滑動(dòng)軸承計(jì)算

1、第十七章 滑動(dòng)軸承基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、特點(diǎn)及軸瓦材料與結(jié)構(gòu)。非液體摩擦軸承的計(jì)算。液體動(dòng)壓形成原理及基本方程，液體動(dòng)壓徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算要點(diǎn)。多油楔動(dòng)壓軸承簡(jiǎn)介。潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑裝置。 基本要求:1) 了解滑動(dòng)軸承的類(lèi)型、特點(diǎn)及其應(yīng)用。2) 掌握各類(lèi)滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。3) 了解對(duì)軸瓦材料的基本要求和常用軸瓦材料，了解軸瓦結(jié)構(gòu)。4) 掌握非液體摩擦軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則及其物理意義。5) 掌握液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本概念、基本方程和油楔承載機(jī)理。6) 了解液體摩擦動(dòng)壓徑向潤(rùn)滑軸承的計(jì)算要點(diǎn)（工作過(guò)程、壓力曲線及需要進(jìn)行哪些計(jì)算）。7) 了解多油楔軸承等其他動(dòng)壓軸承的工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用

2、。8) 了解滑動(dòng)軸承采用的潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑裝置。重點(diǎn)：1) 軸瓦材料及其應(yīng)用。2) 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則與方法。3) 液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程及形成液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件。難點(diǎn)：液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程及形成液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件。 主要內(nèi)容：一：非液體潤(rùn)滑軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算。二：形成動(dòng)壓油膜的必要條件。三：流體動(dòng)壓向心滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，參數(shù)選擇§17-1概述：滑動(dòng)軸承是支撐軸承的零件或部件，軸頸與軸瓦面接觸，屬滑動(dòng)摩擦。一 分類(lèi)：1. 按承載方向 徑向軸承（向心軸承。普通軸承）只受.推力軸承： 只受組合軸承： ,.2. 按潤(rùn)滑狀態(tài) 液體潤(rùn)滑： 摩擦表面被一流體膜分開(kāi)（1

3、.52.0以上）表面間 摩擦為液體分子間的摩擦 。例如汽輪機(jī)的主軸。 非液體潤(rùn)滑：處于邊界摩擦及混合摩擦狀態(tài)下工作的軸承為非液體潤(rùn)滑軸承。   關(guān)于摩擦 干： 不加任何潤(rùn)滑劑。邊界：表面被吸附的邊界膜隔開(kāi)，摩擦性質(zhì)不取決于流體粘度，與邊界膜的表面的吸附性質(zhì)有關(guān)。液體：表面被液體隔開(kāi),摩擦性質(zhì)取決于流體內(nèi)分子間粘性阻力?；旌希禾幱谏鲜龅幕旌蠣顟B(tài).相應(yīng)的潤(rùn)滑狀態(tài)稱(chēng)邊界、液體、混合、 潤(rùn)滑。3.液體潤(rùn)滑按流體膜形成原理分：1） 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承：靠摩擦表面幾何形狀相對(duì)運(yùn)動(dòng)并借助粘性流體動(dòng)力學(xué)作用產(chǎn)生力。平衡外載。2）流體靜壓潤(rùn)滑軸承：靠外部提供壓力流體，借助流體靜壓力平

4、衡外載荷。但開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)處于干摩擦，逐漸轉(zhuǎn)換的，表明滑動(dòng)軸承摩擦狀態(tài)轉(zhuǎn)化過(guò)程滑動(dòng)軸承摩擦特性曲線。由德國(guó)科學(xué)家Stribeck通過(guò)實(shí)驗(yàn)做出的。3. 按潤(rùn)滑材料分 液體潤(rùn)滑軸承（油 、 水）氣體潤(rùn)滑軸承（空氣、氦、氮）塑料體潤(rùn)滑軸承（脂、半夜體金屬、）固體潤(rùn)滑軸承 （、石墨，玻璃）自潤(rùn)滑軸承（粉末冶金）二 ：主要特點(diǎn)：1.平穩(wěn)， 可靠， 噪音小，高旋轉(zhuǎn)精度2.承載力大，耐沖擊（油膜緩沖阻尼作用），用于高速3.啟動(dòng)阻力大。§17-2 徑向滑動(dòng)軸承的主要類(lèi)型整體式:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，低速、載荷不大 , 間歇機(jī)器無(wú)法調(diào)間隙，軸頸只能從端部裝入。 剖分式 : 見(jiàn)教材P334圖17.1-17.2。

5、7;173滑動(dòng)軸承材料：即軸瓦與軸承襯材料。一：對(duì)材料要求：1. 強(qiáng)度塑性 順應(yīng)性 嵌藏性2. 磨合性減摩性 耐磨性磨合性 材料消除表面不平度而使軸瓦表面和軸頸表面相互吻合的性質(zhì)減摩性：材料具有較低摩擦阻力的性質(zhì)。耐磨性：材料具有抵抗磨粒磨損和膠合磨損的性質(zhì)。3.良好的導(dǎo)熱性、工藝性 、經(jīng)濟(jì)性。二：常用材料：1. 材料分類(lèi)：金屬材料粉末冶金材料非金屬材料2. 常用材料簡(jiǎn)介：1） 巴氏合金（軸承合金）、合金 ，以、為基礎(chǔ)，懸浮銻錫及銅錫的硬晶粒，均勻的分布于基體內(nèi)，硬晶粒起抗磨作用軟基體則增加材料的塑性。2）軸承青銅：粉末冶金：金屬粉末加石墨高壓成型再經(jīng)高溫?zé)贫傻亩嗫障督Y(jié)構(gòu)材料?？紫堵收伎傮w

6、積的15-35%，可預(yù)先浸滿(mǎn)油或脂，又稱(chēng)含油軸承。3）塑料：耐水耐酸耐堿，但導(dǎo)熱性差耐塑性差。詳見(jiàn)p355表17.1§177 滑動(dòng)軸承的條件性計(jì)算用于低速輕載不重要軸承，也用于流體潤(rùn)滑的初算。非液體潤(rùn)滑軸承計(jì)算缺乏系統(tǒng)理論，用一些條件性的驗(yàn)算來(lái)進(jìn)行計(jì)算。 失效形式：磨損（主要）無(wú)合適公式 膠合（次要） 點(diǎn)蝕（更次要）一、徑向軸承。1. 限制平均壓強(qiáng)P 即限制磨損失效。 (17.2) F- 軸承徑向載荷 -軸頸直徑及有效寬mm -許用比壓Mpa表17.4 P3422.限制值即限制膠合因發(fā)熱量有摩擦功率損失而來(lái)，與功率損失成正比，因而限制值就可以限制發(fā)熱量，進(jìn)而限制了膠合。 發(fā)

7、熱量 式中f摩擦系數(shù)； F力（）； 速度 上式中B 、d一定，f一定，為變值、可控制此項(xiàng)即可限制膠合失效。 （17-3）3.限制滑動(dòng)速度：有時(shí)由于安裝誤差或軸的彈性變形，使軸徑與軸承局部接觸，此時(shí)即使平均比壓較小，及皆小于許用值，但也可能由于軸頸圓周速度較高，而使軸承局部過(guò)度磨損或膠合。因此安裝精度較差、軸的彈性變形較大和軸承寬徑比較大時(shí)，還需驗(yàn)算軸徑的圓周速度。 （17-4）材料的pv 及v見(jiàn)教材表17.4二、推力軸承（見(jiàn)教材P342頁(yè)，略）§178液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程用潤(rùn)滑油把摩擦表面完全分割開(kāi)的摩擦成為液體摩擦，此時(shí)摩擦性質(zhì)取決于潤(rùn)獲的黏度，而與兩摩擦表面間的材料無(wú)關(guān)。一：潤(rùn)

8、滑油粘度1.潤(rùn)滑油在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生內(nèi)部摩擦阻力的性質(zhì)叫粘性，粘性大小稱(chēng)粘度。粘度是表征流體流動(dòng)中內(nèi)摩擦性能的。2.內(nèi)摩擦阻力的計(jì)算：圖是為兩塊平行平板被一層不可壓縮的潤(rùn)滑油隔開(kāi)，下板靜止加壓力拖動(dòng)上板，潤(rùn)滑油做層流流動(dòng)。沿y坐標(biāo)軸油層將以不同速度u在移動(dòng)。流動(dòng)時(shí)內(nèi)摩擦阻力阻止層流流動(dòng)，此力稱(chēng)流體內(nèi)摩擦阻力。 關(guān)于內(nèi)摩擦阻力的大?。核俣?位置 速度梯度，即速度在垂直方向上的變化率。 由理論分析及試驗(yàn)結(jié)果剪應(yīng)力與速度梯度成正比。因方向取負(fù)，負(fù)號(hào)表示隨的增大而減小，當(dāng)溫度、壓力一定時(shí)，為一常數(shù)稱(chēng)為動(dòng)力粘度。上述方程稱(chēng)牛頓方程或流體內(nèi)摩擦定律2. 粘度單位1） 動(dòng)力粘度（絕對(duì)粘度）：?jiǎn)挝粸閯?dòng)力學(xué)單位，

9、稱(chēng)動(dòng)力粘度。國(guó)際單位（工程單位）：巴斯（）長(zhǎng)寬高各為1m的液體如使兩平行面a .b發(fā)生1m/s相對(duì)滑動(dòng)速度所需的力為1N.這樣的液體粘度為物理單位 泊或2） 運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度與同溫度下該液體的密度的比值稱(chēng)運(yùn)動(dòng)粘度。國(guó)際單位：物理單位：斯（Stock）,蒸餾水在20.3攝氏度時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度為1新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定機(jī)械油牌號(hào)為40攝氏度時(shí)運(yùn)動(dòng)粘度的厘斯數(shù)，溫度上升，粘度下降;壓力升高，粘度上升，超過(guò)100Mpa時(shí)壓力升高，粘度明顯增加。二：流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成（潤(rùn)滑油是怎樣起作用的，壓力如何產(chǎn)生的）（a） 如圖17.14.b所示：板b靜止，板a以速度v向右移動(dòng)，板上無(wú)載荷，液體速度圖呈三角形分布，板ab間帶進(jìn)油量

10、等于帶出油量，板間油量保持不變，板a不會(huì)下沉。（b） 板a承載，油向兩側(cè)溢出，于是板a下沉，不能承載。（c） 如圖17.14 a所示，ab板不平行，板間隙沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂的楔形，板a 承受載荷P。板a運(yùn)動(dòng)使兩端流體速度圖似乎應(yīng)如虛線所示的三角形分布。如此進(jìn)油多出油少，由于實(shí)際上液體不可壓縮，必將在間隙內(nèi)擁擠形成壓力，迫使進(jìn)口端的速度圖向內(nèi)凹，出口端速度圖形向外凸，使進(jìn)口油量等與出口帶出的油量。間隙內(nèi)液體形成壓力，即由向上的壓力與外載荷平衡，說(shuō)明在間隙內(nèi)形成了動(dòng)壓油膜。歸納起來(lái)：獲得流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件是：1） 相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩表面間，必須有沿運(yùn)動(dòng)方向由大變小的楔形間隙；2） 兩表面必須有一

11、定的相對(duì)速度3） 潤(rùn)滑油有一定粘度，且供油充足。 進(jìn)一步觀察徑向軸承形成動(dòng)壓油膜的過(guò)程：（1） 如圖17.16 a所示，制造時(shí)軸承孔直徑D大于軸徑d，二者之差稱(chēng)直徑間隙。靜止時(shí)軸處于軸承孔最下方穩(wěn)定位置。（2） 軸徑開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸承與軸徑為金屬相接觸，為金屬間直接相摩擦。軸承對(duì)軸徑的摩擦力方向與軸徑表面圓周速度方向相反，迫使軸徑向左移動(dòng)而偏移。如圖17.16 b所示（3） 當(dāng)軸徑速度繼續(xù)增加時(shí)，楔形間隙內(nèi)形成的油膜將軸徑推開(kāi)而與軸承脫離接觸，但此情況不持久，因?yàn)橛湍?nèi)各點(diǎn)內(nèi)壓力的合力有向右推動(dòng)軸徑的分力存在，因而軸徑向右移動(dòng)。（4） 隨轉(zhuǎn)速的增大，軸徑表面圓周速度增大，帶入油楔內(nèi)油量逐漸加多，

12、則金屬接觸面被潤(rùn)滑油分隔開(kāi)的面積增大，因而摩擦阻力下降。于是軸徑又向右下方移動(dòng)（油膜內(nèi)各點(diǎn)壓力的合力有向右推動(dòng)軸徑的分力存在）。當(dāng)轉(zhuǎn)速增加到一定大小達(dá)到工作轉(zhuǎn)速時(shí)，已形成足夠油量將金屬接觸面分開(kāi)，軸承開(kāi)始按液體摩擦狀態(tài)工作。油壓如何計(jì)算？通過(guò)雷諾方程解決。三：流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程-雷諾方程如圖17.13所示兩剛體被潤(rùn)滑油分開(kāi)，移動(dòng)件以速度v沿x方向移動(dòng)，另一剛體靜止不動(dòng)。 假設(shè)：  1. z方向無(wú)窮大，（潤(rùn)滑油在此方向不流動(dòng)）；2. 潤(rùn)滑油做層流流動(dòng)，油不可壓縮；3. 潤(rùn)滑油粘度不隨溫度壓力變化；4. 忽略油層重力和慣性；5. 由于工作表面吸附牢固，表面油分子隨

13、工作表面一同運(yùn)動(dòng)或靜止。 取單元微體分析，p為單位壓力。因沿z方向不流動(dòng)，因而前后面壓強(qiáng)相等。作用于微元體兩側(cè)壓力及作用于微元體上下兩面壓力為及分析x 方向受力，因?yàn)榈人龠\(yùn)動(dòng)，所以受力平衡：代入牛頓定律得：得 反過(guò)來(lái)分析一下平行板的情況：如圖，速度分布為三角形 ， 即不能產(chǎn)生壓力來(lái)支撐外載荷（平行油膜各處油壓差等于入口及出口的油壓）。上式積分：再積分：利用邊界條件，當(dāng)y=0時(shí)（移動(dòng)件）得=當(dāng)時(shí)（靜止件）得導(dǎo)出： 將、代入原式得利用潤(rùn)滑油連續(xù)流動(dòng)的關(guān)系得出任一剖面沿x方向單位寬度流量： 導(dǎo)出： =u（速度）x截面積=dz=udy（因?yàn)閱挝粚?，所以dz=1） = =Vh （a）

14、設(shè)以表示油膜中油壓最大處的間隙（=0）此截面上 （b） 而式（a）應(yīng)等于式（b） （因?yàn)榱髁勘叵嗟龋? (77）此為一維雷諾流體動(dòng)壓潤(rùn)滑方程，是計(jì)算流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程，從公式可看出油壓變化與粘度、速度、間隙有關(guān)，利用此公式可求出油膜上各點(diǎn)壓力P ，根據(jù)油壓分布可算出油膜承載能力。 下面利用一維雷諾方程分析壓力沿x方向曲線分布及理由：      （）分析：在ab段：h>>0（壓力沿x方向增加）（速度分布曲線凹） （因?yàn)槎A導(dǎo)數(shù)>0有極小值。）在bc段：h<h0（速度分布曲線凸）（因?yàn)槎A導(dǎo)數(shù)<0有極大值。），壓力

15、沿x方向逐漸降低。在b點(diǎn)：=0 壓力達(dá)最大值,在AC段：由于油膜各點(diǎn)沿X方向的油壓都大于入口和出口的油壓，因而能承受一定外載荷。設(shè)計(jì)時(shí)將一維雷諾方程轉(zhuǎn)換成極坐標(biāo)（因軸承為圓柱形），經(jīng)積分等得出任一位置壓力計(jì)算式及承壓區(qū)段長(zhǎng)（壓力油膜長(zhǎng)）。載荷P、速度V已知，、為選定求.實(shí)際上也可以將軸瓦做成多油楔的，（軸只能沿一個(gè)方向移動(dòng)）。對(duì)一維雷諾方程整理并對(duì)X取偏導(dǎo)數(shù)得： （17.8）若再考慮潤(rùn)滑油沿z向流動(dòng)，則 （17.9） 式17.9為二維雷諾動(dòng)力潤(rùn)滑方程式，是計(jì)算液體動(dòng)壓軸承的基本公式。  § 179液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向軸承的計(jì)算：一，幾何計(jì)算 半徑間隙： R軸承孔半徑

16、r 為 軸頸半徑相對(duì)間隙： 偏心距： 偏心率：  最小油膜厚度： （17.12）軸頸中心與軸承孔中心的連線與任意角 處的油膜厚度為： （17.13）（導(dǎo)出：因?yàn)楹苄?，所?二，承載能力和索氏數(shù)：軸承包角 ：即軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對(duì)應(yīng)的角度承載油膜角（）：壓力油膜本應(yīng)到hmin處結(jié)束，因?yàn)樵偻也粫?huì)形成動(dòng)壓油膜，但實(shí)際上壓力油膜還拖長(zhǎng)一段至G。偏位角：外載荷F作用線和之夾角油膜角：從至任意油膜處的角，分別為壓力油膜起、止點(diǎn)角坐標(biāo)，為油膜壓力為最大處的油膜角。利用一維雷諾方程計(jì)算油膜承載能力：=壓力最大處油膜厚度為 將一維雷諾方程改為極坐標(biāo)形式： 再將、值代入，將代入=，即=將上式積分，可

17、得任意角處的油膜壓力：在至區(qū)間，沿外載荷方向單位寬度的油膜力為：將上式乘以軸承寬度B,代入r=d/2,得有限寬度軸承不考慮端泄時(shí)的油膜承載力F，經(jīng)整理得： 上式右端之值稱(chēng)索氏數(shù)，索氏數(shù)是軸承包角和偏心率的函數(shù)，無(wú)量綱數(shù)群?jiǎn)挝粸?FN；B，Dm，Pa·s ，-rad/s調(diào)整各參數(shù)間的關(guān)系，例如：在允許的情況下減小，增大，將使F增大。但由于端泄，實(shí)際承載力比上式低，因此在實(shí)際計(jì)算中，常采用二維雷諾動(dòng)力潤(rùn)滑方程式的數(shù)值解提供的線圖進(jìn)行計(jì)算。圖17.18（P348）給出軸承包角和120度時(shí)，曲線。此時(shí)，索氏數(shù)為軸承包角，偏心率和寬徑比B/d的函數(shù)。B/d減小，端泄增大，s0減小。其

18、他參考數(shù)相同時(shí)，減小，承載力減小。對(duì)B/d一定時(shí)增大，增大，承載力增大，但hmin很小，為安全運(yùn)轉(zhuǎn)，必滿(mǎn)足三，流量計(jì)算：軸承的體積流量可按下式計(jì)算： 式中， 無(wú)量綱體積流量，是、B/d、函數(shù)，查圖17.19（P350）四，動(dòng)耗計(jì)算徑向軸承在承載區(qū)的摩擦動(dòng)耗為： W （17.16）式中：=摩擦特性系數(shù)，是、B/d、的函數(shù)，查圖17.20（P351）五，熱平衡計(jì)算：摩擦力轉(zhuǎn)化為熱量，一部分被潤(rùn)滑油帶走，一部分使軸承座及周?chē)諝馍郎?。所以控制油溫及軸承溫度許用值。單位時(shí)間摩擦熱=流動(dòng)油帶走的熱量及軸承散發(fā)之熱。式中：潤(rùn)滑油體積流量軸承的摩擦系數(shù)    潤(rùn)滑油的溫升，流入及流出間隙的溫差。油的比熱