機械設計CH12

1、12-1 概述12-2 滑動軸承的主要結構形式12-3 滑動軸承的失效形式及常用材料12-4 軸瓦結構12-5 滑動軸承潤滑劑的選擇12-6 不完全液體潤滑滑動軸承的設計計算12-7 流體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算12-8 其它形式滑動軸承簡介第十二章 滑動軸承概述軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉的，也可以是靜止的。1能承擔一定的載荷，具有一定的強度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉件轉動靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉精度。根據(jù)軸承中摩擦的性質，可分為滑動軸承和滾動軸承。一、軸承應滿足如下基本要求：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

2、推力軸承。 (或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承）。根據(jù)潤滑狀態(tài)，滑動軸承可分為：不完全液體潤滑滑動軸承。完全液體潤滑滑動軸承。三、種滑動摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài)fn/p o邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦液體摩擦液體摩擦摩擦特性曲線摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)稱無量綱參數(shù)n/p為為軸承特性數(shù)。軸承特性數(shù)。 -動力粘度，p-壓強 ，n-每秒轉數(shù) 滑動軸承五、滑動軸承設計內容四、滑動軸承的特點滾動軸承絕大多數(shù)都已標準化，故得到廣泛的應用。但是在以下場合，則主要使用滑動軸承：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。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。

3、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。徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機。軸承的型式和結構選擇；軸瓦的結構和材料選擇；軸承的結構參數(shù)設計；潤滑劑及其供應量的確定；軸承工作能力及熱平衡計算?；瑒虞S承的典型結構一、徑向滑動軸承的結構整體式徑向滑動軸承特點：結構簡單，成本低廉。應用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。軸承座整體軸套螺紋孔油杯孔因磨損而造成的間隙無法調整。只能從沿軸向裝入或拆出?；瑒虞S承的典型結構對開式徑向滑動軸承特點：結構復雜、可以調整磨損而造成的 間隙、安裝方便。應用場合：低速、輕載或間歇性工作的機器中。對開式軸承(整體軸套)螺栓軸承蓋

4、軸承座油杯座孔螺母套管上軸瓦下軸瓦對開式軸承(剖分軸套)45 滑動軸承的典型結構三、止推滑動軸承的結構FaFaFaFa止推滑動軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結構形式有： 空心式：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件較實心式的改善。 單環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面止推，結構簡單，潤滑方便，廣泛用 于低速、輕載的場合。 多環(huán)式：不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。 由于各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%。 空心式單環(huán)式多環(huán)式汽車用滑動軸承故障原因的平均比率軸承表面的磨粒磨損、刮傷、咬粘(膠合)、疲勞剝落和腐蝕。一、滑動軸承常見失效形式有：滑動軸承還可能出現(xiàn)

5、氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動磨損等失效形式。故障原因不干凈潤滑油不足安裝誤差對中不良超載比率38.311.115.98.16.0故障原因腐蝕制造精度低氣蝕其它比率5.65.52.86.7 滑動軸承的失效形式及常用材料滑動軸承的失效形式及常用材料二、滑動軸承的材料軸承材料是指在軸承結構中直接參與摩擦部分的材料，如軸瓦和軸承襯的材料。軸承材料性能應滿足以下要求： 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。 摩擦順應性：材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不 良的能力。 嵌入性：材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動

6、表面發(fā)生刮傷或磨 粒磨損的性能。此外還應有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導熱性、工藝性和經濟性。 磨合性：軸瓦與軸頸表面經短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀 和粗糙度的能力（或性質）。滑動軸承的軸瓦結構一、軸瓦的形式和結構按構造分類整體式對開式按加工分類鑄造軋制按尺寸分類厚壁薄壁按材料分類單材料多材料需從軸端安裝和拆卸，可修復性差。 可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復。 節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高 。 具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。 強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。鑄造工藝性好，單件、大

7、批生產均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產率?；瑒虞S承的軸瓦結構單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對開式厚壁鑄造軸瓦多材料、對開式薄壁軋制軸瓦滑動軸承的軸瓦結構二、軸瓦的定位 目的：防止軸瓦相對于軸承座產生軸向和周向的相對移動。 方法：對于軸向定位有：對于周向定位有：凸緣軸瓦一端或兩端做凸緣定位唇定位唇（凸耳）緊定螺釘緊定螺釘（也可做軸向定位）軸 瓦圓柱銷軸承座銷釘（也可做軸向定位） 滑動軸承的軸瓦結構三、軸瓦的油孔及油槽 目的：把潤滑油導入軸頸和軸承所構成的運動副表面。 原則：盡量開在非承載區(qū)，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

8、不能開通至軸承端部，應留有適當?shù)挠头饷妗?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）F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） 滑動軸承潤滑劑的選擇一、潤滑脂及其選擇 特點：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。 適用場合 ：要求不高、難以經常供油，或者低速重載以及作擺動運動的 軸承中。 選擇原則：當壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。所用潤滑脂的滴點，一般應較軸承的工作溫度高約2030，以免工作時潤滑脂過多地流失。在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應

9、選擇防水性能強的鈣基或鋁基潤滑脂。在溫度較高處應選用鈉基或復合鈣基潤滑脂。滑動軸承潤滑劑的選擇二、潤滑油及其選擇 特點： 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：不完全液體滑動軸承和完全液體潤滑滑動軸承。 選擇原則：主要考慮潤滑油的粘度。轉速高、壓力小時，油的粘度應低一些；反之，粘度應高一些。高溫時，粘度應高一些；低溫時，粘度可低一些。三、固體潤滑劑及其選擇 特點：可在滑動表面形成固體膜。 適用場合：有特殊要求的場合，如環(huán)境清潔要求處、真空中或高溫中。 常用類型：二硫化鉬，碳石墨，聚四氟乙烯等。 使用方法：涂敷、粘結或燒結在軸瓦表面；制成復合材料，依靠材料自身的潤滑性能形成

10、潤滑膜。不完全流體潤滑滑動軸承的設計計算一、失效形式與設計準則 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潤滑。 失效形式：邊界油膜破裂。 設計準則：保證邊界膜不破裂。因邊界膜強度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、 潤滑油供給等有關，目前尚無精確的計算方法，但一般可作 條件性計算。 校核內容：驗算平均壓力 p p，以保證強度要求。驗算摩擦發(fā)熱pvpv，fpv是摩擦力，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。驗算滑動速度vv ，p，pv的驗算都是平均值?？紤]到軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應校核滑動速度v 。

11、 不完全流體潤滑滑動軸承的設計計算二、徑向滑動軸承的設計計算 已知條件：外加徑向載荷F (N)、軸頸轉速n(r/mm)及軸頸直徑d (mm) 驗算及設計 ：驗算軸承的平均壓力p (MPa)pdBFpB軸承寬度，mm（根據(jù)寬徑比B/d確定）p軸瓦材料的許用壓力，MPa。驗算摩擦熱19100100060pvBFndnBdFpvv軸頸圓周速度，m/s； pv軸承材料的pv許用值，MPam/s驗算滑動速度v (m/s)vv v材料的許用滑動速度選擇配合 p、v、 pv 的選擇三、止推滑動軸承的設計計算一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6流體動力潤滑形成的必要條件：q 楔形空間；q 相對運動（保證

12、流體由大口進入）；q 連續(xù)不斷地供油。流體動力潤滑是指兩個作相對運動物體的摩擦表面，借助于相對速度而產生的粘性流體膜將兩摩擦表面完全隔開，由流體膜產生的壓力來平衡外載荷。流體動力潤滑原理F流體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算流體動力潤滑基本方程的建立對流體平衡方程（NavierStokes方程）作如下假設，以便得到簡化形式的流體動力平衡方程。這些假設條件是 ： 流體為牛頓流體，即 。 )(yu 流體的流動是層流，即層與層之間沒有物質和能量的交換； 忽略壓力對流體粘度的影響，實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)或勻速直線運動，且只有表面力作用于單元體

13、上； 流體不可壓縮，故流體中沒有“洞”可以“吸收”流質； 流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算在以上假設下，從兩平板所構成的楔形空間中，取某一層液體的一部分作為單元體，通過建立平衡方程和給定邊界條件，可得一維雷諾方程：流體動力潤滑的必要條件是： 036()pvhhxh 相對運動的兩表面間必須形成收斂的楔形間隙。 潤滑油必須有一定的粘度，供油要充分。 被油膜分開的兩表面必須有足夠的相對滑動速度，其運動方向必須使?jié)櫥陀纱罂诹鬟M，小口流出。Fvxyabcoho液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算二、徑向滑動軸承形成流體動力潤滑時的狀態(tài) 軸承的孔徑D和軸頸的直徑d

14、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，合力為零。 軸頸最終的平衡位置可用a和偏心距e來表示。 軸承工作能力取決于hlim，它與、和F等有關，應保證hlimh。FFFhminoo1oo1o1oaedD初始狀態(tài)穩(wěn)定工作狀態(tài) 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算三、徑向滑動軸承的幾何關系最小油膜厚度：hmin= e r(1-) 偏心率， e / 為直徑間隙， D d為半徑間隙， R R r r / / 2r 和 d 分別為軸頸的半徑和直徑。R 和 D 分別為軸承的半徑和直徑。e 為偏心距相對間隙， / r / d 任意位置油膜厚度： h= (1+cos

15、 )=r (1+cos ) 最大壓力處的油膜厚度： h0= (1+cos 0) 液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算積分一維雷諾方程 )(603hhhvxp并考慮到壓力沿軸承寬度方向的分布，Cp 承載量系數(shù)，與軸承包角，寬徑比B/d和偏心率有關。 F外載荷，N； 油在平均溫度下的粘度，Ns/m2。 B 軸承寬度，m； v 圓周速度，m/s。 分析思路：1)根據(jù)已知條件計算求得 Cp。 2)根據(jù)Cp由承載量系數(shù)表查取偏心率。3) 計算最小油墨厚度hmin= r(1-)。 PCdBF2或vBFdBFCP222可得：四、徑向滑動軸承承載能力和承載量系數(shù)液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算五、最小油膜厚度

16、 hmin動力潤滑軸承的設計應保證：其中：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。對于一般軸承可取為3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。對于重要軸承可取為0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。Ra1、Ra2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度。min(1) hrh12 4 ()aahS RR六、軸承熱平衡計算液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算五、液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計過程已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉速n(r/min)及軸頸直徑d(mm)。設計及驗算： 保證在平均油溫tm下 hmin h 驗算溫升 選擇軸承材料，驗算 p、v、pv。 選擇軸承參數(shù)，如軸

17、承寬度(B)、相對間隙()和潤滑油() 。 計算承載量系數(shù)(Cp)并查表確定偏心率()。 計算最小油膜厚度(hmin)和許用油膜厚度(h)。 計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)( f )。 計算軸承溫升(t )和潤滑油入口平均溫度( ti )。 根據(jù)寬徑比( B/d)和偏心率()查取潤滑油流量系數(shù) 。)(vBdq液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算8液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算 極限工作能力校核 根據(jù)直徑間隙()，選擇配合及軸承和軸頸的尺寸公差。 根據(jù)最大間隙(max)和最小間隙(min) ，校核軸承的最小油膜 厚度和潤滑油入口油溫。 繪制軸承零件圖其它形式滑動軸承簡介一、無潤滑軸承和自潤滑軸承 無潤滑軸承：工作時外界不提供潤滑劑的軸承。 自潤滑軸承：當無潤滑軸承材料本身就是固體潤滑材料時，或軸瓦中 含有潤滑介質，這種無潤滑軸承常稱自潤滑軸承。二、多油楔滑動軸承固定軸瓦多油楔軸承