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1、1,第二十二章 滑動軸承,概述 22.1 滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu) 22.2 滑動軸承材料 22.3 潤滑劑與潤滑方法的選用 22.4 滑動軸承的設(shè)計計算 22.5 流體靜壓軸承,2,概 述,滑動軸承與軸頸表面形成滑動摩擦副的軸承 組成、 特點(diǎn)及應(yīng)用 不同類型、不同應(yīng)用場合的滑動軸承,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)雜程度和價格差異亦極大。因而，滑動軸承的設(shè)計計算，在要求和工作量方面也有很大的差別。 滑動軸承設(shè)計計算內(nèi)容,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； 確定軸承幾何參數(shù)； 選擇潤滑劑和潤滑方法； 計算軸承工作能力，確定軸承運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。,4,21.1滑動軸承的
2、類型與結(jié)構(gòu),按能承受的載荷方向,滑動軸承的類型與應(yīng)用,,徑向軸承,推力軸承,5,22.1滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu),按能承受的載荷方向,滑動軸承的類型與應(yīng)用,徑向推力軸承,6,按摩擦狀態(tài),滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu),7,滑動軸承的結(jié)構(gòu),徑向軸承,滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu),3）調(diào)心軸承,1）整體式,2）剖分式,8,推力軸承結(jié)構(gòu),滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu),9,軸瓦,滑動軸承的類型與結(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,10,軸套,滑動軸承的類型與結(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,11,滑
3、動軸承的類型與結(jié)構(gòu),油孔、油槽和油室,12,22.2 滑動軸承材料,對軸瓦材料性能的要求,1減摩性,成副材料的屬性(不是單一材料的屬性),2嵌入性,材料允許潤滑劑中外來硬質(zhì)顆粒嵌入而防止刮傷和磨粒磨損的性能。,3順應(yīng)性,13,3順應(yīng)性,滑動軸承材料,材料靠表層的彈塑性變形補(bǔ)償滑動摩擦表面初始配合不良 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。,14,軸瓦材料的種類,滑動軸承材料,1 金屬材料,鑄造錫基軸承
4、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,15,軸瓦表面涂層材料,滑動軸承材料,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0.017 mm0.075 mm。,16,各種軸瓦材料的性
5、能比較,滑動軸承材料,表22-1 各種軸瓦材料的物理性能,17,表22-2 各種軸瓦材料的使用性能比較,滑動軸承材料,18,22.3 潤滑劑與潤滑方法的選用,潤滑劑及其選用,滑動軸承常用潤滑劑有：潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑、氣體潤滑劑、水等。,潤滑油 在一般參數(shù)下的大多數(shù)滑動軸承使用礦物油，有特殊要求時使用合成油。,為滑動軸承專門研制的主軸、軸承和有關(guān)離合器用油(F組)。,19,潤滑劑與潤滑方法的選用,2.為某些機(jī)械研制的潤滑油也是用來潤滑那些機(jī)械中的滑動軸承的。,潤滑油的選用,20,主軸油的選用,高速主軸軸承一般應(yīng)選用L-FD油，可根據(jù)軸承間隙按下表選牌號。,潤滑劑與潤滑方法的選用,潤滑脂,
6、脂潤滑軸承可根據(jù)滑動速度參考表22-5選用潤滑脂的錐入度，根據(jù)工作溫度選取潤滑脂品種。,21,潤滑劑與潤滑方法的選用,表22-5 脂潤滑軸承潤滑脂的選擇,固體潤滑劑,滑動軸承常用的固體潤滑劑有炭石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。,22,潤滑劑與潤滑方法的選用,潤滑方法的選用,油、脂潤滑滑動軸承潤滑方法的選取,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),23,22.4 滑動軸承的設(shè)計計算,滑動軸承的參數(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=Rr) 相對間隙(=c/r) 軸瓦寬度B,1.幾何參數(shù),24,滑動軸承的設(shè)計計算,推力軸
7、承,,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需通過承載能力計算確定，而半徑間隙c或相對間隙則需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。,25,2.工況參數(shù),滑動軸承的設(shè)計計算,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、軸承各處溫度和潤滑劑的溫度。實(shí)測值必須在允許的范圍內(nèi)，通過計算在設(shè)計時加以控制。,26,無潤滑軸承的設(shè)計計算,滑動軸承的設(shè)計計算,設(shè)計已知條件：軸徑d、轉(zhuǎn)速n、載荷F、軸瓦材料。,設(shè)計準(zhǔn)則:軸承的p、v值不要超過軸承材料極限p-v曲線 限定的范圍
8、。,設(shè)計步驟,1)計算出滑動速度 : v=dn (徑向軸承) 2)計算允許的p值,無潤滑軸承的失效形式:磨損,27,3)確定軸承寬度,滑動軸承的設(shè)計計算,F---軸承所承受的徑向載荷 ,D---軸承直徑,4）其它參數(shù),相對間隙（=2c/d） , =0.810-3(dn)1/4 軸瓦壁厚 推薦值見表22-7,28,滑動軸承的設(shè)計計算,,29,表22-7 工程塑料與炭石墨軸瓦壁厚,滑動軸承的設(shè)計計算,30,含油軸承、不充分潤滑軸承和固體潤滑軸承的計算,滑動軸承的設(shè)計計算,1.限制軸承的單位面積載荷p(防止過度塑性變形和磨損),徑向軸承,推力軸承,2.限制軸承滑動速度v (防止高溫下過快磨損 ),
9、31,3.限制軸承的pv值(限制軸承發(fā)熱量),滑動軸承的設(shè)計計算,徑向軸承,推力軸承,將對p、pv、v的限制畫在對數(shù)坐標(biāo)圖上，構(gòu)成一條折線。,這種計算方法稱為條件性計算。,p、v和pv數(shù)據(jù)查閱相關(guān)表格。,32,液體動力潤滑軸承的計算,滑動軸承的設(shè)計計算,液體動力潤滑軸承是利用軸頸與軸瓦的相對速度和表面與油的粘附性能，將潤滑油帶入軸承間隙，建立起壓力油膜而把軸頸與軸瓦隔開的一種液體摩擦軸承。描述這種潤滑狀態(tài)的基本方程是雷諾方程。從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)看，流體潤滑計算的基本內(nèi)容就是對雷諾方程的應(yīng)用和求解。,（一）雷諾方程,33,滑動軸承的設(shè)計計算,h---油膜厚度；---潤滑油粘度； P---油膜壓力；u--
10、-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力潤滑軸承形成承載油膜的條件：,34,滑動軸承的設(shè)計計算,流體動力潤滑軸承形成承載油膜的條件：,潤滑劑要有粘度，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；,要供給充足的潤滑劑。,（二）油楔形成方法,35,形成油楔是流體動壓軸承的最基本條件。不同的油楔形成方法造就成各種各具特色的動壓軸承。,滑動軸承的設(shè)計計算,（二）油楔形成方法,(三)
11、液體動力潤滑徑向軸承的計算,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),偏心率偏心距e與軸頸間隙c之比， ( =e/c),36,偏位角中心連線O Oj與載荷作用線所夾銳角；,滑動軸承的設(shè)計計算,油膜厚度h 圓軸承，從OOj量起，任意角處油膜厚度,hR-r+ecosc+ecosc(1+cos),最小油膜厚度h2（180）是保證流體動力潤滑的最重要的參數(shù)。 h2=d(1-)/2,37,2.性能計算,滑動軸承的設(shè)計計算,即計算液體動力潤滑徑向圓軸承的承載能力、摩擦功耗、潤滑油流量。雷諾方程有三個未知量（h、、p），還需要補(bǔ)充兩個方程。,膜厚度方程 hc(1+cos),熱平
12、衡方程 令：F/F=，為軸承的摩擦因數(shù)；=/，為摩擦特性數(shù),則摩擦功耗為 P=Fdn,2)熱平衡計算,38,滑動軸承的設(shè)計計算,2)熱平衡計算,對自吸(無壓力)供油的軸承,軸承表面散去的熱量計算式為: P= QA=kA(b-a) k是系數(shù)，在自然通風(fēng)下k=1520W/(m2 K)；A是軸承座散熱面積；b是軸承工作溫度，最高不得超過90；a是環(huán)境溫度。,對壓力供油的軸承,潤滑劑帶走的熱量計算式為 P= QL=cq(o-i),39,c是潤滑油的比熱容；是潤滑油密度；q是軸承端泄流量；o是潤滑油出油溫度；i是潤滑油進(jìn)油溫度，一般取為35-45。,QL=cq(o-i),滑動軸承的設(shè)計計算,軸
13、承工作溫度為:b =(o+i)/2,軸承最高工作溫度不得超過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來表征承載能力，有,40,滑動軸承的設(shè)計計算,pm是軸承平均載荷,pm=F/(BD);是相對間隙；e是潤滑油有效黏度；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,軸承特性數(shù)F與偏心率的關(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、間隙和潤滑劑之后，利用關(guān)系曲線可以查出偏心率，再利用這些圖表根據(jù)偏心率可以求出功耗、流量和偏位角。,41,滑動軸承的設(shè)計計算,42,滑動
14、軸承的設(shè)計計算,3.參數(shù)選取,相對間隙(),潤滑油粘度 (),最小油膜厚度( h2 )， h2min=S(Ra1+ Ra2),表面粗糙度 Ra值一般在0.2-0.8 m范圍內(nèi),4.改變參數(shù)對軸承性能的影響,43,滑動軸承的設(shè)計計算,表22-11 參數(shù)改變對軸承性能的影響,44,21.5 流體靜壓軸承,流體靜力潤滑:依靠泵入潤滑表面壓力流體以形成承載油膜的潤滑方式。采用該潤滑方法的軸承稱為靜壓軸承，也稱外壓軸承。,突出特點(diǎn):摩擦副表面組成等厚間隙、無相對運(yùn)動也能實(shí)現(xiàn)良好的流體潤滑。,1.靜壓軸承的組成,45,流體靜壓軸承,靜壓軸承的組成,46,2.靜壓軸承的工作原理,流體靜壓軸承,47,3.靜壓軸承的計算原理,流體靜壓軸承,基本方程仍是雷諾方程,靜壓軸承在無速度下也能形成潤滑油膜,雷諾方程右邊項(xiàng)中的速度為零 ,變?yōu)槔绽狗匠獭?若進(jìn)一步簡化為一維流,則可根據(jù)連續(xù)性原理,通過流量平衡計算出靜壓軸承的承載能力。,48,流體靜壓軸承,計算結(jié)果表明 :,靜壓油膜的剛度比動壓油膜高,軸轉(zhuǎn)動的靜壓軸承,理論上仍應(yīng)按雷諾方程求解，即在其承載能力中包含動壓承載能力部分。若動壓承載能力部分小到可以忽略不計，這樣的軸承可按純靜壓軸承計算。,充分利用其動壓承載能力部分的靜壓軸承，稱為動靜壓混合軸承。,
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