機械設計ppt課件第12章 滑動軸承

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1、中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 第12章滑動軸承12-1滑動軸承概述12-2滑動軸承的典型結構12-3滑動軸承的失效形式及常用材料12-4滑動軸承軸瓦結構 12-5滑動軸承潤滑劑的選擇12-6不完全液體潤滑滑動軸承的設計計算12-7液體動力潤滑徑向滑動軸承的設計計算12-8其它形式滑動軸承簡介 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 分類 滾 動 軸 承 軸 承 的 功 用 ： 用 來 支 承 軸 及 軸 上 零 件 。 滑 動 軸 承 優(yōu) 點 多 ， 應 用 廣用 于 高 速 、 高 精 度 、 重 載 、 結 構 上 要求 剖 分 等

2、 場 合 。 12-1 滑 動 軸 承 概 述 1 能 承 擔 一 定 的 載 荷 ， 具 有 一 定 的 強 度 和 剛 度 。2 具 有 小 的 摩 擦 力 矩 ， 使 回 轉 件 轉 動 靈 活 。3 具 有 一 定 的 支 承 精 度 ， 保 證 被 支 承 零 件 的 回 轉 精 度 。一 、 軸 承 的 基 本 要 求 二 、 軸 承 的 分 類 按 摩 擦性 質 分按 受 載方 向 分按 潤 滑狀 態(tài) 分 向 心 推 力 (徑 向 止 推 )軸 承向 心 (徑 向 )軸 承 推 力 (止 推 )軸 承不 完 全 液 體 潤 滑 滑 動 軸 承不 完 全 液 體 潤 滑 滑 動 軸

3、 承 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 三 、 滑 動 軸 承 的 應 用 領 域 1.工 作 轉 速 特 高 的 軸 承 ， 汽 輪 發(fā) 電 機 ； 2.要 求 對 軸 的 支 承 位 置 特 別 精 確 的 軸 承 ， 如 精 密 磨 床 ； 3.特 重 型 的 軸 承 ， 如 水 輪 發(fā) 電 機 ； 4.承 受 巨 大 沖 擊 和 振 動 載 荷 的 軸 承 ， 如 破 碎 機 ； 5.根 據 裝 配 要 求 必 須 做 成 剖 分 式 的 軸 承 ， 如 曲 軸 軸 承 ； 6.在 特 殊 條 件 下 （ 如 水 中 、 或 腐 蝕 介 質 ） 工 作 的

4、 軸 承 ， 如 艦 艇 螺 旋 槳 推 進 器 的 軸 承 ； 7.軸 承 處 徑 向 尺 寸 受 到 限 制 時 ， 可 采 用 滑 動 軸 承 。 如 多 輥 軋 鋼 機 。 四 、 滑 動 軸 承 的 設 計 內 容 軸 承 的 型 式 和 結 構 選 擇 ； 軸 瓦 的 結 構 和 材 料 選 擇 ；軸 承 的 結 構 參 數(shù) 設 計 潤 滑 劑 及 其 供 應 量 的 確 定 ； 軸 承工 作 能 力 及 熱 平 衡 計 算 。 中 國 地 質 大 學 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 等 。 12

5、-2 滑 動 軸 承 的 結 構 型 式油 杯 孔軸 承(1) 結 構 簡 單 ， 成 本 低 廉 。應 用 ： 低 速 、 輕 載 或 間 歇 性 工 作 的 機 器 中 。(2) 因 磨 損 而 造 成 的 間 隙 無 法 調 整 。(3) 只 能 從 沿 軸 向 裝 入 或 拆 。 整 體 式 向 心 滑 動 軸 承 軸 承 座特 點 ： 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 將 軸 承 座 或 軸 瓦 分 離 制造 ， 兩 部 分 用 聯(lián) 接 螺 栓 。 剖 分 式 向 心 滑 動 軸 承 螺 紋 孔軸 承 座軸 承 蓋聯(lián) 接 螺 栓剖 分 軸 瓦 剖 分 式

6、 向 心 滑 動 軸 承 特 點 ： 結 構 復 雜 ， 可 以調 整 因 磨 損 而 造 成 的 間隙 ， 安 裝 方 便 。應 用 場 合 ：低 速 、 輕 載 或 間 歇 性 工 作 的 機 器 。 榫 口 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制作 用 ： 用 來 承 受 軸 向 載 荷 二 、 推 力 滑 動 軸 承 結 構 形 式 ：潘 存 云 教 授 研 制 21 F 1 F 2 F2 1 F2 1空 心 式 軸 頸 接 觸 面 上 壓 力 分 布 較 均 勻 ， 潤 滑 條 件 比 實 心 式 要 好

7、。單 環(huán) 式 利 用 軸 頸 的 環(huán) 形 端 面 止 推 ， 結 構 簡 單 ， 潤 滑 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 。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%。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 結 構 特 點 ： 在 軸 的 端 面 、 軸 肩 或 安 裝 圓 盤 做 成 止

8、 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 612。 傾 角 固 定 ， 頂 部 預 留 平 臺 類 型 固 定 式可 傾 式 用 來 承 受 停車 后 的 載 荷 。傾 角 隨 載 荷 、 轉 速 自 行 調 整 ， 性 能 好 F F 巴 氏 合 金繞 此 邊 線 自 行傾 斜 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 12-3 滑 動 軸 承 的 失 效 形 式 及 常 用 材 料一 、 滑 動 軸 承 常 見 失 效 形 式磨 粒 磨 損 進 入 軸 承 間 隙 的 硬 顆 粒 有 的 隨

9、軸 一 起 轉 動 ，對 軸 承 表 面 起 研 磨 作 用 。刮 傷 進 入 軸 承 間 隙 的 硬 顆 粒 或 軸 徑 表 面 粗 糙 的 微 觀輪 廓 尖 峰 ， 在 軸 承 表 面 劃 出 線 狀 傷 痕 。膠 合 當 瞬 時 溫 升 過 高 ， 載 荷 過 大 ， 油 膜 破 裂 時 或 供油 不 足 時 ， 軸 承 表 面 材 料 發(fā) 生 粘 附 和 遷 移 ， 造 成 軸 承損 傷 。疲 勞 剝 落 在 載 荷 得 反 復 作 用 下 ， 軸 承 表 面 出 現(xiàn) 與 滑動 方 向 垂 直 的 疲 勞 裂 紋 ， 擴 展 后 造 成 軸 承 材 料 剝 落 。腐 蝕 潤 滑 劑 在

10、 使 用 中 不 斷 氧 化 ， 所 生 成 的 酸 性 物 質對 軸 承 材 料 有 腐 蝕 ， 材 料 腐 蝕 易 形 成 點 狀 剝 落 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 微 動 磨 損 發(fā) 生 在 名 義 上 相 對 靜 止 ， 實 際 上 存 在 循 環(huán) 的 微 幅 相 對 運 動 的 兩 個 緊 密 接 觸 的 表 面 上 。其 它 失 效 形 式 :氣 蝕 氣 流 沖 蝕 零 件 表 面 引 起 的 機 械 磨 損 ； 流 體 侵 蝕 流 體 沖 蝕 零 件 表 面 引 起 的 機 械 磨 損 ； 電 侵 蝕 電 化

11、學 或 電 離 作 用 引 起 的 機 械 磨 損 ； 軸 瓦 失 效 實 例 : 潘 存 云 教 授 研 制疲 勞 點 蝕 潘 存 云 教 授 研 制表 面 劃 傷 潘 存 云 教 授 研 制軸 瓦 磨 損 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制汽 車 用 滑 動 軸 承 故 障 原 因 的 平 均 比 率其 它氣 蝕制 造 精 度 低腐 蝕故 障 原 因 6.08.115.911.138.3比 率 ( ) 6.72.85.55.6比 率 ( ) 超 載對 中 不 良安 裝 誤 差潤 滑 油 不 足不 干 凈故 障 原 因二 、 滑 動 軸

12、 承 的 材 料 軸 承 材 料 性 能 的 要 求(1) 減 摩 性 材 料 副 具 有 較 低 的 摩 擦 系 數(shù) 。(2) 耐 磨 性 材 料 的 抗 磨 性 能 ， 通 常 以 磨 損 率 表 示 。(3) 抗 膠 合 材 料 的 耐 熱 性 與 抗 粘 附 性 。(4) 摩 擦 順 應 性 材 料 通 過 表 層 彈 塑 性 變 形 來 補 償 軸 承 滑 動 表 面 初 始 配 合 不 良 的 能 力 。(5) 嵌 入 性 材 料 容 納 硬 質 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 。(6) 磨 合 性 軸 瓦

13、 與 軸 頸 表 面 經 短 期 輕 載 運 行 后 ， 形 成 相 互 吻 合 的 表 面 形 狀 和 粗 糙 度 的 能 力 。軸 承 材 料 是 指 在 軸 承 結 構 中 直 接 參 與 摩 擦部 分 的 材 料 ， 如 軸 瓦 和 軸 承 襯 的 材 料 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 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 。 軸 承 襯 此 外 還 應 有 足 夠 的 強 度 和 抗 腐 蝕 能 力 、 良 好 的 導 熱性 、 工 藝 性 和 經 濟

14、 性 。能 同 時 滿 足 這 些 要 求 的 材 料 是 難 找 的 ，但 應 根 據 具 體 情 況 主 要 的 使 用 要 求 ?；瑒虞S承材料 金 屬 材 料 非 金 屬 材 料 軸 承 合 金銅 合 金鋁 基 軸 承 合 金鑄 鐵多 孔 質 金 屬 材 料 工 程 塑 料碳 -石 墨橡 膠木 材 常 用 軸 承 材 料 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 （ 1） 軸 承 合 金 （ 白 合 金 、 巴 氏 合 金 ）是 錫 、 鉛 、 銻 、 銅 等 金 屬 的 合 金 ， 錫 或 鉛 為 基 體 。 優(yōu) 點 ： f 小 ， 抗

15、 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 、重 載 的 軸 承 。缺 點 ： 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 。工 作 溫 度 ： t6.5 0.5 60 2號 壓 延 機 脂 注 ： (1)在 潮 濕 環(huán) 境 ， 溫 度 在 75 120 的 條 件 下 ， 應 考 慮 選 用 鈣 -鈉 基 潤 滑 脂 ； (2)在 潮 濕 環(huán) 境 ， 溫 度 在 75 以 下 ， 沒 有 3號

16、 鈣 基 脂 時 也 可 以 用 鋁 基 脂 ； (3)工 作 溫 度 在 110 120 可 選 用 鋰 基 脂 或 鋇 基 脂 ； (4)集 中 潤 滑 時 ， 稠 度 要 小 些 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 但 p 10 MPa時 可 忽 略 。 變 化 很 小0.080.070.060.050.040.030.020.01 30 40 50 60 70 80 90 潤 滑 油 的 特 性 ：（ 1） 溫 度 t （ 2） 壓 力 p 選 用 原 則 ：(1) 載 荷 大 、 轉 速 低 的 軸承 ， 宜 選 用 粘 度

17、 大 的 油 ；(2) 載 荷 小 、 轉 速 高 的 軸承 ， 宜 選 用 粘 度 小 的 油 ； 粘 溫 圖 L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二 、 潤 滑 油 及 其 選 擇(3)高 溫 時 ， 粘 度 應 高 一 些 ；低 溫 時 ， 粘 度 可 低 一 些 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 表 12- 滑 動 軸 承 潤 滑 油 的 選 擇 0.1 L-AN68、 110、 150 9.0 L-AN7、 10、 15 軸 徑 圓 周 速 度 平 均 壓 力 軸 徑 圓 周 速 度 平 均 壓 力 /

18、(m/s) p 3 MPa /(m/s) p350 才 開 始 氧 化 ， 可 在 水 中 工 作 。摩 擦 系 數(shù) 低 ， 使 用 溫 度 范 圍 廣 (-60300 )， 但 遇 水 性 能 下 降 。摩 擦 系 數(shù) 低 ， 只 有 石 墨 的 一 半 。使 用 方 式 ： 1.調 和 在 潤 滑 油 中 ；2.涂 覆 、 燒 結 在 摩 擦 表 面 形 成 覆 蓋 膜 ；3.混 入 金 屬 或 塑 料 粉 末 中 燒 結 成 型 。其 應 用 日 漸 廣 泛三 、 固 體 潤 滑 劑 及 其 選 擇特 點 ： 可 在 滑 動 表 面 形 成 固 體 膜 。 中 國 地 質 大 學 專 用

19、 作 者 ： 潘 存 云 教 授 12-6 不 完 全 液 體 潤 滑 滑 動 軸 承 的 設 計 計 算一 、 失 效 形 式 與 設 計 準 則 工 作 狀 態(tài) ： 因 采 用 潤 滑 脂 、 油 繩 或 滴 油 潤 滑 ， 由 于 軸承 的 不 到 足 夠 的 潤 滑 劑 ， 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 計 準 則 ： 保 證 邊 界 膜 不 破 裂 。 因 邊 界 膜 強 度 與 溫 度 、 軸 承 材 料 、 軸 頸 和軸 承 表 面 粗 糙 度

20、、 潤 滑 油 供 給 等 有 關 ， 目 前 尚 無 精 確 的 計 算 方 法 ， 但 一 般 可 作 條 件性 計 算 。校 核 內 容 ： 驗 算 摩 擦 發(fā) 熱 pvpv； 驗 算 滑 動 速 度 vv。 ， p， pv的 驗 算 都 是 平 均 值 。 考 慮 到 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 校 核 滑 動 速 度 v 。 fpv是 摩 擦 力 ， 限 制 pv 即 間 接 限 制 摩 擦 發(fā) 熱 。 驗 算 平 均 壓 力 p p， 以 保 證 強 度 要 求 ； 中 國

21、 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制二 、 徑 向 滑 動 軸 承 的 設 計 計 算 已 知 條 件 ： 外 加 徑 向 載 荷 F (N)、 軸 頸 轉 速 n(r/mm)及 軸 頸 直 徑 d (mm) 驗 算 及 設 計 ： .驗 算 軸 承 的 平 均 壓 力 p .驗 算 摩 擦 熱v軸 頸 圓 周 速 度 ， m/s；B 軸 瓦 寬 度 ， p 許 用 壓 強 。 見 下 頁 p= pFBd Fdn pv 軸 承 材 料 的 許 用 值 。 見 下 頁 pv = FBd dn60 1000 pvn軸 速 度 ， m/s； 中 國 地

22、 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制3.驗 算 滑 動 速 度 v 表 12- 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 pMPa pvMPam/s平 穩(wěn)沖 擊 2520 2015 HBS金 屬 型 砂 型 最 高 工 作溫 度 軸 徑 硬 度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC1501502802

23、80280273090 8065 60110 1001515815 10151512 v 材 料 的 許 用 滑 動 速 度v v 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 表 12-1 常 用 軸 瓦 及 軸 承 襯 材 料 的 性 能材 料 牌 號類 別 （ 名 稱 ）錫 基軸 承合 金鉛 基軸 承合 金 ZSnSb11Cu6 ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1錫 青 銅 ) ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5錫 青 銅 )ZCuPb30(30鉛 青 銅 )ZCuAl10Fe3(10-3鋁 青

24、 銅 ) 15 12 1015 4 1225 12 308 3 1515 10 155 8 520 60 1525 80 20 1 1 1 51 1 3 53 5 1 13 4 4 25 5 5 2錫 青 銅鉛 青 銅鋁 青 銅 最 大 許 用 值 性 能 比 較 平 穩(wěn) 載 荷 用 于 高 速 、 重 載下 工 作 的 重 要 軸承 ， 變 載 荷 下 易于 疲 勞 ， 價 貴 。用 于 中 速 、 中 等載 荷 作 的 軸 承 ，不 宜 受 顯 著 沖 擊 。可 作 為 錫 銻 軸 承合 金 的 代 用 品 。用 于 中 速 重 載 及受 變 載 荷 的 軸 承用 于 中 速 中 載 的軸

25、 承用 于 高 速 、 重 載軸 承 ， 承 受 變 載和 沖 擊最 宜 用 于 潤 滑 充 分的 低 速 重 載 軸 承說 明 沖 擊 載 荷 p v pvMPa m/s MPa m/s 抗 咬 順 應 性 耐 蝕 疲 勞粘 性 嵌 入 性 性 強 度注 ： pv為 不 完 全 潤 滑 下 的 許 用 值 性 能 比 較 ： 15 依 次 由 佳 到 差 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 選 擇 配 合一 般 可 選 : H9/d9或 H8/f7、 H7/f6 二 、 止 推 滑 動 軸 承 的 計 算 zd

26、d Fp )(4 2122 p考 慮 承 載 的 不 均 勻 性 ， p、 pv應 降 低 50%。 Fd1d2 Fd1d2已 知 條 件 ： 外 加 徑 向 載 荷 F (N)、 軸 頸 轉 速 n(r/mm) (1)根 據 軸 向 載 荷 和 工 作 要 求 ，選 擇 軸 承 結 構 尺 寸 和 材 料 ；(2)驗 算 平 均 壓 力 ；3)驗 算 pv值 2100060 )( 21 ddnv )(30000= 12a pvddznFpvz軸 環(huán) 數(shù) 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 表 12-7 止 推 滑 動 軸 承 的 p、 pv 未 淬 火 鋼 青 銅

27、 4.05.0 12.5 鑄 鐵 2.02.5 p pv軸 承 合 金 5.06.0 淬 火 鋼 軸 承 合 金 8.09.0 12.5 青 銅 7.58.0 淬 火 鋼 1215 MPam/s MPa軸 環(huán) 端 面 、 凸 緣 軸 承 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制FFFF 先 分 析 平 行 板 的 情 況 。 板 B靜 止 ， 板 A以 速 度 向 左 運 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

28、 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 。如 兩 板 不 平 行 板 。 板 間 間 隙 呈 沿 運 動 方 向 由 大 到 小 呈 收 斂 楔 形 分 布 ， 且 板 A有 載 荷 ， 當 板 A運 動 時 ， 兩 端 速 度 若 程 虛 線 分 布 ， 則 必 然 進油 多 而 出 油 少 。 由 于 液 體 實 際 上 是 不 可 壓 縮 的 ， 必 將 在 板 內 擠 壓 而 形 成 壓 力 ， 迫 使 進 油 端 的 速 度 往 內 凹 ， 而 出 油

29、端 的 速 度 往 外 鼓 。 進油 端 間 隙 大 而 速 度 曲 線 內 凹 ， 出 油 端 間 隙 小 而 速 度 曲 線 外 凸 ， 進 出 油 量 相 等 ， 同 時 間 隙 內 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 形 成 了 壓 力 油 膜 。 這 種 因 運 動 而 產 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 。 v 潘 存 云 教 授 研 制F v v

30、 v h1aah2cc h0bb F一 、 動 壓 潤 滑 的 形 成 原 理 和 條 件 兩 平 形 板 之 間 不 能 形 成 壓 力 油 膜 ！ 動 壓 油 膜 因 運 動 而 產 生 的 壓 力 油 膜 。 12-7 液 體 動 力 潤 滑 徑 向 滑 動 軸 承 的 設 計 計 算 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 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

31、對 滑 動 速 度 。 其 運 動 芳 方 向 必須 保 證 潤 滑 油 從 大 截 面 流 進 ， 從 小 截 面 出 來 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制二 、 流 體 動 力 潤 滑 基 本 方 程 的 建 立 為 了 得 到 簡 化 形 式 的 流 體 動力 平 衡 方 程 （ Navier Stokes方 程 ） ， 作 如 下 假 設 ： 流 體 的 流 動 是 層 流 忽 略 壓 力 對 流 體 粘 度 的 影 響 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)

32、或 勻 速 直 線 運 動 ， 且 只 有 表 面 力 作 用 于 單 元 體 上 流 體 是 不 可 壓 縮 的 流 體 中 的 壓 力 在 各 流 體 層 之 間 保 持 為 常 數(shù) 流 體 滿 足 牛 頓 定 律 ， 即 = dud y B實 際 上 粘 度 隨 壓 力 的 增 高 而 增 加 ； 即 層 與 層 之 間 沒 有物 質 和 能 量 的 交 換 ； vA xzy 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制取 微 單 元 進 行 受 力 分 析 : +dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=

33、 dd ydxdpdydu=整 理 后 得 又 有 =dxdp d2ud y2得 任 意 一 點 的 油 膜 壓 力 p沿 x方向 的 變 化 率 ， 與 該 點 y向 的速 度 梯 度 的 導 數(shù) 有 關 。對 y積 分 得 u= y2+C1y+C2 21 dxdp邊 界 條 件 當 y=0時 ， u=-v C2 = -v當 y=h時 ， u=0 C1= h +21 dxdp hv代 入 得 u= (y2- hy) +21 dxdp vhy-h B A x zy v 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制v vF aacc xzy 2dd1

34、21d 30 hvhxpyuq hx 任 意 截 面 內 的 流 量依 據 流 體 的 連 續(xù) 性 原 理 ， 通 過不 同 截 面 的 流 量 是 相 等 的 021 vhqx bb截 面 內 的 流 量 該 處 速 度 呈 三 角 形 分 布 ， 間 隙 厚 度 為 h0負 號 表 示 流 速 的 方 向 與 x方 向 相 反 ，因 流 經 兩 個 截 面 的 流 量 相 等 ， 故 有 ：=6vdxdp h0-hh3得 ： 一 維 雷 諾 方 程由 上 式 可 得 壓 力 分 布 曲 線 p=f(x)在 bb處 h=h0， p=pmax速 度 梯 度 du/dy呈 線 性 分 布 ， 其

35、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 系 。 pmax xp h 0bb 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 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 液 體 壓 力 與 F相 平 衡 ， 在 與 F垂 直 的 方 向 ，

36、 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 于 h lim， 它 與 、 、 和 F等 有 關 ， 應 保 證 hlimh F Fy =F Fx 0 Fy =F F x = 0徑 向 滑 動 軸 承 動 壓 油 膜 的 形 成 過 程 ：靜 止 爬 升 將 軸 起 抬轉 速 繼 續(xù) 升 高質 心 左 移 穩(wěn) 定 運 轉 達 到 工 作 轉 速e 偏 心 距 e ahlim 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 三 、 徑 向 滑 動 軸 承 的 幾 何 關 系

37、 和 承 載 量 系 數(shù)最 小 油 膜 厚 度 hmin= e r(1-) 定 義 e / 為 偏 心 率 直 徑 間 隙 D d 半 徑 間 隙 R r / 2定 義 連 心 線 OO 1為 極 坐 標 的 極 軸 相 對 間 隙 / r / d hlim 穩(wěn) 定 工 作 位 置 如 圖 所 示 ， 連 心 線 與 外 載 荷 的 方 向 形 成 一 偏 位 角 ， e ah 0設 軸 孔 半 徑 為 R, r 直 徑 為 D， d ，偏 心 距 e 偏 位 角 a在 三 角 形 中 有 R 2 e2+ （ r+h)2 2e(r+h)cos v 22 sin1cos ReRehr解 得 ：

38、h Dd 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 略 去 二 次 微 量 ， 并 取 根 號 為 正 號 ， 得22 sinRe )cos1()cos1( rh任 意 位 置 油 膜 厚 度 將 dx=rd, v=r， h0, h代 入 上 式 得 壓 力 最 大 處 的 油 膜 厚 度 )cos1( 00 h0為 壓 力 最 大 處 的 極 角 。 =6vdxdp h0-hh3將 一 維 雷 諾 方 程 改 寫 成 極 坐 標 的 形 式 30 02 )cos1( )cos(cos6dd p積 分 得 1 d)cos1( )cos(cos6 30 02p 中 國 地

39、質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 積 分 可 得 軸 承 單 位 寬 度 上 的 油 膜 承 載 力 )cos()(180cos aay ppp在 外 載 荷 方 向 的 分 量 d)cos(d a2121 rprpp yy d)cos(d)cos1( )cos(cos6 a30 02 2 1 1 r 理 論 上 只 要 將 py乘 以 軸 承 寬 度 就 可 得 到 油 膜 總 承載 能 力 ， 但 在 實 際 軸 承 中 ， 由 于 油 可 能 從 軸 承 兩 端 泄漏 出 來 ， 考 慮 這 一 影 響 時 ， 壓 力 沿 軸 向 呈 拋 物 線 分 布 。 中 國 地

40、 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制 油 膜 壓 力 沿 軸 向 的 分 布理 論 分 布 曲 線 水 平 直 線 ， 各 處 壓 力 一 樣 ；實 際 分 布 曲 線 拋 物 線且 曲 線 形 狀 與 軸 承 的 寬 徑 比 B/d有 關 。FdD B B/d=1/4/d=1/3B/ /2/d=1 潘 存 云 教 授 研 制 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 2yy 21 BzCpp 油 膜 沿 軸 承 寬 度 上 的 壓 力 分 布 表

41、 達 式 為 py為 無 限 寬 度 軸 承 沿 軸 向單 位 寬 度 上 的 油 膜 壓 力 ；C為 取 決 于 寬 徑 比 和 偏 心率 的 系 數(shù) ; 對 于 有 限 寬 度 軸 承 ， 油 膜 的 總 承 載 能 力 為 p22/2/ y dd1 CBzpF BB 式 中 Cp為 承 載 量 系 數(shù) ， 計 算 很 困 難 ， 工 程 上 可 查 表 確 定 。 dDF y z B 或 vBFBFC 2d 22P 解 釋 這 些 參 數(shù) 的 含 義 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 表 12-7 有 限 寬 度 滑 動 軸 承 的 承 載 量 系 數(shù) Cp

42、0.3 0.4 0.5 0.6 0.65 0.7 0.75 0.80 0.85 0.90 0.925 0.95 0.975 0.99 0.3 0.052 0.0826 0.128 0.203 0.259 0.347 0.475 0.699 1.122 2.074 3.352 5.73 15.15 50.52 0.4 0.0893 0.141 0.216 0.339 0.431 0. 573 0.776 1.079 1.775 3.195 5.055 8.393 21.00 65.26 0.5 0.133 0.209 0.317 0.493 0.622 0. 819 1.098 1.572 2.

43、428 4.261 6.615 10.706 25.62 75.86 0.6 0.182 0.283 0.427 0.655 0.819 1. 070 1.418 2.001 3.036 5.214 7.956 12.64 29.17 83.21 0.6 0.234 0.361 0.538 0.816 1.014 1.312 1.720 2.399 3.580 6.029 9.072 14.14 31.88 88.90 0.7 0.287 0.439 0.647 0.972 1.199 1.538 1.95 2.754 4.053 6.721 9.992 15.37 33.99 92.89 0

44、.8 0.339 0.515 0.754 1.118 1.371 1.745 2.248 3.067 4.459 7.294 10.753 16.37 35.66 96.35 0.9 0.391 0.589 0.853 1.253 1.528 1.929 2.469 3.372 4.808 7.772 11.38 17.18 37.00 98.95 1.0 0.440 0.658 0.947 1.377 1.669 2.097 2.664 3.580 5.106 8.186 11.91 17.86 38.12 101.15 1.1 0.487 0.723 1.033 1.489 1.796 2

45、.247 2.838 3.787 5.364 8.533 12.35 18.43 39.04 102.90 1.2 0. 529 0.784 1.111 1.590 1.912 2.379 2.990 3.968 5.586 8.831 12.73 18.91 39.81 104.42 1.3 0. 610 0.891 1.248 1.763 2.099 2.600 3.242 4.266 5.947 9.304 13.34 19.68 41.07 106.84 1.4 0. 763 1.001 1.483 2.070 2.446 2.981 3.671 4.778 6.54 10.091 1

46、4.34 20.97 43.11 110.79 承 載 量 系 數(shù) Cp相 對 偏 心 率 B/d 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 四 、 最 小 油 膜 厚 度 動 力 潤 滑 軸 承 的 設 計 應 保 證 hminh其 中 h=S(Rz1+Rz2)S 安 全 系 數(shù) ， 常 取 S2。一 般 軸 承 可 取 為 和 ， 或 1.6 m和 。重 要 軸 承 可 取 為 和 ， 或 和 。Rz1、 Rz2 軸 頸 和 軸 承 孔 表 面 粗 糙 度 十 點 高 度 。 考 慮 表 面 幾 何 形 狀 誤 差 和 軸 頸 撓 曲 變 形 等 加 工 方 法 、

47、表 面 粗 糙 度 及 表 面 微 觀 不 平 度 十 點 高 度 Ra加 工方 法表 面 粗 糙度 代 號 研 磨 、 拋 光 、超 精 加 工 等Ra / m 10 6.3 3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05鉆 石 刀 鏜頭 、 鏜 磨鉸 、 精 磨 ，刮 (每 平 方 厘米 35個 點 )精 車 或 精 鏜 ，中 等 磨 光 ，刮 (每 平 方 厘米 1.5個 點 )3.2 1.6 0.8 0.4 0.2 0.1 0.05 0.025 0.012 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 五 、 軸 承 的 熱 平 衡 計 算 熱 平 衡 方

48、程 ： 產 生 的 熱 量 =散 失 的 熱 量 Q=Q1+Q2 其 中 ， 摩 擦 熱 Q=fv W 式 中 q 潤 滑 油 流 量 m3/s； 滑 油 密 度 kg/m3；c 潤 滑 油 的 比 熱 容 ， J/(kg )；ti 油 出 口 溫 度 ；to 油 入 口 溫 度 ；3 表 面 傳 熱 系 數(shù) W/(m2 )?；?油 帶 走 的 熱 Q1 = qc(to-ti) W軸 承 散 發(fā) 的 熱 Q2 =3dB (to-ti) W 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 溫 升 公 式 vvBdqc pfttt 310 vBdq其 中

49、 潤 滑 油 流 量 系 數(shù) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04q vBd =0.4Bd 1.3 2.0 1.5 1.0 0.8 0.7 0.6 0.5 0.9 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 摩 擦 系 數(shù) 55.0 pf系 數(shù) 與 寬 徑 比 有 關 ， 若 B/d 35 40 時 ， 表 明 軸 承 承 載 能 力 有 冗 余 ，可 采 取 如 下 措 施 ： 增 大 表 面 粗 糙 度 ， 以 降 低 成 本 減 小 間 隙 ， 提 高 旋 轉

50、精 度 加 寬 軸 承 ， 充 分 利 用 軸 承 的 承 載 能 力 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 當 t1 35 40 時 ， 表 明 軸 承 的 承 載 能 力 不 足 ，可 采 取 如 下 措 施 ： 加 散 熱 片 ， 以 增 大 散 熱 面 積 在 保 證 承 載 能 力 的 不 下 降 的 條 件 下 ， 適 當 增 大 軸 承 間 隙 提 高 軸 和 軸 承 的 加 工 精 度 油 泵 冷卻器冷 卻水風 冷 增 加 冷 卻 裝 置 加 風 扇 、 冷 卻 水 管 、 循 環(huán) 油 冷 卻 中

51、國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 六 、 軸 承 參 數(shù) 的 選 擇 取 值 范 圍 ： B/d=0.31.5 影 響 效 果 ： B/d小 ， 有 利 于 提 高 穩(wěn) 定 性 ， 增 大 端 排 泄量 以 降 低 溫 度 ； B/d大 ， 增 大 軸 承 的 承 載 能 力 。0.61.5 電 動 機 、 發(fā) 電 機 、 離 心 機 、 齒 輪 變 速 器 ; 寬 徑 比 B/d 應 用 : B/d= 0.31.0 汽 輪 機 、 鼓 風 機 ; 0.81.2 機 車 、 拖 拉 機 ; 0.60.9 軋 鋼 機 。 相 對 間 隙 影 響 因 素 ： 載 荷 和

52、速 度 ， 軸 徑 尺 寸 ， 寬 度 /直 徑 ， 調 心 能 力 ， 加 工 精 度 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 選 取 原 則 ： （ 1） 速 度 高 ， 取 大 值 ； 載 荷 小 ， 取 小 值 ； （ 2） 直 徑 大 ， 寬 徑 比 小 ， 調 心 性 能 好 ， 加 工 精 度 高 ， 取 小 值 ； 反 之 ， 取 大 值 。應 用 = 汽 輪 機 、 電 動 機 、 發(fā) 電 機 、 齒 輪 變 速 器 軋 鋼 機 鐵 路 機 車 輛機 床 、 內 燃 機 鼓 風 機 、 離 心 機一 般 軸 承 ， 按 如 下 經 驗 公 式 計

53、算 9/31 9/410 )60/(n 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潤 滑 油 粘 度 6/7 3/110 )60/( n 對 承 載 能 力 ， 功 耗 、 溫 升 都 有 影 響 根 據 平 均 溫 度 tm = (ti + to )/2 決 定 潤 滑 油 粘 度 設 計 時 假 設 ， tm=50 75 ， 計 算 所 得 應 在 ti= 35 40 初 始 計 算 時 ， 可 取 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 七 、 液 體 動 力 潤 滑 徑 向 滑 動 軸 承 的 設 計 過 程 已 知 條 件 ： 外 加 徑

54、 向 載 荷 F(N)， 軸 頸 轉 速 n(r/min) 及 軸 頸 直 徑 d(mm)。 設 計 及 驗 算 （ 1） 保 證 在 平 均 油 溫 tm下 hmin h 選 擇 軸 承 材 料 ， 驗 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 算 承 載 量 系 數(shù) (C p)并 查 表 確 定 偏 心 率 ()。 計 算 最 小 油 膜 厚 度 (hmin)和 許 用 油 膜 厚 度 (h)。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 （ 3） 極 限 工 作 能 力 校 核

55、 根 據 直 徑 間 隙 ()， 選 擇 配 合 。 根 據 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 。（ 4） 繪 制 軸 承 零 件 圖 （ 2） 驗 算 溫 升 計 算 軸 承 與 軸 頸 的 摩 擦 系 數(shù) ( f )。 計 算 軸 承 溫 升 (t )和 潤 滑 油 入 口 平 均 溫 度 ( ti )。 根 據 寬 徑 比 ( B/d)和 偏 心 率 ()查 取 潤 滑 油 流 量 系 數(shù) 。 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 12-8 其 它 形 式 滑

56、 動 軸 承 簡 介一 、 無 潤 滑 軸 承 又 稱 干 摩 擦 軸 承 無 潤 滑 軸 承 工 作 時 外 界 不 提 供 潤 滑 劑 。 自 潤 滑 軸 承 軸 承 材 料 本 身 就 是 固 體 潤 滑 劑 ， 或 軸 瓦 內 含 有 潤 滑 劑 。 軸 承 材 料 及 軸 徑 材 料 軸 承 材 料 為 降 低 磨 損 ， 常 用 工 程 塑 料 和 碳 石 墨 ；軸 徑 材 料 為 防 止 銹 蝕 或 降 低 摩 擦 系 數(shù) ， 常 用 不 銹 鋼 、 碳 鋼 鍍 硬 鉻 ， 使 軸 承 和 軸 徑 兩 者 表 面 硬 度 差 加 大 。 軸 承 材 料 輻 射 真 空 水 油 磨

57、 粒 耐 酸 、 堿 有 填 料 熱 性 塑 料 少 數(shù) 可 用 通 常 好 通 常 差有 填 料 尚 好 很 好 很 差 大 多 數(shù) 可 用 ，避 免 用 石 墨作 填 充 物 通 常 差 ， 注意 配 合 表 面的 粗 糙 度 尚 好 或 好很 好部 分 好一 般尚 好通 常 好有 填 料 部 分 可 用 好 部 分 尚 好 碳 -石 墨 很 好 很 好 極 差 尚 好 或 好 好 不 好 好 (除 強 酸 外 )很 好 、 不要 加 塑 料高 溫 200 低 溫-50 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 （ 2） 軸 瓦 厚 度 對 于 完 全 塑 料 的 軸

58、 瓦 ， =d/(1220), 以 金 屬 軸 瓦 作 瓦 背 時 ， 可 適 當 減 薄 。 （ 4） 表 面 粗 糙 度 Ram 。 軸 承 承 載 能 力 失 效 形 式 主 要 是 磨 損 ， 設 計 條 件 是 ： p p 以 及 pv pv（ 3） 直 徑 間 隙 d ， 且 不 小 于 0.1 mm 。 主 要 設 計 參 數(shù) （ 1） 寬 徑 比 ： B/d=0.351.5 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制 將 軸 瓦 內 孔 做 成 特 殊 形 狀 ， 以 產 生 多 個 動 壓 油 膜 ，提

59、 高 軸 承 的 工 作 穩(wěn) 定 性 和 旋 轉 精 度 。 橢 圓 軸 承 特 點 ： 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 三 油 楔 軸 承特 點 ： 形 成 三 個 動 壓 油 膜 ， 提 高 了 旋 轉 精 度 和 穩(wěn) 定 性 。摩 擦 損 耗 加 大 、 承 載 能 力 降 低 ， 制 造 困 難 。 固 定 式 可 傾 式O1 O3O2O1O2 制 造 時 兩 半 之 間 加 墊 片 ， 鏜 出 圓 孔 ， 使 用 時 拆 去 墊 片 即 可 。 潘 存 云

60、教 授 研 制 二 、 多 油 楔 軸 承 F F 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 潘 存 云 教 授 研 制 潘 存 云 教 授 研 制潘 存 云 教 授 研 制節(jié)流器 節(jié) 流 器D 三 、 液 體 靜 壓 軸 承 工 作 原 理 ： 依 靠 供油 裝 置 ， 將 高 壓 油壓 入 軸 承 間 隙 中 ，強 制 形 成 油 膜 。特 點 ： 靜 壓 軸 承載 任 何 工 況 下 都能 勝 任 工 作 。 d0 d 0常 用 節(jié) 流 器關 鍵 器 件 ：節(jié) 流 器節(jié) 流 器 作 用 ： 根 據 外 載 荷的 變 化 自 動 調 節(jié) 各 油 腔 內的 壓 力 。

61、油 臺 起 密 封 作 用 中 國 地 質 大 學 專 用 作 者 ： 潘 存 云 教 授 四 、 空 氣 軸 承 空 氣 也 是 一 種 流 體 潤 滑 劑 ， 其 粘 度 只 有 L-AN7潤滑 油 的 1/4000， 摩 擦 力 小 到 可 忽 略 不 計 ， 因 此 可 用于 數(shù) 十 萬 轉 的 超 高 速 軸 承 。 空 氣 軸 承 的 工 作 原 理 與 液 體 潤 滑 軸 承 本 質 上 是 一樣 。 分 靜 壓 和 動 壓 兩 種 。氣 膜 厚 度 20 m 制 造 精 度 高 嚴 格 過 濾 優(yōu) 點 : (1)不 隨 溫 度 變 化 ， 可 用 于 高 溫 或 低 溫 ；(2)沒 有 油 污 染 的 危 險 ； (3)回 轉 精 度 高 ， 運 行 噪 音 低 。 缺 點 ： 承 載 能 力 不 大 ， 密 封 困 難 。