華中科技大學(xué)機(jī)械設(shè)計PPT

1、第六章第六章 滑動軸承設(shè)計滑動軸承設(shè)計主主 講講 吳吳 昌昌 林林 一、滑動軸承的類型及其結(jié)構(gòu)型式一、滑動軸承的類型及其結(jié)構(gòu)型式1. 1. 類型類型按承載分按承載分按摩擦狀態(tài)分按摩擦狀態(tài)分向心滑動軸承向心滑動軸承推力滑動軸承推力滑動軸承液體摩擦滑動軸承液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承動壓軸承動壓軸承靜壓軸承靜壓軸承推力軸承推力軸承向心軸承向心軸承滾動軸承滾動軸承滑動軸承的摩擦狀態(tài)滑動軸承的摩擦狀態(tài)完全液體摩擦完全液體摩擦邊界摩擦邊界摩擦干摩擦干摩擦潤滑油膜將摩擦表面完全隔開，只存潤滑油膜將摩擦表面完全隔開，只存在液體分子間的摩擦在液體分子間的摩擦潤滑油膜部分地將摩擦表面隔開

2、，部潤滑油膜部分地將摩擦表面隔開，部分摩擦表面仍可直接接觸分摩擦表面仍可直接接觸摩擦表面間沒有任何物質(zhì)的摩擦摩擦表面間沒有任何物質(zhì)的摩擦008. 0001. 0f邊界摩擦常與半液體摩擦、半干摩擦并邊界摩擦常與半液體摩擦、半干摩擦并存，通稱非液體摩擦存，通稱非液體摩擦1 . 001. 0f2. 2. 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式向心軸承向心軸承推力軸承推力軸承剖分式剖分式整體式整體式間隙可調(diào)式間隙可調(diào)式自動調(diào)心式自動調(diào)心式實心式實心式空心式空心式單環(huán)式單環(huán)式多環(huán)式多環(huán)式結(jié)構(gòu)簡單結(jié)構(gòu)簡單安裝困難安裝困難間隙不可調(diào)間隙不可調(diào)結(jié)構(gòu)較繁結(jié)構(gòu)較繁間隙可調(diào)間隙可調(diào)廣泛采用廣泛采用中中間間比比壓壓大大3. 3. 滑動軸承

3、的適用場合滑動軸承的適用場合低速低載、精度不高低速低載、精度不高非液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承高速高速滾動軸承壽命大為降低滾動軸承壽命大為降低重載重載滾動軸承造價高滾動軸承造價高承受巨大沖擊和振動載荷承受巨大沖擊和振動載荷油膜的緩沖和阻尼作用油膜的緩沖和阻尼作用支承精度特別高支承精度特別高滑動軸承零件少滑動軸承零件少某些特殊場合某些特殊場合受徑向尺寸限制、曲軸軸承等受徑向尺寸限制、曲軸軸承等二、軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)二、軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)1. 1. 軸瓦的材料軸瓦的材料(1) (1) 基本要基本要求求減磨性減磨性磨損少磨損少減摩性減摩性摩擦系數(shù)小摩擦系數(shù)小其他要求：其他要求：抗膠合性抗膠合性跑合

4、性跑合性耐腐蝕性耐腐蝕性強(qiáng)強(qiáng)度度 (2) (2) 常用材常用材料料鑄鐵鑄鐵輕載、低速的軸瓦材料輕載、低速的軸瓦材料軸承合金軸承合金 ( (巴氏合金巴氏合金) )錫基錫基鉛基鉛基銻、銅鹼金屬硬粒銻、銅鹼金屬硬粒錫基體或鉛基體錫基體或鉛基體綜合性能好綜合性能好機(jī)械強(qiáng)度較低機(jī)械強(qiáng)度較低價昂價昂軸承合金澆鑄在鋼或軸承合金澆鑄在鋼或鑄鐵的軸瓦基體上鑄鐵的軸瓦基體上銅合金銅合金錫青銅錫青銅 中速、中載或重載中速、中載或重載鋁青銅鋁青銅 低速重載低速重載鉛青銅鉛青銅 高速重載高速重載粉末冶金粉末冶金鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成多孔性存油鐵或銅粉末混入石墨壓制燒結(jié)而成多孔性存油用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場

5、合用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合非金屬材料非金屬材料塑料、橡膠、尼龍等塑料、橡膠、尼龍等摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大摩擦系數(shù)小、耐磨、耐腐蝕、承載低、熱變形大2. 2. 軸瓦的結(jié)構(gòu)軸瓦的結(jié)構(gòu)(1) (1) 軸瓦的結(jié)構(gòu)要素軸瓦的結(jié)構(gòu)要素油孔油孔油溝油溝壁厚壁厚定位唇定位唇油室油室定位唇：防止軸瓦在軸承中移動定位唇：防止軸瓦在軸承中移動壁厚壁厚油孔和油溝：將油引入軸承油孔和油溝：將油引入軸承油室：存油油室：存油(2) (2) 結(jié)構(gòu)型式結(jié)構(gòu)型式整體式整體式剖分式剖分式三、滑動軸承的潤滑三、滑動軸承的潤滑1. 1. 潤滑油潤滑油(1) (1) 粘度粘度流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體

6、內(nèi)摩擦阻力表示流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示平行板間油的層流流動平行板間油的層流流動貼近靜止扳的油層速度貼近靜止扳的油層速度0u各油層以不同速度各油層以不同速度移動移動udydu貼近移動扳的油層速度貼近移動扳的油層速度vu dydu油層間剪應(yīng)力油層間剪應(yīng)力與速度梯度油層與速度梯度油層成正比成正比( ( 粘性流體粘性定律粘性流體粘性定律) )比例常數(shù)，即動力粘度比例常數(shù)，即動力粘度設(shè)長寬高各為設(shè)長寬高各為 1m 1m 的流體，若上下的流體，若上下兩面發(fā)生兩面發(fā)生 1m/s 1m/s 的相對滑動，所需的相對滑動，所需施加的力為施加的力為 1N 1N 時，時， 則該流體的則該流體的

7、粘度為粘度為 1 1 個國際單位制的動力粘度個國際單位制的動力粘度記為記為 Pa.sPa.s2/11msNsPasmStcSt/10101262動力粘度動力粘度與同溫下該流體密度與同溫下該流體密度的比值的比值( ( 用于流體動力學(xué)計算用于流體動力學(xué)計算 ) )( (潤滑油的粘度潤滑油的粘度) )單位換算單位換算sm /2國際單位制國際單位制scm /2物理單位物理單位稱為稱為 St (St (斯斯) )smm /2常用單位常用單位cSt(cSt(厘斯厘斯) )動力粘度動力粘度運動粘度運動粘度溫度溫度壓力壓力粘度粘度粘度粘度(2) (2) 常用潤滑油常用潤滑油潤滑油牌號潤滑油牌號一般為一般為40

8、 40 C C時時運動粘度運動粘度的平均值的平均值粘度溫度曲線粘度溫度曲線c cS St tC C0 0查得運動粘度查得運動粘度再用公式再用公式轉(zhuǎn)換為動力粘度轉(zhuǎn)換為動力粘度用于流體動力學(xué)計算用于流體動力學(xué)計算(3) (3) 潤滑油的選擇潤滑油的選擇外載大外載大 難形成油膜難形成油膜 選粘度高的油選粘度高的油速度高速度高 摩擦大摩擦大 選粘度低的油選粘度低的油溫度高溫度高 油變稀油變稀 選粘度高的油選粘度高的油比壓大比壓大 油易擠出油易擠出 選粘度高的油選粘度高的油2. 2. 潤滑脂潤滑脂鈣基鈣基抗水性好、耐熱性差、價廉抗水性好、耐熱性差、價廉鈉基鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好抗水性差、耐熱

9、性好、防腐性較好鋰基鋰基抗水性和耐熱性好抗水性和耐熱性好鋁基鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差抗水性好、有防銹作用、耐熱性差主要指標(biāo)主要指標(biāo)針入性：表征潤滑脂稀稠針入性：表征潤滑脂稀稠潤滑脂越稠潤滑脂越稠滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力滴點：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點20 30 20 30 C C針入性針入性承載承載摩擦阻力摩擦阻力四、非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計四、非液體摩擦滑動軸承的設(shè)計1. 1. 失效形式及計算準(zhǔn)則失效形式及計算準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則設(shè)計準(zhǔn)則失效形式失效形式磨損磨損防止過度磨損防止過度磨損發(fā)熱引

10、起膠合發(fā)熱引起膠合防止膠合防止膠合ppvvpvpvpvfdlfFv單位面積摩擦功率單位面積摩擦功率p比壓比壓小、油難擠出、潤滑好小、油難擠出、潤滑好v速度速度大、磨損大大、磨損大壓強(qiáng)壓強(qiáng)dlFpr向心軸承向心軸承kddzFpa)(42221推力軸承推力軸承速度速度100060dnv向心軸承向心軸承100060)2(21nddvm推力軸承推力軸承油溝引起接觸油溝引起接觸面積減小系數(shù)面積減小系數(shù)2. 2. 設(shè)計步驟設(shè)計步驟(1) (1) 選擇軸承結(jié)構(gòu)型式及材料選擇軸承結(jié)構(gòu)型式及材料(2) (2) 初定軸承基本型式和參數(shù)初定軸承基本型式和參數(shù)選擇寬徑比選擇寬徑比5 . 15 . 0dldl承載承載散

11、熱性散熱性油溫油溫(3) (3) 校核計算校核計算(4) (4) 選擇軸承的配合選擇軸承的配合(5) (5) 選擇潤滑劑和潤滑裝置選擇潤滑劑和潤滑裝置五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設(shè)計五、液體摩擦動壓向心滑動軸承的設(shè)計1. 1. 壓力油膜形成的原理壓力油膜形成的原理軸頸和軸瓦同心時軸頸和軸瓦同心時兩平行板的摩擦狀況兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時軸頸和軸瓦偏心時兩傾斜板的摩擦狀況兩傾斜板的摩擦狀況(1) (1) 兩平行板兩平行板(2) (2) 兩傾斜板兩傾斜板層與層間靠內(nèi)摩擦阻力層與層間靠內(nèi)摩擦阻力( (粘性粘性) )帶動前進(jìn)帶動前進(jìn)油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力油層間壓力無變化

12、，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力vy沿沿方向按線性變化方向按線性變化vhQQOUTIN21vabQIN21vcdQOUT21OUTINQQ 潤滑油不可壓縮潤滑油不可壓縮“擁擠擁擠”形成壓力形成壓力油的粘性和壓力的油的粘性和壓力的作用，改變了油層作用，改變了油層速度變化規(guī)律速度變化規(guī)律2. 2. 液體動壓潤滑的基本方程液體動壓潤滑的基本方程pdydzdydzdpp)( dxdzdxdzd )(dyddxdpdydu22dyuddxdp假設(shè)油層在假設(shè)油層在 Z Z 方向無流動方向無流動21221CyCydxdpuouhyvuoy)()(21yhhvyhydxdpu對對 y y 積分：積分：邊界條件：邊界

13、條件：hXhvhdxdpudyq0321210max21vhqXmaxXXqq 任意截面上單位寬度任意截面上單位寬度( z( z方向方向) )的流量的流量0dxdp設(shè)油膜壓力最大處設(shè)油膜壓力最大處( ( 此截面此截面) )的間隙為的間隙為0h則則流體是連續(xù)的流體是連續(xù)的306hhhvdxdp一維雷諾方程一維雷諾方程)()(21yhhvyhydxdpu討論之一：討論之一：22dyuddxdp由由油膜壓力沿油膜壓力沿 x x 方向變化規(guī)律方向變化規(guī)律對平行板對平行板對傾斜板對傾斜板kyu 022dyud022dyud022dyud0dxdp0dxdp0dxdp平行板間油膜壓力沿平行板間油膜壓力沿

14、x x 方向無變化，方向無變化，等于入口處壓力等于入口處壓力 ( (壓力為壓力為 0)0)入口處速度圖形為凹形入口處速度圖形為凹形出口處速度圖形為凸形出口處速度圖形為凸形在在0dxdp處處0h油膜厚度為油膜厚度為u u 沿沿 y y 方向線性分布方向線性分布maxp油膜壓力達(dá)油膜壓力達(dá))()(21yhhvyhydxdpu討論之二：討論之二：液體摩擦形成的條件液體摩擦形成的條件由由306hhhvdxdp(1) (1) 兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙(2) (2) 兩工作表面必須有一定的相對運動，兩工作表面必須有一定的相對運動， 且且 v v 方向是從大口道小口方

15、向是從大口道小口(3) (3) 間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油0hh若若0dxdp則則無粘度無粘度各油層無速度各油層無速度兩板間油無流動兩板間油無流動不能形成油膜壓力不能形成油膜壓力討論之三：討論之三：向心滑動軸承動壓油膜形成過程向心滑動軸承動壓油膜形成過程(1) (1) 停車停車(2) (2) 啟動啟動0n0n金屬直接金屬直接接觸接觸摩擦力使摩擦力使軸頸右移軸頸右移油膜壓力將軸油膜壓力將軸頸托起頸托起其合力將軸頸其合力將軸頸左推左推n(3) (3) 隨著隨著油膜壓力將軸油膜壓力將軸頸完全托起頸完全托起其合力與外載其合力與外載平衡平衡(4)(4)n

16、為工作轉(zhuǎn)速為工作轉(zhuǎn)速n油膜壓力油膜壓力偏心距偏心距 e e3. 3. 承載能力計算承載能力計算(1) (1) 轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)系eOO21rRrrRe)cos1 (cos)180cos(cos022eerRNONCMOh)1 (minhdrdx)cos1 (00h取取連線為極坐標(biāo)軸連線為極坐標(biāo)軸21OO偏心距偏心距間隙間隙相對間隙相對間隙偏心率偏心率任意任意處處( M ( M 點點 ) )的油膜厚度的油膜厚度)(最小油膜厚度最小油膜厚度)(0最大油膜壓力處的厚度最大油膜壓力處的厚度(2) (2) 承載能力的推導(dǎo)過程承載能力的推導(dǎo)過程代入雷諾方程代入雷諾方程306hhhvdxdp承載區(qū)

17、任意點承載區(qū)任意點 M M 的油膜壓力的油膜壓力1dp沿沿 y y 方向的分壓力方向的分壓力)(180cos0aypp沿沿 z z 方向單位寬度上油膜壓力的合力方向單位寬度上油膜壓力的合力21dppyy考慮端泄考慮端泄2)21 (lzkppbyy油膜總壓力與外載油膜總壓力與外載 F F 平衡平衡22llydzpFPClvF22研究點研究點 M M承載量系數(shù)承載量系數(shù)采用國際單位：采用國際單位：NFsPasmvml./2當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)當(dāng)軸承結(jié)構(gòu)確定確定),(vldPCdl由由則可計算承受多大的則可計算承受多大的徑向載荷徑向載荷 F FFl vCP22計算計算PCdl由由P PC Cf fC C承載量

18、系數(shù)承載量系數(shù)PClvF22公式公式的用途的用途則可計算承受外載則可計算承受外載 F F 時要多大的時要多大的)1 (minrh動壓潤滑條件：動壓潤滑條件：minhh)(32 (21ZZRRh軸瓦表面粗糙度軸瓦表面粗糙度軸頸表面粗糙度軸頸表面粗糙度PClvF224. 4. 主要參數(shù)的選擇主要參數(shù)的選擇(1) (1) 相對間隙相對間隙rrR(2) (2) 寬徑比寬徑比dldldl承載承載回轉(zhuǎn)精度回轉(zhuǎn)精度摩擦阻力摩擦阻力溫度溫度的選擇：的選擇：載荷大、載荷大、 應(yīng)取小一些，提高承載能力應(yīng)取小一些，提高承載能力軸承寬度軸承寬度油膜壓力油膜壓力速度大、速度大、 應(yīng)取大一些，減少發(fā)熱應(yīng)取大一些，減少發(fā)熱

19、承載承載散熱散熱溫升溫升承載承載端泄端泄溫升溫升4310)0 . 16 . 0(v經(jīng)驗公式經(jīng)驗公式選軸承配合選軸承配合計算計算軸頸中心與軸承中心接近重合軸頸中心與軸承中心接近重合反之，接近于反之，接近于 1 1 受表面粗糙度、幾何形狀誤差、軸變形、安裝誤受表面粗糙度、幾何形狀誤差、軸變形、安裝誤差差等的限制等的限制軸承表面粗糙度軸承表面粗糙度軸頸表面粗糙度軸頸表面粗糙度(3) (3) 偏心率偏心率rrR值越趨向于值越趨向于 0 0一般：一般：95. 05 . 0(4) (4) 最小油膜厚度最小油膜厚度)1 ()1 (minrh一般：一般：)(32(21minZZRRh轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速載荷載荷油膜壓力油

20、膜壓力承載承載不可能無限小不可能無限小minhminh（即（即) )動壓潤滑條件動壓潤滑條件minhh5. 5. 熱平衡計算熱平衡計算(1) (1) 溫升公式溫升公式tAtQcvFfS摩擦發(fā)熱量摩擦發(fā)熱量流動油帶走的熱量流動油帶走的熱量軸承散熱量軸承散熱量vCcldFCtSQf溫升溫升CkgJc0./21001680比熱比熱3/900850mkg密度密度CsmJS02. ./140,80,50散熱系數(shù)散熱系數(shù)P PC Cf fC C摩擦特性系數(shù)摩擦特性系數(shù)Q QC C流量系數(shù)流量系數(shù)(2) (2) 熱平衡計算熱平衡計算初定初定計算計算左右左右Ctm050初定值與計算值相差初定值與計算值相差大于

21、大于 5 5C C 時，時， 必須改必須改變參數(shù)重新計算變參數(shù)重新計算 不得超過不得超過 3030CC 21tttm定得過高、粘度下降定得過高、粘度下降Ctm075Ct014535定得過低、外部冷卻難定得過低、外部冷卻難vCcldFCtSQf左右左右Ct0140設(shè)計動壓向心滑動軸承設(shè)計動壓向心滑動軸承已知：已知：d d=200=200mmmm、F F=65000N=65000N、n n=3000=3000r r/ /minmin、要求軸承剖分、要求軸承剖分、L-AN32L-AN32潤滑油潤滑油1 1 選結(jié)構(gòu)型式選結(jié)構(gòu)型式 正剖分軸承、剖分面兩側(cè)供油、包角為正剖分軸承、剖分面兩側(cè)供油、包角為 1

22、801802 2 選取寬徑比選取寬徑比 0.8 0.8 1.01.03 3 軸承寬度軸承寬度( (m m) 0.16 0.2) 0.16 0.24 4 壓強(qiáng)壓強(qiáng)(MPa) 2.03 (MPa) 2.03 1.6251.6255 5 速度速度( (m/sm/s) ) 31.431.46 6 pvpv值值(Mpa.(Mpa.m/sm/s) 63.74 51.03 ) 63.74 51.03 7 7 選軸瓦材料選軸瓦材料 ZSnSb11Ch6ZSnSb11Ch68 8 已知潤滑油牌號已知潤滑油牌號 L-AN32 L-AN32 9 9 初定平均溫度初定平均溫度( (C) 50C) 50設(shè)計項目設(shè)計項目方案方案 1 1方案方案 2 2方案方案 3 3序號序號設(shè)計項目設(shè)計項目方案方案 1 1方案方案 2 2方案方案 3 3序號序號10 10 查運動粘度查運動粘度( (mmmm2 2/s/s) 20) 2011 11 動力粘度動力粘度(Pa.s) 0.018(Pa.s) 0.01812 12 選擇相對間隙選擇相對間隙 0.00145 0.0019 0.0023 0.