第13章滑動軸承

第15章滑動軸承§15-1摩擦狀態(tài)§15-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式§15-3軸瓦及軸承襯材料§15-5非液體摩擦滑動軸承的計算§15-4潤滑劑和潤滑裝置§15-6動壓潤滑的基本原理§15-8靜壓軸承與空氣軸承簡介§15-7液體動壓多油楔軸承簡介湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損分類：滾動軸承軸承的功用：滑動軸承應(yīng)用實(shí)例：汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械常采用滑動軸承。優(yōu)點(diǎn)多，應(yīng)用廣用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云1.干摩擦固體表面直接接觸，因而不用許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦§15-1摩擦狀態(tài)

功耗↑磨損↑溫度↑

燒毀軸瓦運(yùn)動副表面有一層厚度<1μm的薄油膜，不足以將兩金屬表面分開，其表面微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕，f≈0.1~0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。3.液體摩擦摩擦和磨損極輕，f≈0.001~0.01vvv湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授fηn/po在一般機(jī)器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。邊界摩擦混合摩擦液體摩擦摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。η-動力粘度，p-壓強(qiáng)，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù)湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授一、向心滑動軸承組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等?！?5-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式整體式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承榫口螺紋孔軸承座軸承軸承座軸承蓋聯(lián)接螺栓剖分軸瓦湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進(jìn)油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布在整個軸徑上。進(jìn)油孔油溝F厚壁軸瓦整體軸套卷制軸套湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。載荷傾斜時結(jié)構(gòu)如圖大型液體滑動軸承常設(shè)計成兩邊供油的形式，既有利于形成動壓油膜，又起冷卻作用。45?油溝形式寬徑比B/d----軸瓦寬度與軸徑直徑之比。重要參數(shù)液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.5~1非液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.8~1.5Bd湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云作用：用來承受軸向載荷二、推力滑動軸承結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為6~12?！獌A角固定，頂部預(yù)留平臺，類型固定式可傾式用來承受停車后的載荷?！獌A角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行

調(diào)整，性能好。

FF巴氏合金繞此邊線自行傾斜設(shè)計：潘存云F湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授材料要求：§15-3軸瓦及軸承襯材料1）摩擦系數(shù)??；2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)??；3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和塑性。能同時滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長補(bǔ)短。軸承襯一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金優(yōu)點(diǎn)：f小，抗膠合性能好、對油的吸附性強(qiáng)、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授2）青銅缺點(diǎn)：價格貴、機(jī)械強(qiáng)度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。工作溫度：t<120℃

由于巴式合金熔點(diǎn)低優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達(dá)250℃。缺點(diǎn)：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨(dú)制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鉛青銅錫青銅

中速重載

中速中載

低速重載湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授3）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊?。橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場合。塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學(xué)溶液等潤滑的優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)轉(zhuǎn)時軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大，油自動進(jìn)入摩擦表面起到潤滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長時間。鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平穩(wěn)沖擊25202015HBS金屬型砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授A在軸承中，潤滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦特性。設(shè)計：潘存云§15-4潤滑劑和潤滑裝置一、潤滑劑作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類液體潤滑劑——潤滑油半固體潤滑劑——潤滑脂固體潤滑劑1.潤滑油在用的大部分潤滑油為礦物油（石油）粘度——重要參數(shù)A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：τ=ηdudy——牛頓液體流動定律η——液體的動力粘度，簡稱粘度量綱：力·時間/長度2單位：N·s/m2

(Pa·s)或泊：1P=1dyn

·s/cm2運(yùn)動粘度：ν

=ηρ

單位：

m2

/

s或斯St：cm2/s或厘斯cSt：1St=100cSt實(shí)驗(yàn)結(jié)果：oxyydydu分析位置y處薄層的受力B我國石油產(chǎn)品是用運(yùn)動粘度標(biāo)定的湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授表15-2常用常用潤滑油的主要性質(zhì)名稱全損耗系統(tǒng)用油GB443-89汽輪機(jī)油GB11120-89代號40℃的粘度mm2/sL-AN7

6.12~7.48

-10110凝點(diǎn)≤

C閃點(diǎn)(開式)≥

C用于高速底負(fù)荷機(jī)械、精密機(jī)床、紡織紗錠的潤滑和冷卻。普通機(jī)床的液壓油。用于一般滑動軸承、齒輪、蝸輪的潤滑用于重型機(jī)床導(dǎo)軌、礦山機(jī)械的潤滑。用于汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)等高速高負(fù)荷軸承和各種小型液體潤滑軸承L-AN10090~110

0210L-AN109.0~11.0

-10125L-AN1513.5~16.5-10165L-AN3228.8~32.2

-10170L-AN46

41.4~50.6-10180L-AN68

61.2~74.8-10190L-TSA3228.8~35.2-7180L-TSA4641.4~50.6主要用途湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云0.080.070.060.050.040.030.020.0130405060708090℃η2.潤滑脂潤滑油的特性1）溫度t↑2）壓力p

↑選用原則1)載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；2)載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。優(yōu)點(diǎn)：密封簡單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對速度和溫度不敏感，適用范圍廣。

η↓ 但p<10Mpa時可忽略。變化很小

η↑ 粘—溫圖L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授3.固體潤滑劑缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效率低，不適宜高速場合。目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60℃以下的各種機(jī)械設(shè)備的軸承。聚氟乙烯樹脂用于潤滑油不能勝任工作的場合：高溫、低速重載。石墨二流化鉬（MoS2）——性能穩(wěn)定、t>350℃才開始氧化，可在水中工作。——摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣(-60~300℃)，但遇水性能下降?！Σ料禂?shù)低，只有石墨的一半。使用方式：1.調(diào)和在潤滑油中；2.涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。其應(yīng)用日漸廣泛湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云二、潤滑裝置1.油杯旋蓋式油杯脂用壓注式油杯彈簧蓋油杯設(shè)計：潘存云針閥式油杯湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云2.油環(huán)湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授一、向心軸承在油、脂中加入少量石墨或二流化鉬粉末，形成邊界油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。1.軸承的壓強(qiáng)pF——徑向載荷，B——軸瓦寬度，d——軸徑，[p]——許用壓強(qiáng)?！?5-5非液體摩擦滑動軸承的計算限制軸承壓強(qiáng)p，以保證潤滑油不被過大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過渡的磨損。p=≤[p]FBd表15-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號鑄錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄錫青銅ZCuSn10P1鑄錫青銅ZCuSn5Pb5Zn5鑄鋁青銅ZCuAl10Fe3[p]Mpa[pv]Mpa.m/s平穩(wěn)沖擊25202015HBS金屬型砂型最高工作溫度℃軸徑硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC150150280280280273090806560110100151581510151512湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授2.軸承的pv值

壓強(qiáng)限制p以保證潤滑劑不被擠出n——轉(zhuǎn)速，[pv]——許用值。

pv=

·

FBdπdn60×1000≤[pv]pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂二、推力軸承z——軸環(huán)數(shù),

pvm=[pv]≤[p]考慮承載的不均勻性，

[p]、[pv]應(yīng)降低20~40%Fd1d2Fd1d2湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云一、動壓潤滑的形成和原理和條件§15-6動壓潤滑的基本原理FFF設(shè)計：潘存云F先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動，板間充滿潤滑油，無載荷時，液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會下沉。但若板A有載荷時，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。兩平形板之間不能形成壓力油膜！

v

vvh1aah2cc如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷，當(dāng)板A運(yùn)動時，兩端速度若程虛線分布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會下沉。這說明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜稱為動壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過渡到凸三角形，中間必有一個位置呈三角形分布。動壓油膜——因運(yùn)動而產(chǎn)生的壓力油膜。vvvh0bbF湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云F形成動壓油膜的必要條件：1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩工件表面必須有相對滑動速度。其運(yùn)動芳方向必須保證潤滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來。∑

Fy=F∑

Fx

≠0∑

Fy=F∑

Fx

=0向心軸承動壓油膜的形成過程：靜止

爬升

將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高

質(zhì)心左移

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速e——偏心距設(shè)計：潘存云e湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授B二、流體動壓潤滑的基本方程假設(shè)條件：1.Z向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；2.壓力p

不隨y值的大小而變化；3.潤滑油粘度

η不隨壓力而變化；4.潤滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進(jìn)行受力分析:ττ+dτp+dppAxzypdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz

–τdxdz=0=dτdydxdpdyduτ=η整理后得又有=ηdxdpd2udy2得任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。對y積分得u=y2+C1y+C2

2η1dxdp邊界條件當(dāng)y=0時，u=-v

C2=-v當(dāng)y=h時，u=0

C1=h+2η1dxdphv湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云vvFaaccxzy代入得u=(y2-

hy)+2η1dxdpvhy-h任意截面內(nèi)的流量依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過不同截面的流量是相等的b-b截面內(nèi)的流量該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0負(fù)號表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個截面的流量相等，故有：=6ηvdxdph0-hh3得——一維雷諾方程由上式可得壓力分布曲線p=f(x)在b-b處h=h0，p=pmax速度梯度du/dy呈線性分布，其余位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。液體動壓潤滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動力粘度、相對滑動速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。pmaxxph0bb湖南科技大學(xué)專用作者：潘存云教授設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云設(shè)計：潘存云ωω§15-7液體動壓多油楔軸承簡介將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個動壓油膜，提高軸承的工作穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)精度。一、橢圓軸承特點(diǎn)：形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合二、三油楔軸承特點(diǎn)：形成三個動壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。摩擦損耗加大、承載能力降低，制造困難。ω固定式可傾式FO1O3O2FO1O2制造時兩半之間加墊片，鏜出圓孔，使用時拆去墊片即可。設(shè)計：潘存云ω湖南科技大學(xué)專用