機(jī)械原理與機(jī)械設(shè)計(jì) 第二十二章 滑動(dòng)軸承_第1頁(yè)
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1第二十二章滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)

概述§22.1滑動(dòng)軸承的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)§22.2滑動(dòng)軸承材料§22.3潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方法的選用(xuǎnyòng)§22.4滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算§22.5流體靜壓軸承精品資料2概述滑動(dòng)軸承——與軸頸表面形成滑動(dòng)摩擦副的軸承組成、特點(diǎn)及應(yīng)用不同類(lèi)型、不同應(yīng)用場(chǎng)合的滑動(dòng)軸承,其重要程度和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)差異非常大,結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價(jià)格差異亦極大。因而,滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算(jìsuàn),在要求和工作量方面也有很大的差別。滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算(jìsuàn)內(nèi)容

精品資料3概述決定軸承的結(jié)構(gòu)型式;選擇軸瓦、襯層和涂覆層材料(cáiliào);確定軸承幾何參數(shù);選擇潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方法;計(jì)算軸承工作能力,確定軸承運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。精品資料4§21.1滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)

按能承受的載荷(zàihè)方向滑動(dòng)軸承的類(lèi)型與應(yīng)用徑向軸承推力軸承精品資料5§22.1滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)

按能承受的載荷(zàihè)方向滑動(dòng)軸承的類(lèi)型與應(yīng)用徑向軸承推力軸承徑向推力軸承精品資料6按摩擦(mócā)狀態(tài)滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)干摩擦軸承無(wú)潤(rùn)滑軸承

固體潤(rùn)滑軸承流體摩擦(潤(rùn)滑)軸承流體動(dòng)壓軸承流體靜壓軸承動(dòng)靜壓混合潤(rùn)滑軸承流體摩擦混合摩擦(潤(rùn)滑)軸承:干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦共有的摩擦狀態(tài)精品資料7滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的結(jié)構(gòu)徑向(jìnɡxiànɡ)軸承滑動(dòng)軸承的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)3)調(diào)心軸承1)整體式2)剖分式精品資料8推力軸承(zhóuchéng)結(jié)構(gòu)a)圓止推面b)環(huán)形止推面c)單止推環(huán)d)多止推環(huán)滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)精品資料9軸瓦(zhóuwǎ)滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)軸瓦包括徑向軸承的軸瓦、軸套和推力軸承的推力瓦。軸瓦單層(金屬)軸瓦和多層(金屬)軸瓦厚壁軸瓦和薄壁軸瓦帶擋邊和不帶擋邊軸瓦精品資料10

軸套滑動(dòng)軸承的類(lèi)型(lèixíng)與結(jié)構(gòu)帶擋邊和不帶擋邊軸套;單層和多層軸套油孔、油槽和油室精品資料11滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的類(lèi)型與結(jié)構(gòu)油孔、油槽和油室精品資料12§22.2滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料對(duì)軸瓦材料性能(xìngnéng)的要求1.減摩性成副材料的屬性(不是單一材料的屬性)2.嵌入性材料允許潤(rùn)滑劑中外來(lái)硬質(zhì)顆粒嵌入而防止刮傷和磨粒磨損的性能。3.順應(yīng)性精品資料133.順應(yīng)性滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料材料靠表層的彈塑性變形補(bǔ)償滑動(dòng)摩擦表面初始(chūshǐ)配合不良和軸的撓曲的性能。4.耐磨性配副材料抵抗磨損的性能。5.耐氣蝕性材料抵抗氣蝕(磨損)的性能。6.磨合性在軸頸與軸瓦初始接觸的磨合階段,減小軸頸或軸瓦加工誤差、同軸度誤差、表面粗糙度,使接觸均勻,從而降低摩擦力、磨損率的性能。精品資料14軸瓦材料(cáiliào)的種類(lèi)滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料1.金屬材料鑄造錫基軸承合金:如,ZSnSb12Pb10Cu4。

鑄造鉛基軸承合金:如,ZPbSb16Sn16Cu2

鑄造銅基軸承合金:如,ZCuSn5Pb5Zn5,ZCuSn10P1變形(鍛造)銅合金:如,CuSn8P鑄造鋁基軸承合金耐磨鑄鐵2.粉末冶金材料3.非金屬材料:工程塑料、炭石墨、陶瓷、橡膠精品資料15軸瓦(zhóuwǎ)表面涂層材料滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料常用的表面涂層材料:PbSn10、PbIn7、PbSn10Cu2涂層的功能使軸瓦表面與軸頸匹配有良好的減摩性;提供一定的嵌入性;改善軸瓦表面的順應(yīng)性;防止含鉛襯層材料中的鉛腐蝕軸頸。涂層的厚度一般為0.017mm~0.075mm。精品資料16各種軸瓦材料(cáiliào)的性能比較滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料軸瓦材料

抗拉強(qiáng)度σb/MPa彈性模量E/GPa

密度ρ/g·cm-3

熱導(dǎo)率λ/W(m·℃)-1

線脹系數(shù)α/10-6·℃-1

錫基軸承合金80~9048~577300~738033.5~38.523.1鉛基軸承合金60~80299300~1020020.9~25.124.0~28.0銅基軸承合金150~70075~1207600~900027~7116~19耐磨鑄鐵200~350————表22-1各種軸瓦材料的物理性能

精品資料17表22-2各種軸瓦材料(cáiliào)的使用性能比較滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)材料金

(含油)粉末冶金材料

錫(鉛)基軸承合金

銅基軸承合

金銅鉛合金

鑄鐵

塑料

木材

橡膠

炭石墨

承載能力尚可

尚可

尚可

減摩性

優(yōu)

中等

中等

中等

優(yōu)

優(yōu)

中等

耐磨性尚可

優(yōu)中等優(yōu)中等

尚可差

尚可中等順應(yīng)性優(yōu)

尚可差差

優(yōu)良優(yōu)中等

差精品資料18§22.3潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方法(fāngfǎ)的選用潤(rùn)滑劑及其選用(xuǎnyòng)滑動(dòng)軸承常用潤(rùn)滑劑有:潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂、固體潤(rùn)滑劑、氣體潤(rùn)滑劑、水等。潤(rùn)滑油在一般參數(shù)下的大多數(shù)滑動(dòng)軸承使用礦物油,有特殊要求時(shí)使用合成油。為滑動(dòng)軸承專(zhuān)門(mén)研制的‘主軸、軸承和有關(guān)離合器用油’(F組)。精品資料19潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方法(fāngfǎ)的選用2.為某些機(jī)械研制的潤(rùn)滑油也是用來(lái)(yònɡlái)潤(rùn)滑那些機(jī)械中的滑動(dòng)軸承的。潤(rùn)滑油的選用軸頸線速度v/m·s-1<0.10.1~0.30.3~0.60.6~1.21.2~2.02.0~5.05.0~9.0>9.0軸承載荷p/MPa<3工作溫度10~60℃粘度等級(jí)68,1006846,684632,4615,22,327,103~7.5150100,15010068,10068—7.5~3020~80℃680,1000680460,320150,220—精品資料20軸承間隙/mm0.002~0.0060.006~0.0100.010~0.0300.030~0.060主軸油牌號(hào)

L-FD2L-FD3、5、7L-FD7、10L-FD15、22主軸(zhǔzhóu)油的選用高速主軸軸承一般應(yīng)選用L-FD油,可根據(jù)(gēnjù)軸承間隙按下表選牌號(hào)。潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑方法的選用潤(rùn)滑脂脂潤(rùn)滑軸承可根據(jù)滑動(dòng)速度參考表22-5選用潤(rùn)滑脂的錐入度,根據(jù)工作溫度選取潤(rùn)滑脂品種。精品資料21潤(rùn)滑(rùnhuá)劑與潤(rùn)滑(rùnhuá)方法的選用軸承工作溫度θ/℃<6060~130>130線速度v/m·s-1

<0.5>0.5<0.5>0.5—潤(rùn)滑脂品種

鈣基潤(rùn)滑脂

羥基潤(rùn)滑脂

鋰基潤(rùn)滑脂

膨潤(rùn)土基脂

錐入度/(10mm)-1

265~340335~385220~250表22-5脂潤(rùn)滑(rùnhuá)軸承潤(rùn)滑(rùnhuá)脂的選擇固體潤(rùn)滑劑滑動(dòng)軸承常用的固體潤(rùn)滑劑有炭石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。精品資料22潤(rùn)滑(rùnhuá)劑與潤(rùn)滑(rùnhuá)方法的選用潤(rùn)滑(rùnhuá)方法的選用

油、脂潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承潤(rùn)滑方法的選取

K/(N·m)1/2·s-3/2

≤2000>2000~16000>16000~32000>32000潤(rùn)滑劑

潤(rùn)滑脂

潤(rùn)

潤(rùn)滑方法

旋蓋式注油杯潤(rùn)滑

滴油潤(rùn)滑

飛濺、油環(huán)或壓力供油潤(rùn)滑壓力供油潤(rùn)滑

F—軸承的徑向載荷,B—是軸承的有效寬度d—軸頸直徑;v—軸頸的圓周速度(m/s)精品資料23§22.4滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的參數(shù)徑向軸承軸頸直徑d或半徑r軸瓦孔直徑D或半徑R半徑間隙c(c=R-r)相對(duì)間隙ψ(ψ=c/r)軸瓦寬度B

1.幾何參數(shù)精品資料24滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算推力軸承(zhóuchéng)止推環(huán)的外徑do或外半徑ro止推墊圈的內(nèi)直徑di或內(nèi)半徑ri

軸瓦寬度B、軸頸的直徑d、止推環(huán)的外徑do、止推墊圈的內(nèi)直徑di需通過(guò)承載能力計(jì)算確定,而半徑間隙c或相對(duì)間隙ψ則需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。精品資料252.工況參數(shù)(cānshù)滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算載荷F(包括大小、方向和特性);軸的轉(zhuǎn)速n(包括大小、方向和特性)。一般已知。3.熱力學(xué)參數(shù)功耗P、散熱量、軸承各處溫度和潤(rùn)滑劑的溫度。實(shí)測(cè)值必須在允許的范圍內(nèi),通過(guò)計(jì)算在設(shè)計(jì)時(shí)加以控制。精品資料26無(wú)潤(rùn)滑(rùnhuá)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算設(shè)計(jì)已知條件:軸徑d、轉(zhuǎn)速n、載荷F、軸瓦材料。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:軸承的p、v值不要超過(guò)軸承材料極限p-v曲線限定的范圍。設(shè)計(jì)步驟1)計(jì)算出滑動(dòng)速度:v=πdn(徑向軸承)2)計(jì)算允許的p值無(wú)潤(rùn)滑軸承的失效形式:磨損精品資料273)確定軸承(zhóuchéng)寬度滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算F---軸承所承受的徑向載荷,D---軸承直徑4)其它參數(shù)相對(duì)間隙(ψ=2c/d),ψ=0.8×10-3(πdn)1/4

軸瓦壁厚推薦值見(jiàn)表22-7精品資料28滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算精品資料29軸瓦孔徑

10~1818~3030~4040~5050~6565~8080~100100~150150~200軸瓦壁厚工程塑料

0.8~1.01.0~1.51.5~2.02.0~3.03.0~3.53.5~4.0———炭石墨

3~44~56~810~1212~1818~25表22-7工程塑料(ɡōnɡchénɡsùliào)與炭石墨軸瓦壁厚滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算精品資料30含油軸承、不充分潤(rùn)滑(rùnhuá)軸承和固體潤(rùn)滑(rùnhuá)軸承的計(jì)算滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算1.限制軸承的單位面積載荷p(防止過(guò)度塑性變形和磨損)

徑向軸承推力軸承2.限制軸承滑動(dòng)速度v(防止高溫下過(guò)快磨損

)徑向軸承v=πdn≤[v]v=π(do+di)n/2≤[v]推力軸承精品資料313.限制(xiànzhì)軸承的pv值(限制(xiànzhì)軸承發(fā)熱量)滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算徑向軸承推力軸承將對(duì)p、pv、v的限制畫(huà)在對(duì)數(shù)坐標(biāo)圖上,構(gòu)成一條折線。這種計(jì)算方法稱為條件性計(jì)算。[p]、[v]和[pv]數(shù)據(jù)查閱相關(guān)表格。精品資料32液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承(zhóuchéng)的計(jì)算滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承是利用軸頸與軸瓦的相對(duì)速度和表面與油的粘附性能,將潤(rùn)滑油帶入軸承間隙,建立起壓力油膜而把軸頸與軸瓦隔開(kāi)的一種液體摩擦軸承。描述這種潤(rùn)滑狀態(tài)的基本方程是雷諾方程。從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)看,流體潤(rùn)滑計(jì)算的基本內(nèi)容就是對(duì)雷諾方程的應(yīng)用和求解。(一)雷諾方程精品資料33滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算h---油膜厚度(hòudù);η---潤(rùn)滑油粘度;P---油膜壓力;u---軸頸線速度;X---軸頸線速度方向的坐標(biāo);Z---軸瓦表面垂直于軸頸線速度方向的坐標(biāo)。由雷諾方程得出流體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承形成承載油膜的條件:精品資料34滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算流體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承形成承載(chéngzài)油膜的條件:潤(rùn)滑劑要有粘度,且油膜承載能力隨粘度提高而增大;軸頸要有相對(duì)速度,且油膜承載能力隨速度提高而增大;油膜厚度是變量,且沿速度方向逐漸減小方能形成正油膜壓力,即需要軸頸和軸瓦表面形成收斂形間隙,稱為油楔;要供給充足的潤(rùn)滑劑。(二)油楔形成方法精品資料35形成油楔是流體動(dòng)壓軸承的最基本條件。不同的油楔形成方法(fāngfǎ)造就成各種各具特色的動(dòng)壓軸承?;瑒?dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算(二)油楔形成方法(三)液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向軸承的計(jì)算偏心距e—軸瓦幾何中心O與軸頸中心Oj的距離;1.幾何參數(shù)偏心率ε—偏心距e與軸頸間隙c之比,

(ε=e/c)精品資料36偏位角φ—中心連線(liánxiàn)OOj與載荷作用線所夾銳角;滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算油膜厚度h—圓軸承,從OOj量起,任意θ角處油膜厚度h≈R-r+ecosθ≈c+ecosθ≈c(1+εcosθ)最小油膜厚度h2(θ=180°)是保證流體動(dòng)力潤(rùn)滑的最重要的參數(shù)。

h2=dψ(1-ε)/2

精品資料372.性能(xìngnéng)計(jì)算滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算即計(jì)算液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向圓軸承的承載能力、摩擦功耗、潤(rùn)滑油流量。雷諾方程有三個(gè)未知量(h、η、p),還需要補(bǔ)充兩個(gè)方程。膜厚度方程

h≈c(1+εcosθ)熱平衡方程令:Fμ/F=μ,為軸承的摩擦因數(shù);μ=μ/ψ,為摩擦特性數(shù),則摩擦功耗為

Pμ=πμψFdn2)熱平衡計(jì)算精品資料38滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算2)熱平衡計(jì)算(jìsuàn)對(duì)自吸(無(wú)壓力)供油的軸承,軸承表面散去的熱量計(jì)算式為:

Pμ=QA=kA(Θb-Θa)k是系數(shù),在自然通風(fēng)下k=15~20[W/(m2K)];A是軸承座散熱面積;Θb是軸承工作溫度,最高不得超過(guò)90℃;Θa是環(huán)境溫度。

對(duì)壓力供油的軸承,潤(rùn)滑劑帶走的熱量計(jì)算式為

Pμ=QL=cρq(Θo-Θi)精品資料39c是潤(rùn)滑油的比熱容;ρ是潤(rùn)滑油密度;q是軸承(zhóuchéng)端泄流量;Θo是潤(rùn)滑油出油溫度;Θi是潤(rùn)滑油進(jìn)油溫度,一般取為35-45℃。QL=cρq(Θo-Θi)滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算軸承工作溫度為:Θb=(Θo+Θi)/2,軸承最高工作溫度不得超過(guò)100℃。3)確定軸承的承載能力油膜壓力的合力即為軸承的承載能力。用軸承特性數(shù)F來(lái)表征承載能力,有

精品資料40滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算pm是軸承平均載荷,pm=F/(BD);ψ是相對(duì)間隙;ηe是潤(rùn)滑油有效(yǒuxiào)黏度;n是軸頸轉(zhuǎn)速。軸承特性數(shù)F可以建立圓軸承在穩(wěn)態(tài)條件下、不同寬徑比時(shí),軸承特性數(shù)F與偏心率ε的關(guān)系曲線。同樣可以建立軸承的功耗、流量、偏位角等特性數(shù)與偏心率ε的關(guān)系曲線。當(dāng)載荷、轉(zhuǎn)速已知,選定直徑、寬度、間隙和潤(rùn)滑劑之后,利用關(guān)系曲線可以查出偏心率ε,再利用這些圖表根據(jù)偏心率ε可以求出功耗、流量和偏位角。精品資料41滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)(shèjì)計(jì)算精品資料42滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算3.參數(shù)(cānshù)選取寬徑比(B/D)。一般情況建議在0.2-1.5范圍內(nèi)選取,相對(duì)間隙(ψ)潤(rùn)滑油粘度(η)最小油膜厚度(h2),h2min=S(Ra1+Ra2)

表面粗糙度Ra值一般在0.2-0.8μm范圍內(nèi)4.改變參數(shù)對(duì)軸承性能的影響精品資料43滑動(dòng)軸承(huádònɡzhóuchénɡ)的設(shè)計(jì)計(jì)算性

數(shù)

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