机械行业设计及滑动轴承管理分析

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1、一.轴承功用滑动轴承滚动轴承 :支承轴及轴上零件,并保证旋转精度；减少轴与支承间的摩擦与磨损。向心轴承推力轴承二.轴承的分类：FaFrFA2FA1FR1FR2按摩擦性质按摩擦性质按载荷的方向按载荷的方向主要承受径向载荷F （与轴心线垂直）主要承受轴向载荷FA (与轴心线一致)FR1FR2FA2FA1前前 言言15-1 摩擦状态 1.干摩擦2.边界摩擦3.液体摩擦4.混合摩擦 两摩擦面间无任何润滑剂固体表面直接接触摩擦、磨损大强烈温升不允许 两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜隔 开的摩擦0.10.3 两摩擦面完全由液体隔开的摩擦理想0.0010.01干、边界、液体摩擦并存实际非液体摩擦15-2 滑动

2、轴承的结构 p.238(一)向心滑动轴承主要承受径向载荷FR 1.整体式整体式 轴承座、轴瓦(轴套)2.剖分式剖分式 轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦(两边)、螺栓连接件。实心、空心、单环、多环式。在止推轴承上开出若干楔形扇形面 固定式 可倾式(二)推力轴承主要承受轴向载荷FA(Fa)轴的端面或凸肩(推力圆盘)可形成动压润滑图15-83.轴瓦定位配合4.必要时开油室5.轴瓦(三)对轴瓦结构的要求：1.剖分式轴瓦 2.轴承应开油孔、油沟 (供应输送,分布)承载区 非承载区油沟开在轴瓦内表面油沟开在轴瓦内表面以油以油口为中心纵向、斜向或横向口为中心纵向、斜向或横向润滑油应由非承载区引入润滑油应由非承载区

3、引入保证良好润滑 不降低油膜承载力o35o35油沟形式油沟形式贮油和稳定供油贮油和稳定供油油沟与轴瓦端面保持一定距离，防止漏油油沟与轴瓦端面保持一定距离，防止漏油宽径比：宽径比：轴瓦宽度与轴颈直径之比轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d 液体摩擦滑动轴承：液体摩擦滑动轴承：B/d=0.5-1；非液体摩擦的滑动轴承：非液体摩擦的滑动轴承：B/d=0.8-1.515-3 轴瓦及轴承衬材料 摩擦系数小，抗胶合性能好，对油的吸附性强，耐蚀性好，易跑合，常用于高速、重载价格贵、机械强度差轴承衬轴承衬1.锡锑轴承和金一.轴承合金(白合金、巴氏合金)材料具有的性能 1）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；3）耐

4、磨、耐蚀、抗胶合能力强；4）足够的机械强度和可塑性两层不同金属（浇铸或压合）做成轴瓦轴承衬2.铅锑轴承和金较脆，中速、中载轴承较脆，中速、中载轴承灰铸铁、耐磨铸铁粉未治金（含油轴承、陶质金属）轻载、低速铁（铜）粉石墨压型烧结；多孔性组织，空隙内可储存润滑油强度高、承载能力大，耐磨性和导热性都优于轴承合金，可在较高温度下工作，但可塑性差，不宜跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。二.青铜三.具有特殊性能的轴承材料：塑料、橡胶15-4 润滑剂和润滑装置 p.242润液体润滑剂：润滑油润滑油滑半固体润滑剂：润滑脂润滑脂剂固体润滑剂固体润滑剂石墨、oS2、聚四氟乙稀一.润滑目的：摩擦功耗磨损,冷却、吸振、防锈

5、粘度粘度液体流动的内摩擦性能内部剪应力二.润滑油：润滑效果好，具冷却、清洗作用。供油、密封麻烦。温度粘度（粘温图）。1.主要性能指标主要性能指标:2.特点特点:压力粘度，变化极微，可忽略。3.润滑方法润滑方法:间歇润滑:油孔、油杯连续润滑:油杯、油环、飞溅、压力动力粘度 PaS(Ns/m2)(国际)(15-1)运动粘度(m2/s)润滑油作层流流动时,各油层间的剪应力与速度梯度成正比。4.牛顿粘性定律牛顿粘性定律液体密度 (kg/m3)沿 y 坐标各油层速度呈线性分布剪切流。dydu三.润滑脂:特点特点:润滑油+稠化剂(金属皂 氢氧化物+硬脂酸)不易流失，易密封、不需经常添加对速度和载荷的变化有

6、较大的适应范围，受温度影响不大；但摩擦磨损大，效率低，不宜于高速，易变质四.固体润滑剂:石墨、二硫化钼、聚氟乙烯树脂润滑油不能用场合，如高温或低速重载液体液体润滑滑动轴承非液体非液体润滑滑动轴承(一)失效形式及设计准则:磨损间隙运动精度耗功温度粘度润滑恶化烧瓦、胶合维持边界油膜不遭破裂1.主要失效形式:2.设计准则:在润滑剂中加少量石墨或MOS2边界油膜较坚韧15-5非液体摩擦滑动轴承的计算 pp pVpV(二)设计计算：一.向心轴承：pBdFpRpVdnBdFpVR601000Mpa m/S (15-4)2.验算验算p值值Mpa (15-3)1.轴承压强轴承压强(p)验算验算 油不被过大压力

7、挤出不产生 过大磨损限制温升防止油膜破裂防止胶合维持边界油膜不遭破裂二.推力轴承FR径向载荷N ；B轴承寛度mm；d轴颈直径mm ；n轴颈转速r/min；p，pV 许用应力Mpa ,Mpam/S 查表(15-1)p.257d2二.推力轴承：1.轴承压强验算轴承压强验算:pddzFpA)(42122pvpvm d2、d1环状支承面的外、内径mm Z轴环数2.验算值验算值:Mpa (15-6)Mpa m/S (15-7)Vm 支承面平均半径的圆周速度 m/s100060ndVmm221dddmp,pV 许用应力Mpa,Mpam/S 多环推力轴承，表中值减小20%40%二.形成动压润滑的必要条件三.

8、向心滑动轴承形成动压润滑的过程四.液体动压润滑的基本方程15-6 动压润滑基本原理一.动压润滑形成原理 液体润滑是轴瓦与轴颈间存在一定厚度的润滑油膜两摩擦面不直接接触形成液体润滑(静、动压)。F(两板间液体)层流 流量相等 油膜无承载能力1.两平行板间不能形 成动压润滑楔形间隙楔形间隙相对运动相对运动(由大由大小小)连续流体连续流体当两 板 间 两端速度若按虚线三角形带入油量带出油量间隙内油压油膜具承载力流体由中向两端流动压力流。2.两板相互倾斜两板相互倾斜:压力油膜压力油膜起始起始于入口处，终止终止于最小油膜厚度处。进口流速进口流速凹形凹形出口流速出口流速凸形凸形二.形成动压润滑的必要条件:

9、1.有楔形间隙有楔形间隙2.连续充满粘性流体连续充满粘性流体3.有相对运动有相对运动(由大截面由大截面小截面小截面)两工作平面间必须 hminen=0,形成形成弯曲的楔弯曲的楔形空间形空间轴瓦对轴颈摩擦力轴瓦对轴颈摩擦力轴颈向右滚动而轴颈向右滚动而偏移偏移开始形成动压开始形成动压润滑润滑，轴颈受轴颈受力向左移动力向左移动形成动压润滑形成动压润滑，并稳定运转，并稳定运转三.向心滑动轴承形成动压润滑的过程：2.公式的建立:四.液体动压润滑的基本方程1.基本方程建立的假设:1)Z向无限长,润滑油在Z向没有流动2)压力p不随y值的大小而变化,即同一油膜截面上压力为常数3)润滑油的粘度不随压 力而变化,

10、并且忽略油 层的重力和惯性4)润滑油处于层流状态。1)油层的速度分布2)润滑油流量3)液体动压润滑的基本方程2.公式的建立:AB板间形成动压润滑板间形成动压润滑取一微单元体(dx,dy,dz)它承受油压p、内摩擦切应力 根据平衡条件,沿x方向:由牛顿粘性定律xyzpp+dp+d 0)()(dxdzdydzdppdxdzddydzpdyddxdpdydu(15-8)22dyuddxdp沿沿x方向单位压力变化率方向单位压力变化率=沿沿y方向切应力变化率。方向切应力变化率。油膜压力变化率与速度梯度的导数有关。油膜压力变化率与速度梯度的导数有关。1)油层的速度分布:(式15-7对y积分)21221Cy

11、Cydxdpu当y=0,u=v当y=h,u=0vhhyhyydxdpu)(21222dyuddxdp(15-8)油层速度由两部分组成油层速度由两部分组成(后)呈线性分布剪切流(前)呈抛物线分布压力流(油压沿x方向变化)由边界条件:(15-9)2)润滑油流量:流体连续原理流体连续原理 流过不同截面的流量相等。212130hvhdxdpudyqhx油压最大处,速度呈线性分布3)液体动压润滑的基本方程 (一维雷诺方程):021vhqx306hhhvdxdp(15-10)h=h0 dp/dx=0 油压最大15-7 向心动压轴承的几何关系和承载量的计算dD2rde)1()1(minreh直径间隙半径间隙

12、相对间隙偏心率最小油膜厚度)cos1()cos1(rh任意极角油膜厚度油膜压力最大处的油膜厚度)cos1(00h一.向心动压轴承的几何系数302)cos1()cos(cos6wddpPCdBF21302)cos1()cos(cos6dwp306hhhvdxdp(15-10)承载量系数二.最小油膜厚度)1()1(minreh 其他条件不变，hmin越小，则偏心率越大，Cp也越大，轴承承载能力也愈大。但受粗糙度、轴刚度、几何形状误差等影响，油膜厚度不能无限减小，需要加以限制。)1(minhrh)(21RzRzShRz1、Rz2：轴颈、轴瓦孔表面微观不平度的十点平均高度S：安全系数，常取2。15-8

13、 液体动压多油楔轴承与静压轴承简介在多油楔滑动轴承中，轴瓦的内孔制成特殊形状，目的是在工作中产生多个油楔，形成多个动压油膜，借以提高轴承的工作稳定性加旋转精度。椭圆轴承，它的项隙和侧隙之比常制成1：2，减小了顶隙而扩大了侧隙。顶隙减小，在顶部也可形成动压油膜；侧隙扩大，增加端泄油量，降低轴承温升。工作时，椭圆轴承中形成上下两个动压油膜，有助于提高稳定性。但其摩擦损耗将会有所增加，而且供油量增大，承载量降低。(b)固定式三油楔轴承。形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性，但承载量为三个油楔中的油膜力的向量和，比单油楔圆轴承低；其摩擦损耗为三个油楔中的损耗之和，较单油楔轴承损耗大。固定式三油楔轴

14、承只允许轴颈沿一个固定的方向回转。(c)可倾式多油楔轴承。通常采用三片轴瓦，也有四片、五片轴瓦的。轴瓦由带球端的螺钉支承着。单向回转时，支点不安置在正中而偏向一侧(见图示0.41L)，随着运转条件的改变能自行倾斜，以保证时时处于最佳工作状态下运转，这正是可倾式优于固定式之处。此外，可倾式多油楔轴承还具有较好的抗振性能、旋转精度和稳定性，但制造、调试都较费事。静压轴承与空气轴承简介u静压轴承是依靠给油装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承对高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。u在启

15、动、停止和正常运转时期内，轴与轴承之间均无直接接触，理论上轴瓦没有磨损，轴承寿命长，可以长时期保持精度。而且正由于任何时期内轴承间隙中均有一层压力油膜，故对轴和轴瓦的制造精度可适当降低，对轴瓦的材料要求也较低。应用节流器能随外载荷的变化而自动调节各油腔内的压力，节流器选择得恰当，可使主轴的位移e达到最小值。节流器是静压轴承中的关键部分。常用的节流器有小孔节流器(图15-21)和毛细管节流器等。空气轴承v空气是一种取之不尽的流体，而且粘性小，它的粘度为LAN7全损耗系统用油的1/4000，所以利用空气作为润滑剂，可以解决每分钟数十万转的超高速轴承的温升问题。气体润滑在本质上与液体润滑一样，也有静

16、压式和动压式两类。它形成的动压气膜厚度很薄，最大不超过20m，故对于空气轴承制造要求十分精确，而且空气需经严格过滤。空气的粘度很少受温度的影响，因此有可能在低温及高温中应用。缺点：承载量不能太大和密封较困难。它常用于高速磨头、陀螺仪、医疗设备等方面。小结:1.轴承功用及分类 2.滑动轴承的材料 3.摩擦状态分类；滑动轴承(按润滑方式)的分类4.失效形式、设计准则、设计计算方法5.润滑目的,润滑剂,粘度6.动压润滑形成的必要条件;向心滑动轴承形成动压润滑的过程。1.轴承功用;轴承的分类(摩擦性质,载荷方向)剖分式轴瓦的剖分面润滑油供应(输送,分布)润滑油应由 引入轴承合金(白合金、巴氏合金)2.摩擦状态分类；滑动轴承(按润滑方式)的分类3.对轴瓦结构的要求:(载荷)应开油孔、油沟4.滑动轴承的材料轴承衬非承载区