機械設(shè)計基礎(chǔ)：第13章 滑動軸承

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1、第第13章章 滑動軸承滑動軸承13-1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài)13-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式13-3 軸瓦及軸承襯材料軸瓦及軸承襯材料13-5 非液體摩擦滑動軸承的計算非液體摩擦滑動軸承的計算13-4 潤滑劑和潤滑裝置潤滑劑和潤滑裝置13-6 動壓潤滑的基本原理動壓潤滑的基本原理13-8 靜壓軸承與空氣軸承簡介靜壓軸承與空氣軸承簡介13-7 液體動壓滑動軸承的計算液體動壓滑動軸承的計算浙江大學專用 1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；）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）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損分類：分類：滾動軸承滾動軸承軸承的功用：

2、軸承的功用：滑動軸承滑動軸承應用實例：應用實例：汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電汽輪機、離心式壓縮機、內(nèi)燃機、大型電機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用機、水泥攪拌機、滾筒清砂機、破碎機等機械常采用滑動軸承?；瑒虞S承。優(yōu)點多，應用廣優(yōu)點多，應用廣用于高速、高精度、重載、結(jié)用于高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場合。構(gòu)上要求剖分等場合。浙江大學專用 1.干摩擦干摩擦 固體表面直接接觸，因而固體表面直接接觸，因而 不允許出現(xiàn)干摩擦！不允許出現(xiàn)干摩擦！2.邊界摩擦邊界摩擦13-1 摩擦狀態(tài)摩擦狀態(tài) 功耗功耗 磨損磨損 溫度溫度 燒毀軸瓦燒毀軸瓦 運動副表面有一層厚度運動副表面有一層厚

3、度1 m的薄油的薄油膜，不足以將兩金屬表面分開，其表膜，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。面微觀高峰部分仍將相互搓削。比干摩擦的磨損輕比干摩擦的磨損輕，f 0.1 0.3v有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開，彼此不直接接觸。彼此不直接接觸。3.液體摩擦液體摩擦摩擦和磨損極輕摩擦和磨損極輕，f 0.001 0.01 vv v浙江大學專用 fn/p o在一般機器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。在一般機器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。邊界摩擦邊界摩擦混合摩擦混合摩擦液體摩擦液體摩擦摩擦特性曲線摩擦特性曲線稱無量綱參數(shù)稱無量綱參數(shù)n/p為軸承為軸承特

4、性數(shù)。特性數(shù)。浙江大學專用 一、一、向心滑動軸承向心滑動軸承組成：組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。13-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式整體式向心滑動軸承整體式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承剖分式向心滑動軸承榫口榫口螺紋孔螺紋孔軸承座軸承座軸承軸承軸承座軸承座軸承蓋軸承蓋聯(lián)接螺栓聯(lián)接螺栓剖分軸瓦剖分軸瓦浙江大學專用 薄壁軸瓦薄壁軸瓦軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開有進油口和油溝，以利于潤滑油均勻分布在整個軸徑上。布在整個軸徑上。進油孔進油孔油溝油溝F厚壁軸瓦厚壁軸瓦整體軸套整體軸套卷制軸套卷制軸套浙江大學專

5、用 軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。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。于形成動壓油膜，又起冷卻作用。45 油溝油溝形式形式 寬徑比寬徑比B/d-軸瓦寬度與軸徑直徑之比。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液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.51非液體潤滑摩擦的滑動軸承非液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.81.5 Bd浙江大學專用 作用：作用：用來承受軸向載荷用來承受軸向載荷 二、二、推力滑動軸承推力滑動軸承 結(jié)構(gòu)特點：結(jié)構(gòu)

6、特點：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。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)量一般為一般為612。-傾角固定，頂部預留平臺傾角固定，頂部預留平臺，類型類型固定式固定式可傾式可傾式-傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行 調(diào)整，性能好。調(diào)整，性能好。FF巴氏巴氏合金合金繞此繞此邊線自邊線自行傾斜行傾斜F浙江大學專用 材料要求：材料要求：13-3 軸瓦及軸承襯材料軸瓦及軸承襯材料1）摩擦系數(shù)小；）摩擦系數(shù)??；2）導熱性好，熱膨脹系數(shù)?。唬嵝院?，熱膨脹系數(shù)?。?）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；）耐

7、磨、耐腐蝕、抗膠合能力強；4）有足夠的機械強度和塑性。）有足夠的機械強度和塑性。工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不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，性能上取長補短。同的金屬組合在一起，性能上取長補短。軸承襯軸承襯一、軸承合金（白合金、巴氏合金）一、軸承合金（白合金、巴氏合金）1）錫銻軸承合金）錫銻軸承合金優(yōu)點：優(yōu)點：f 小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐小，抗膠合性能好、對油的吸附性強、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、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。重載的軸承。浙江大學專用 2）青銅）青銅缺點：缺點：價格貴、機械強度較差；

8、價格貴、機械強度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。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：工作溫度：t120優(yōu)點：優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性 都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達250。缺點：缺點：可塑性差、不易跑合、相配的軸徑必須淬硬?？伤苄圆?、不易跑合、相配的軸徑必須淬硬。青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鋁青銅鉛青銅鉛青銅錫青銅錫青銅 中速重載中速重載中速中載中速中載低速重載低速重載浙

9、江大學專用 3）具有特殊性能的軸承材料）具有特殊性能的軸承材料含油軸承：含油軸承：用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組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?。織，可存儲潤滑油?？捎糜诩佑筒环奖愕膱龊?。橡膠軸承：橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆穩(wěn)，可用水潤滑。常用于潛水泵、沙石清洗機、鉆機等有泥沙的場合。機等有泥沙的場合。塑料軸承：塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。耐磨、耐腐蝕、

10、可用水、油及化學溶液等潤滑的優(yōu)點。鑄鐵：鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。用于不重要、低速輕載軸承。缺點：缺點：導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此導熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此 缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。缺陷，可作為軸承襯粘復在金屬軸瓦上使用。浙江大學專用 13-4 潤滑劑和潤滑裝置潤滑劑和潤滑裝置一、一、潤滑劑潤滑劑作用：作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。分類分類液體液體潤滑劑潤滑劑-潤滑油潤滑油半固體半固體潤滑劑潤滑劑-潤滑脂潤滑脂固體固體潤滑劑潤滑劑1.潤滑油潤滑油粘度粘度-重要參數(shù)重要參數(shù) 液體層與

11、層之間摩擦切應力：液體層與層之間摩擦切應力：=dudy-牛頓液體流動定律牛頓液體流動定律 -液體的液體的動力粘度，動力粘度，簡稱簡稱粘度粘度量綱：量綱：力力時間時間/長度長度2單位：單位：N s/m/m2 (Pa ss)運動粘度：運動粘度：g g=單位：單位：m m2/s 或斯或斯St：cmcm2/s 實驗結(jié)果：實驗結(jié)果：oxyydyduAB浙江大學專用 2.2.潤滑脂潤滑脂潤滑油的特性：潤滑油的特性：1）溫度）溫度 t 2）壓力）壓力p 選用原則：選用原則：1)載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；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。載荷小、

12、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、鋰等金屬潤滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。皂）混合稠化而成。優(yōu)點：優(yōu)點：密封簡單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對密封簡單、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。速度和溫度不敏感，適用范圍廣。但但p 350 才開始氧化，才開始氧化，可在水中工作。可在水中工作。-摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60300)，但遇水性能下降。，但遇水性能下降。-摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。使用方式：使用方式：1.1.調(diào)和在潤滑油中；調(diào)和在潤滑油中；2.2.

13、涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；3.3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型?；烊虢饘倩蛩芰戏勰┲袩Y(jié)成型。浙江大學專用 二、潤滑裝置二、潤滑裝置1.油杯油杯 針閥針閥式油式油杯杯旋蓋式油杯旋蓋式油杯 脂用壓注式油杯壓注式油杯彈簧彈簧蓋油蓋油杯杯浙江大學專用 2.油環(huán)油環(huán) 浙江大學專用 一、一、向心軸承向心軸承在在油、脂油、脂中加入少量中加入少量石墨石墨或或二流化鉬二流化鉬粉末，形成邊界粉末，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。油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。1.軸承的壓強軸承的壓強pF-徑向載荷，徑向載荷，B-軸瓦寬度，軸瓦寬度，d

14、-軸徑，軸徑，p-許用壓強。許用壓強。13-5 非液體摩擦滑動軸承的計算非液體摩擦滑動軸承的計算 p=pFBd表表13-1 常用軸瓦及軸承襯材料的性能常用軸瓦及軸承襯材料的性能材料及其代號材料及其代號鑄鑄錫銻軸承合金錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6鑄鑄鉛銻軸承合金鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2鑄鑄錫青銅錫青銅ZCuSn10P1pMpapvMpa.m/s平穩(wěn)平穩(wěn)沖擊沖擊25202015HBS金屬型金屬型 砂型砂型最高工作最高工作溫度溫度軸徑硬度軸徑硬度150150HBSHBS150150HBSHBS4545HBCHBC1501501501502802802727303090908080

15、1515151510101515浙江大學專用 2.軸承的軸承的pv值值n-轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速，pv-許用值。許用值。pv=FBddn60 1000pv二、二、推力軸承推力軸承 z-軸環(huán)數(shù)軸環(huán)數(shù),pvm=pvp考慮承載的不均勻性，考慮承載的不均勻性，p、pv應降低應降低2040%Fd1d2Fd1d2浙江大學專用 一、動壓潤滑的形成和原理和條件一、動壓潤滑的形成和原理和條件13-6 動壓潤滑的基本原理動壓潤滑的基本原理FFFF兩平形板之間不能形成壓力油膜！兩平形板之間不能形成壓力油膜！v vvh1aah2cc動壓油膜動壓油膜-因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。因運動而產(chǎn)生的壓力油膜。v vvh0bbF浙江大學專用

16、F形成動壓油膜的必要條件：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；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；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。其運動方向必須兩工件表面必須有相對滑動速度。其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面流出。保證潤滑油從大截面流進，從小截面流出。Fy=F Fx 0 Fy=F Fx=0向心軸承動壓油膜的形成過程：向心軸承動壓油膜的形成過程：靜止靜止 爬升爬升 將軸抬起將軸抬起質(zhì)心質(zhì)心左移左移穩(wěn)定運轉(zhuǎn)穩(wěn)定運轉(zhuǎn)e-偏心距偏心距e浙江大學專用 B二、流體動壓潤滑的基本方程

17、二、流體動壓潤滑的基本方程假設(shè)條件：假設(shè)條件：1.Z向無限長，潤滑油在向無限長，潤滑油在Z向沒有流動；向沒有流動；2.壓力壓力 p 不隨不隨 y 值的大小而變化；值的大小而變化；3.潤滑油粘度潤滑油粘度 不隨壓力而變化；不隨壓力而變化；4.潤滑油處于層流狀態(tài)。潤滑油處于層流狀態(tài)。取微單元進行受力分析取微單元進行受力分析:+dp+dppAxzypdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得：整理后得：又有：又有：=dxdpd2ud y2得：得：對對y積分得：積分得：u=y2+C1y+C2 21dxdp邊界條件：邊界條件：當當y=0時，時，u=

18、-v C2=-v當當y=h時，時，u=0 0 C1=h+21dxdphv浙江大學專用 vvFaaccxzy代入得：代入得：u=(y2-hy)+21dxdpvhy-h任意截面內(nèi)的流量：任意截面內(nèi)的流量：b-b截面內(nèi)的流量：截面內(nèi)的流量：=6vdxdph0-hh3得：得：-一一維雷諾維雷諾方程方程由上式可得壓力分布曲線由上式可得壓力分布曲線:p=f(x)在在b-b處：處：h=h0，p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈線性分布，其余呈線性分布，其余位置呈非線性分布。位置呈非線性分布。pmaxxph0bb浙江大學專用 13-7 液體動壓滑動軸承液體動壓滑動軸承承載量計算的基本思想：承載量計算的基本

19、思想：將一維雷諾方程寫成極坐標形式，通過將一維雷諾方程寫成極坐標形式，通過二重積分，并考慮端泄影響之后，求出軸承幾何參數(shù)與負載之間二重積分，并考慮端泄影響之后，求出軸承幾何參數(shù)與負載之間的關(guān)系。的關(guān)系。一、承載量公式一、承載量公式 或或FR徑向載荷（徑向載荷（N）；）；FR承承載量系數(shù)，無量綱；載量系數(shù)，無量綱；h動力粘度（動力粘度（Ns/m2）；）；v線速度（線速度（m/s）；）；y=D/d相對間隙，無量綱相對間隙，無量綱；D=(D-d)稱為直徑間隙；eFRFR與寬徑比（與寬徑比（B/d）及偏心率及偏心率c=e/(R-r)有關(guān)，見圖有關(guān)，見圖13-22。浙江大學專用 二、最小油膜厚度二、最小

20、油膜厚度hmin 液體摩擦條件為：液體摩擦條件為：eFRRz1、Rz2分別為軸承、軸瓦表面粗糙度。分別為軸承、軸瓦表面粗糙度。浙江大學專用 三、液體動壓多油楔軸承簡介三、液體動壓多油楔軸承簡介1 1、橢圓軸承、橢圓軸承 特點：特點：形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加形成兩個動壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加 大、供油量增大、承載能力降低。大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合2 2、三油楔軸承、三油楔軸承特點：特點：形成三個動壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。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。摩擦損耗加大、承載能力降低，制造困難。固定式固定式

21、可傾式可傾式F FO O1 1O O3 3O O2 2F FO O1 1O O2 2制造時兩半之間加墊片，鏜出圓孔，使用時拆去墊片即可。浙江大學專用 節(jié)節(jié)流流器器節(jié)流器節(jié)流器D13-8 靜壓軸承與空氣軸承簡介靜壓軸承與空氣軸承簡介一、一、靜壓軸承靜壓軸承工作原理：工作原理：依靠供依靠供油裝置，將高壓油油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，壓入軸承間隙中，強制形成油膜。強制形成油膜。特點：特點：靜壓軸承靜壓軸承載任何工況下都載任何工況下都能勝任工作。能勝任工作。關(guān)鍵器件：關(guān)鍵器件：節(jié)流器節(jié)流器節(jié)流器作用：節(jié)流器作用：根據(jù)外載荷的變化自動調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)根據(jù)外載荷的變化自動調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力。的壓力。浙江大

22、學專用 二、空氣軸承二、空氣軸承空氣也是一種流體潤滑劑，其粘度只有空氣也是一種流體潤滑劑，其粘度只有L-AN7潤滑油潤滑油的的1/4000，摩擦力小到可忽略不計，因此可用于數(shù)十摩擦力小到可忽略不計，因此可用于數(shù)十萬轉(zhuǎn)的超高速軸承。萬轉(zhuǎn)的超高速軸承?？諝廨S承的工作原理與液體潤滑軸承本質(zhì)上是一樣?？諝廨S承的工作原理與液體潤滑軸承本質(zhì)上是一樣。分靜壓和動壓兩種。分靜壓和動壓兩種。氣膜厚度氣膜厚度-20 m制造精度制造精度 嚴格過濾嚴格過濾 優(yōu)點：優(yōu)點：1)不隨溫度變化，可用于高溫或低溫；不隨溫度變化，可用于高溫或低溫；2)沒有油污染的危險；沒有油污染的危險；3)回轉(zhuǎn)精度高，運行噪音低?；剞D(zhuǎn)精度高，運行噪音低。缺點：缺點：承載能力不大，密封困難。承載能力不大，密封困難。浙江大學專用