機(jī)械設(shè)計(jì)：CH12 滑動軸承

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1、12-1 概述12-2 滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)12-3 滑動軸承的失效形式及常用材料12-4 滑動軸承軸瓦結(jié)構(gòu)12-5 滑動軸承潤滑劑的選擇12-6 不完全流體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算12-7 流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算12-8 其他形式滑動軸承簡介第十二章 滑動軸承滑動軸承概述1概述軸承的作用是支承軸。軸在工作時可以是旋轉(zhuǎn)的，也可以是靜止的。1能承擔(dān)一定的載荷，具有一定的強(qiáng)度和剛度。2具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。3具有一定的支承精度，保證被支承零件的回轉(zhuǎn)精度。根據(jù)軸承中摩擦的性質(zhì)，可分為滑動軸承和滾動軸承。一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求二、軸承的分類根據(jù)能承受載荷的方向，可分為向心軸承

2、、推力軸承、向心推力軸承。(或稱為徑向軸承、止推軸承、徑向止推軸承）。根據(jù)潤滑狀態(tài)，滑動軸承可分為：不完全流體潤滑滑動軸承；完全流體潤滑滑動軸承?；瑒虞S承概述2概述四、滑動軸承設(shè)計(jì)內(nèi)容三、滑動軸承的特點(diǎn)滾動軸承絕大多數(shù)都已標(biāo)準(zhǔn)化，故得到廣泛的應(yīng)用。但是在以下場合，則主要使用滑動軸承：工作轉(zhuǎn)速很高，如汽輪發(fā)電機(jī)。要求對軸的支承位置特別精確，如精密磨床。承受巨大的沖擊與振動載荷，如軋鋼機(jī)。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機(jī)。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，如曲軸軸承。在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進(jìn)器的軸承。徑向尺寸受限制時，如多輥軋鋼機(jī)。軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇；軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇；軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)

3、；潤滑劑及其供應(yīng)量的確定；軸承工作能力及熱平衡計(jì)算。徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)1滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)整體式徑向滑動軸承特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。軸承座整體軸套螺紋孔油杯孔因磨損而造成的間隙無法調(diào)整。只能沿軸向裝入或拆出。徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)2滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)對開式徑向滑動軸承特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可以調(diào)整磨損而造成的 間隙、安裝方便。應(yīng)用場合：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。(虛擬演示)對開式軸承(整體軸套)對開式軸承(剖分軸套)徑向滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)3滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)三、止推滑動軸承的結(jié)構(gòu)止推滑動軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結(jié)構(gòu)

4、形式有：空心式：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件較實(shí)心式的改善。單環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便，廣泛用 于低速、輕載的場合。多環(huán)式：不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。由于各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%?？招氖絾苇h(huán)式多環(huán)式 FaFaFaFa滑動軸承的失效形式及常用材料1汽車用滑動軸承故障原因的平均比率軸承表面的磨粒磨損、刮傷、咬粘(膠合)、疲勞剝落和腐蝕。一、滑動軸承常見失效形式有滑動軸承還可能出現(xiàn)氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動磨損等失效形式。故障原因不干凈潤滑油不足安裝誤差對中不良超載比率38.311.115.98.16.0故障

5、原因腐蝕制造精度低氣蝕其他比率5.65.52.86.7 滑動軸承的失效形式及常用材料詳細(xì)說明滑動軸承的失效形式及常用材料2滑動軸承的失效形式及常用材料二、滑動軸承的材料軸承材料是指在軸承結(jié)構(gòu)中直接參與摩擦部分的材料，如軸瓦和軸承襯的材料。軸承材料性能應(yīng)滿足以下要求：減摩性：材料副具有較低的摩擦系數(shù)。耐磨性：材料的抗磨性能，通常以磨損率表示?？挂д承裕翰牧系哪蜔嵝耘c抗粘附性。摩擦順應(yīng)性：材料通過表層彈塑性變形來補(bǔ)償軸承滑動表面初始配合不 良的能力。嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨 粒磨損的性能。此外還應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力、良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性。磨合性：

6、軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運(yùn)行后，形成相互吻合的表面形狀 和粗糙度的能力（或性質(zhì)）?；瑒虞S承的失效形式及常用材料3滑動軸承的失效形式及常用材料滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)1滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式按加工分類鑄造軋制按尺寸分類厚壁薄壁按材料分類單材料多材料需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差?？梢灾苯訌妮S的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高。具有足夠的強(qiáng)度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。強(qiáng)度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅、灰鑄鐵。軸瓦襯強(qiáng)度不足，故采用多材料制作軸瓦。鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄

7、壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率?；瑒虞S承的軸瓦結(jié)構(gòu)2滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對開式厚壁鑄造軸瓦多材料、對開式薄壁軋制軸瓦虛擬現(xiàn)實(shí)中的軸瓦 滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)3滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)二、軸瓦的定位 目的：防止軸瓦相對于軸承座產(chǎn)生軸向和周向的相對移動。方法：對于軸向定位有：對于周向定位有：凸緣軸瓦一端或兩端做凸緣定位唇定位唇（凸耳）緊定螺釘緊定螺釘（也可做軸向定位）軸 瓦圓柱銷軸承座銷釘（也可做軸向定位）滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)4滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)三、軸瓦的油孔及油槽 目的：把潤滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動副表面。原則：盡量開在非承載區(qū)，盡量不要降低或少降

8、低承載區(qū)油膜的承載 能力；軸向油槽不能開通至軸承端部，應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠头饷妗Ｐ问剑喊从筒圩呦蚍盅剌S向、繞周向、斜向、螺旋線等。按油槽數(shù)量分單油槽、多油槽等。單軸向油槽開在非承載區(qū)（在最大油膜厚度處）雙軸向油槽開在非承載區(qū)（在軸承剖分面上）雙斜向油槽（用于不完全流體潤滑軸承）滑動軸承潤滑劑的選擇1滑動軸承潤滑劑的選擇一、潤滑脂及其選擇 特點(diǎn)：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。適用場合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動運(yùn)動的 軸承中。選擇原則：當(dāng)壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小一些的品種；反之，選擇針入度大一些的品種。所用潤滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高2030，以免工作時潤

9、滑脂過多地流失。在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性能強(qiáng)的鈣基或鋁基潤滑脂。在溫度較高處應(yīng)選用鈉基或復(fù)合鈣基潤滑脂。潤滑脂牌號表滑動軸承潤滑劑的選擇2滑動軸承潤滑劑的選擇二、潤滑油及其選擇 特點(diǎn)：有良好的流動性，可形成動壓、靜壓或邊膜界潤滑膜。適用場合：不完全流體滑動軸承和完全流體潤滑滑動軸承。選擇原則：主要考慮潤滑油的粘度。轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。三、固體潤滑劑及其選擇 特點(diǎn)：可在滑動表面形成固體膜。適用場合：有特殊要求的場合，如環(huán)境清潔要求處、真空中或高溫中。常用類型：二硫化鉬，碳-石墨，聚四氟乙烯等。使用方法：涂

10、敷、粘結(jié)或燒結(jié)在軸瓦表面；制成復(fù)合材料，依靠材料自身的潤滑性能形成潤滑膜。潤滑油牌號表不完全流體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算1不完全流體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、失效形式與設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。失效形式：邊界油膜破裂。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證邊界膜不破裂。因邊界膜強(qiáng)度與溫度、軸承材料、軸頸和軸承表面粗糙度、潤滑油供給等有關(guān)，目前尚無精確的計(jì)算方法，但一般可作 條件性計(jì)算。校核內(nèi)容：驗(yàn)算平均壓力 p p，以保證強(qiáng)度要求。驗(yàn)算摩擦發(fā)熱pvpv，fpv是摩擦力，限制pv即間接限制摩擦發(fā)熱。驗(yàn)算滑動速度vv、p、pv的驗(yàn)算都是平均

11、值?？紤]軸瓦不同心，受載時軸線彎曲及載荷變化等的因素，局部的p或pv可能不足，故應(yīng)校核滑動速度v。不完全流體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算2不完全流體潤滑滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算二、徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 已知條件：外加徑向載荷F(N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)及軸頸直徑d(mm)驗(yàn)算及設(shè)計(jì)：驗(yàn)算軸承的平均壓力p(MPa)B軸承寬度，mm（根據(jù)寬徑比B/d確定）；p軸瓦材料的許用壓力，MPa。驗(yàn)算摩擦熱v軸頸圓周速度，m/s；pv軸承材料的pv許用值，MPam/s。驗(yàn)算滑動速度v (m/s)v材料的許用滑動速度選擇配合 p、v、pv 的選擇止推滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6流體動

12、力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算1流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算一、流體動力潤滑基本方程的建立對流體平衡方程（NavierStokes方程）作如下假設(shè)，以便得到簡化形式的流體動力平衡方程。這些假設(shè)條件是：流體為牛頓流體，即 ；流體的流動是層流，即層與層之間沒有物質(zhì)和能量的交換；忽略壓力對流體粘度的影響，實(shí)際上粘度隨壓力的增高而增加；略去慣性力及重力的影響，故所研究的單元體為靜平衡狀態(tài)或勻速直線運(yùn)動，且只有表面力作用于單元體上；流體不可壓縮，故流體中沒有“洞”可以“吸收”流質(zhì)；流體中的壓力在各流體層之間保持為常數(shù)。流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算2流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算在以上假設(shè)下

13、，從兩平板所構(gòu)成的楔形空間中，取某一層流體的一部分作為單元體，通過建立平衡方程和給定邊界條件，可得一維雷諾方程：流體動力潤滑的必要條件是：相對運(yùn)動的兩表面間構(gòu)成楔形空間。楔形空間中充滿具有粘性的流體。兩板相對運(yùn)動的結(jié)果，應(yīng)使流體在粘性力的作用下由楔形空間的大端流向楔形空間的小端。詳細(xì)推導(dǎo)Fvxyabcoho流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算3流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算二、徑向滑動軸承形成流體動力潤滑時的狀態(tài) 軸承的孔徑D和軸頸的直徑d名義尺寸相等；直徑間隙是公差形成的。軸頸上作用的流體壓力與F相平衡，在與F垂直的方向，合力為零。軸頸最終的平衡位置可用a和偏心距e來表示。軸承工作能力取決

14、于hmin，它與h、和F等有關(guān)，應(yīng)保證hminh。初始狀態(tài)穩(wěn)定工作狀態(tài) 演示FFFhminoo1oo1o1oaedD流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算三、徑向滑動軸承的幾何關(guān)系和承載量系數(shù)最小油膜厚度：hmin=de ry(1-c)c 偏心率，c e/d；直徑間隙，D d；d 半徑間隙，d R r /2；r、d 軸頸的半徑和直徑；R、D 軸承的半徑和直徑。e 偏心距；y 相對間隙，y d/r D/d；式中：流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算5流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算積分一維雷諾方程 并考慮壓力沿軸承寬度方向的分布

15、，Cp 承載量系數(shù)，與軸承包角a，寬徑比B/d和偏心率c有關(guān)；F外載荷，N；h 油在平均溫度下的粘度，Ns/m2；B 軸承寬度，m；v 圓周速度，m/s。分析思路：1)根據(jù)已知條件計(jì)算求得 Cp。2)根據(jù)Cp由承載量系數(shù)表查取偏心率c。3)計(jì)算最小油膜厚度hmin=ry(1-c)?；蚩傻茫?詳細(xì)說明)流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算6流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算四、最小油膜厚度 hmin動力潤滑軸承的設(shè)計(jì)應(yīng)保證：hminh其中：h=4S(Ra1+Ra2)S 安全系數(shù)，考慮表面幾何形狀誤差和軸頸撓曲變形等，常取S2。對于一般軸承可取為0.8m和1.6m，或0.4m和0.8m。對于重要軸承

16、可取為0.2m和0.4m，或0.05m和0.1m。Ra1、Ra2 分別為軸頸和軸承孔表面粗糙度輪廓算術(shù)平均偏差。（參見）流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算7流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算五、流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)過程已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸直徑d(mm)。設(shè)計(jì)及驗(yàn)算：保證在平均油溫tm下 hmin h 驗(yàn)算溫升 選擇軸承材料，驗(yàn)算 p、v、pv。選擇軸承參數(shù)，如軸承寬度(B)、相對間隙()和潤滑油()。計(jì)算承載量系數(shù)(Cp)并查表確定偏心率(c)。計(jì)算最小油膜厚度(hmin)和許用油膜厚度(h)。計(jì)算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)(f)。計(jì)算軸承溫升(t

17、)和潤滑油入口平均溫度(ti)。根據(jù)寬徑比(B/d)和偏心率(c)查取潤滑油流量系數(shù) 。詳細(xì)過程 流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算8流體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 極限工作能力校核 根據(jù)直徑間隙，選擇配合及軸承和軸頸的尺寸公差。根據(jù)最大間隙max和最小間隙min，校核軸承的最小油膜 厚度和潤滑油入口油溫。繪制軸承零件圖其它形式滑動軸承簡介1其他形式滑動軸承簡介一、無潤滑軸承和自潤滑軸承 無潤滑軸承：工作時外界不提供潤滑劑的軸承。自潤滑軸承：當(dāng)無潤滑軸承材料本身就是固體潤滑材料時，或軸瓦中 含有潤滑介質(zhì)，這種無潤滑軸承常稱自潤滑軸承。二、多油楔滑動軸承固定軸瓦多油楔軸承可傾軸瓦多油楔軸承詳細(xì)說明詳細(xì)說明 vF其它形式滑動軸承簡介2其他形式滑動軸承簡介三、流體靜壓軸承原理：依靠液壓系統(tǒng)供給壓力油，壓力油在軸承腔內(nèi)強(qiáng)制形成壓力油膜，以隔開摩擦表面。特點(diǎn)：在任何轉(zhuǎn)速和預(yù)定載荷下軸承均處于流體潤滑狀態(tài)；軸頸與軸承不直接接觸，軸承對材料要求低，壽命長；油膜剛性大，有良好的吸振性，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；需要一套供油設(shè)備。四、氣體潤滑軸承原理：以氣體作為潤滑介質(zhì)，可以空氣、氫氣、氮?dú)庾鳛闈櫥橘|(zhì)。分類：氣體動壓潤滑軸承、氣體靜壓潤滑軸承。詳細(xì)說明 特點(diǎn)：高轉(zhuǎn)速(n 100000r/min)、低摩擦損失、無污染、承載能力低。應(yīng)用：高速磨頭、高速離心分離機(jī)、原子反應(yīng)堆等場合。