體式和剖分式兩類,根據(jù)工作時(shí)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面間油膜形成原理的不同，液體摩擦滑動(dòng)軸承又分為液體動(dòng)壓潤滑軸承和液體靜壓潤滑軸承，簡(jiǎn)稱動(dòng)壓軸承和靜壓軸承,滑動(dòng)軸承的類型,根據(jù)潤滑狀態(tài)，滑動(dòng)軸承可分為：不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承和完全液體潤滑滑動(dòng)軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效

4、形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,整體式徑向滑動(dòng)軸承,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉,因磨損而造成的間隙無法調(diào)整,只能從沿軸向裝入或拆出,整體式軸承采用整體式軸瓦，整體式軸瓦又稱軸套，分為光滑軸套和帶縱向油槽軸套兩種,整體式軸瓦,徑向滑動(dòng)軸承的典型結(jié)構(gòu)2,對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承,特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可以調(diào)整磨損而造成的間隙、安裝方便,對(duì)開式軸承(剖分軸套,對(duì)開式軸承(整體軸套,剖分式軸承采用剖分式軸瓦。為了使軸承與軸瓦結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)壁制出溝槽，使其與合金軸承襯結(jié)合更牢,剖分式軸瓦

5、,止推滑動(dòng)軸承,止推滑動(dòng)軸承由軸承座和止推軸頸組成。軸頸結(jié)構(gòu)形式,空心式：接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件較實(shí)心式好,單環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面止推，用于低速輕載場(chǎng)合,多環(huán)式：可承受雙向軸向載荷，但各環(huán)間載荷分布不均,空心式,單環(huán)式,多環(huán)式,補(bǔ)充】軸頸摩擦與軸端摩擦,實(shí)心式,空心式,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,滑動(dòng)軸承失效形式,磨損與膠合,疲勞裂紋與剝落,汽車用滑動(dòng)軸承

6、故障原因的平均比率,此外，滑動(dòng)軸承還可能出現(xiàn)氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動(dòng)磨損等失效形式,滑動(dòng)軸承的主要失效形式為膠合和疲勞剝落，其他均可預(yù)防,減摩性：材料副具有較低的摩擦系數(shù),耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨損率表示,抗咬粘性：材料的耐熱性與抗粘附性,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,嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能,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,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（或性質(zhì),滑動(dòng)軸承材料,滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料3,第十

7、二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,軸瓦可以由一種材料制成，也可以在高強(qiáng)度材料的軸瓦基體上澆注一層或兩層軸承合金作為軸承襯，稱為雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。 為了使軸承襯與軸瓦基體結(jié)合牢固，可在軸瓦基體內(nèi)表面或側(cè)面制出溝槽,軸瓦的形式和結(jié)構(gòu),單材料、整體式 厚壁鑄造軸瓦,多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦,整體軸套,卷制軸套,薄壁軸瓦,厚壁軸瓦,多材料、對(duì)開式厚壁鑄造軸瓦,多材料、對(duì)開式薄壁

8、軋制軸瓦,需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差,可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復(fù),節(jié)省材料，剛度不足，對(duì)軸承座孔的加工精度要求高,有足夠的強(qiáng)度和剛度，可降低對(duì)軸承座孔的加工精度,強(qiáng)度足夠的材料可直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵,軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作軸瓦,鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁型,只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率,軸承襯,目的：防止軸瓦相對(duì)于軸承座產(chǎn)生軸向和周向的相對(duì)移動(dòng),定位方法：對(duì)于軸向定位有,軸瓦一端或兩端做凸緣,軸瓦的定位,定位方法：對(duì)于周向定位有,緊定螺釘 （也可做軸向定位,銷 釘 （也可做軸向定位,軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進(jìn)油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布

9、在整個(gè)軸徑上,進(jìn)油孔,油槽,油孔及油槽,目的：把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面,原則：油孔和油槽盡量開在非承載區(qū)，以保證承載區(qū)油膜的連續(xù)性。盡量不要降低或少降低承載區(qū)油膜的承載能力；軸向油槽不能開通至軸承端部，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)姆庥兔?滑動(dòng)軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)4,形式： 按油槽走向分沿軸向、繞周向、斜向、螺旋線等,按油槽數(shù)量分單油槽、多油槽等,單軸向油槽開在非承載區(qū) （在最大油膜厚度處,雙軸向油槽開在非承載區(qū) （在軸承剖分面上,雙斜向油槽 （用于不完全液體潤滑軸承,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)

10、構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,四種滑動(dòng)摩擦狀態(tài),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于摩擦學(xué)的研究已逐漸深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微納米摩擦學(xué)理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實(shí)際研究中，一般認(rèn)為摩擦系數(shù)在0.001量級(jí)（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認(rèn)為屬于超潤滑。關(guān)于這方面的研究也是目前微納米摩擦學(xué)研究的一個(gè)重要方面，同學(xué)們應(yīng)對(duì)此給予關(guān)注,失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤滑或混合摩擦

11、潤滑,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。因邊界膜強(qiáng)度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、潤滑油供給等有關(guān)，目前尚無精確的計(jì)算方法，但一般可作條件性計(jì)算,校核內(nèi)容： 驗(yàn)算平均壓力 p p，以防壓潰軸瓦，保證強(qiáng)度,驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pvpv，限制溫升，以防咬粘,驗(yàn)算滑動(dòng)速度vv ，以防加速磨損,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 、軸頸轉(zhuǎn)速n及軸頸直徑d,驗(yàn)算及設(shè)計(jì),驗(yàn)算軸承的平均壓力p (MPa,p軸瓦材料的許用壓力,驗(yàn)算摩擦熱,pv軸承材料的pv許用值，MPam/s,驗(yàn)算滑動(dòng)速度v (m/s,v材料的許用滑動(dòng)速度,選擇配合,可選H9/d9或H8/f7、H7/f6,

12、基孔制間隙配合,第十二章 滑動(dòng)軸承,12-1 滑動(dòng)軸承概述,12-2 滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式,12-3 滑動(dòng)軸承的失效形式及常用材料,12-4 軸瓦結(jié)構(gòu),12-6 不完全液體潤滑滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-7 液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算,12-8 其它形式滑動(dòng)軸承簡(jiǎn)介,四種滑動(dòng)摩擦狀態(tài),隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，關(guān)于摩擦學(xué)的研究已逐漸深入到微觀研究領(lǐng)域，形成了微納米摩擦學(xué)理論，引發(fā)出許多新的概念，比如提出了超潤滑的概念等。從理論上講，超潤滑是實(shí)現(xiàn)摩擦系數(shù)為零的摩擦狀態(tài)，但在實(shí)際研究中，一般認(rèn)為摩擦系數(shù)在0.001量級(jí)（或更低）的摩擦狀態(tài)即可認(rèn)為屬于超潤滑。關(guān)于這方面的研究也是目前微納米摩擦學(xué)研究的

13、一個(gè)重要方面，同學(xué)們應(yīng)對(duì)此給予關(guān)注,流體潤滑1,v,v,v,補(bǔ)充】4-4：流體動(dòng)力潤滑原理,流體動(dòng)力潤滑方程的建立,對(duì)流體膜壓力分布微分方程作如下假設(shè)，以便得到簡(jiǎn)化形式的流體動(dòng)力平衡方程。這些假設(shè)條件是,流體為牛頓流體,流體的流動(dòng)是層流，即層與層之間沒有物質(zhì)和能量的交換,忽略壓力對(duì)粘度的影響，實(shí)際上粘度隨壓力的增高而增加,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,流體不可壓縮，故流體中沒有“洞”可以“吸收”流質(zhì),流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù),兩次積分得,若將邊界條件：y=0時(shí) u=V，y=h 時(shí) u=0 代入得,可見，在兩板間隙中，

14、任意一點(diǎn)的速度都由兩部分組成：一部分為剪切流，在y方向呈線性分布；另一部分為壓力流，在y方向呈拋物線分布,u,u,潤滑油單位寬度體積流量,設(shè) h=h0 的截面上，油膜壓力最大。此時(shí)，油層速度速度呈三角形分布，此處流量為,整理得到流體動(dòng)力潤滑的一維方程，即一維雷諾方程,由潤滑油的連續(xù)性，流經(jīng)各截面的流量相等，有,一維雷諾方程,流體動(dòng)力潤滑的必要條件,相對(duì)運(yùn)動(dòng)的兩表面間構(gòu)成楔形間隙,一定粘度的潤滑油，且供油充分,兩板間有足夠的相對(duì)速度，且大截面流入，小截面流出,hh0時(shí)，油膜壓力增大,hh0時(shí)，油膜壓力降低,h=h0時(shí)，油膜壓力最大,B（無限寬）：一維雷諾方程,B為有限寬時(shí)：二維雷諾方程,例】試分

15、析下圖所示四種摩擦副，在摩擦面間哪些摩擦副不能形成油膜壓力，為什么?（v為相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，油有一定的粘度。,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算3,流體動(dòng)力潤滑的過程,軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等； 直徑間隙是公差形成的,軸頸上作用的液體壓力與F相平衡，在與F垂直的方向,軸頸最終的平衡位置可用偏位角a和偏心距e來表示,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4,徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系,c偏心率 c e /,為直徑間隙 D d,為半徑間隙 R r / 2,e 為偏心距,相對(duì)間隙 / r / d,注意hmin h0,高速輕載：偏心率0,低速重載：偏心率1,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4,最小

16、油膜厚度： hmin=er(1-c,相對(duì)間隙 反映了軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)； 偏心率 反映了軸承的承載能力,注意hmin h0,軸承對(duì)軸頸的總反力相切于摩擦圓，大小與外載荷相等，方向與轉(zhuǎn)速相反,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算5,1、承載力計(jì)算對(duì)雷諾方程積分,2、最小油膜厚度驗(yàn)算保證流體潤滑,3、熱平衡驗(yàn)算防止溫升過高,工作能力計(jì)算,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算5,1、承載力計(jì)算,12-15）：雷諾方程的極坐標(biāo)形式（微小角度內(nèi)的壓力增量,12-16）：任意轉(zhuǎn)角f處的油膜壓力（第1重積分,12-17）：油膜壓力在外載荷方向上的分量,12-18）：軸承單位寬度內(nèi)的油膜承載力（第2重積分,12-19

17、）：考慮端泄的影響（即沿z軸方向的流動(dòng),12-20）：寬度為B軸承的總承載力（第3重積分,12-23）：承載量系數(shù)Cp（索氏數(shù)So,Cp承載量系數(shù)，與軸承包角、寬徑比B/d和偏心率c有關(guān),承載量系數(shù)Cp（索氏數(shù)So,因此：動(dòng)力潤滑軸承應(yīng)保證：hmin h,其中： h=S(Rz1+Rz2,S 安全系數(shù)， 考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等，常取S2,2、最小油膜厚度驗(yàn)算：hmin= r(1- c,分析：hmin（偏心率）,軸承的承載能力； 但是：hmin不能過小,對(duì)于一般軸承可取為3.2m和6.3m，或1.6m和3.2m,對(duì)于重要軸承可取為0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m,Rz1、Rz

18、2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度十點(diǎn)高度,p.133,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算5,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4,3、熱平衡驗(yàn)算,潤滑油流量系數(shù)Cq,滑動(dòng)軸承的參數(shù)選擇,寬徑比,壓力大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性,承載能力,則常用范圍：B/d=0.31.5,寬徑比對(duì)承載能力的影響,端泄漏量,相對(duì)間隙,F,經(jīng)驗(yàn)公式,一般機(jī)器常用值,設(shè)計(jì)時(shí)，先設(shè)定tm，然后初選 ，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算。最后通過熱平衡驗(yàn)算軸承入口溫度ti是否在3545C，否則應(yīng)重新選擇粘度不同的潤滑油再計(jì)算。 計(jì)算步驟： 1) 按軸徑轉(zhuǎn)速初估 2) 計(jì)算運(yùn)動(dòng)粘度 3) 選定平均溫度tm 4) 參照手冊(cè)選定油的牌號(hào) 5) 查資料，重新確定tm時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度和動(dòng)力粘度 6) 驗(yàn)算潤滑油的入口溫度ti,粘度,液體動(dòng)力潤滑徑向滑動(dòng)軸承的