滑动轴承-机械设计第八版(高等教育出版社)演示课件

§13-1 概述,§13-2 滑动轴承的结构,§13-3 滑动轴承的失效形式及材料,§13-4 滑动轴承的润滑,§13-5 滑动轴承的条件性计算,§13-6 液体动力润滑径向轴承的计算,§13-7 其它滑动轴承简介,第十三章 滑动轴承,主讲：胡昌军,§13-2 概述1,§13-1 概 述,轴承的作用是支承轴。,1具有一定的强度和刚度。,2具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。,3保证轴的回转精度。,一、轴承应满足如下基本要求：,二、滑动轴承的分类,按受载方向不同，分为：,按润滑状态不同，分为：,承受径向力,承受轴向力,概述2,概 述,三、滑动轴承的特点,高速、高精度、重载的场合；如汽轮发电机、水轮发电机、机床等。,极大型的、极微型的、极简单的场合；如自动化办公设备等。,4受冲击与振动载荷的场合；如轧钢机。,3结构上要求剖分的场合；如曲轴轴承,四、滑动轴承的应用场合,1承载能力大，耐冲击；,2工作平稳，噪音低；,3结构简单，径向尺寸小。,§13-2 滑动轴承的结构1,§13-2 滑动轴承的结构,一、径向滑动轴承的结构,整体式径向滑动轴承,特点：结构简单，成本低廉。,应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,磨损后轴颈与轴承孔之间的间隙无法调整；只能沿轴向装拆。,常用的滑动轴承已经标准化，可根据使用要求从有关手册中合理选用。,（图131，图132）,滑动轴承的结构2,滑动轴承的结构,剖分式（对开式）径向滑动轴承,特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。,对开式轴承(剖分轴套),（图133，图134）,注：剖分面的垂线与径向力的夹角不得大于35°，否则，采用45°倾斜 剖分式，（图134） 。,应用比较广泛。,滑动轴承的结构,滑动轴承的结构3,滑动轴承的结构4,3调隙式径向滑动轴承,（图135）,特点：便于调整间隙，但结构复杂。,4调心式径向滑动轴承,（图137）,特点：轴瓦能自动调整位置，以适 应轴的偏斜。,注：调心式轴承必须成对使用。,当轴倾斜时，可保证轴颈与轴承配合表面接触良好，从而避免产生偏载。,主要用于轴的刚度较小，轴承宽度较大的场合。,滑动轴承的结构,滑动轴承的结构5,二、止推滑动轴承的结构,止推滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：, 环形轴端：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式好。, 单止推环式：利用轴颈的环形端面作为止推面，结构简单，润滑方便， 可承受双向轴向载荷。广泛用于低速、轻载的场合。, 多止推环式：承载能力大，可承受双向轴向载荷。但各环间载荷分布 不均匀。,环形轴端,单止推环式,多止推环式,（图138，图139）,止推滑动表面的基本尺寸，见表131。,滑动轴承的结构,滑动轴承的结构,图138,图139,滑动轴承的结构6,滑动轴承的轴瓦结构1,三、轴瓦的形式和结构,不便于装拆，可修复性差。,安装和拆卸方便，可修复。,如黄铜，灰铸铁等制成的轴瓦。,以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体，在其表面浇铸一层或两层很薄的减摩材料（称为轴承衬）。,轴承衬的厚度很小，通常不超过 6 mm。,滑动轴承的结构,（图1310）,（图1311）,滑动轴承的结构,单材料、整体式厚壁铸造轴瓦,多材料、整体式、薄壁轧制轴瓦,多材料、对开式厚壁铸造轴瓦,多材料、对开式薄壁轧制轴瓦,虚拟现实中的轴瓦,滑动轴承的轴瓦结构2,滑动轴承的轴瓦结构3,轴瓦的定位, 目的：防止轴瓦沿轴向和周向移动。,（也可做轴向定位）,滑动轴承的结构,滑动轴承的轴瓦结构4,为把润滑油导入轴承的工作面，在轴瓦上开设：,还起储油和稳定供油的作用，用于大型轴承。,滑动轴承的结构,（见图1314）,双斜向油槽（用于混合润滑轴承）,滑动轴承的结构,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）, 原则：,2）对液体动压润滑轴承，油槽应开在非承载区。（见图1313）,1）油槽沿轴向不能开通，以防止润滑油从端部大量流失。,3）对混合润滑轴承，油槽应尽量延伸到最大压力区附近。,滑动轴承的轴瓦结构5,§13-3 滑动轴承的失效形式和材料,汽车用滑动轴承故障原因的平均比率,一、滑动轴承常见失效形式,还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。,§13-3 滑动轴承的失效形式及材料,滑动轴承的材料1,滑动轴承的材料,二、滑动轴承的材料,轴承材料是指轴瓦和轴承衬的材料。,1）减摩性、耐磨性、耐蚀性要好；,2）抗胶合能力强，导热性、散热性好；, 顺应性：材料通过表层的弹、塑性变形来补偿轴承滑动表面接触不良 的能力。, 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面的刮伤和磨粒 磨损的性能。, 磨合性：轴瓦与轴颈表面应易于磨合，从而改善摩擦面的接触状况。,1. 对轴承材料性能的要求：,3）具有足够的强度，主要包括疲劳强度和抗压强度；,4）具有良好的适应性，主要包括：,2. 常用材料： （见表133）,滑动轴承的材料2,§13-4 滑动轴承的润滑,§13-4 滑动轴承的润滑,一、润滑材料, 特点： 无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。, 适用场合 ：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。,1. 润滑油, 特点： 有良好的流动性，可形成动压、静压润滑或边界润滑。, 适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。, 选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,润滑油牌号表,2. 润滑脂,参照表134或表135选择润滑油。,参照表136选择润滑脂。,润滑2,1） 固体润滑剂, 用于有特殊要求的场合，如要求环境清洁、真空或高温等。,常用的有：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。, 使用方法：1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；,润滑脂的 选择原则：）当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的润滑脂。,）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,润滑脂牌号表,可根据轴承的压强、圆周速度和工作温度选择润滑脂， 见表146。,3. 其它润滑材料,3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。,2）或调配到润滑油和润滑脂中使用；,滑动轴承的润滑,润滑3,2） 水,主要用于橡胶轴承或塑料轴承。,3） 固体润滑剂,如：汞、液态钠、钾、锂等，主要用于宇航器中的某些轴承。,4） 气体,主要是空气，只适用于轻载、高速轴承。,二、润滑方法,是指将润滑剂送入轴承的方法，主要有：,（见表137 和图1315）,可根据系数 K 查表138选择润滑方法。,（ p = F / Bd轴承的压强（MPa）,滑动轴承的润滑,图1315,滑动轴承的润滑,润滑4,§13-5 滑动轴承的条件性计算1,§13-5 滑动轴承的条件性计算, 速度低、载荷大、有冲击或间歇运转的滑动轴承；以及脂润滑、油绳润 滑及滴油润滑的轴承，工作中处于边界润滑或混合润滑状态。, 计算目的：保护边界膜不破裂。, 计算内容： 限制压强 p 、p 值、滑动速度 不超过许用值, 对于边界膜的强度，目前尚无完善的计算方法，常进行条件性计算。,一、径向滑动轴承的计算,已知条件：径向载荷F (N)、 轴颈转速n (r/mm)、 轴颈直径d (mm),限制轴承的平均压强 p,式中：B轴承宽度（ mm ） ； p轴瓦材料的许用平均压强（MPa），查表133。,滑动轴承的条件性计算2,限制轴承的 值,式中： 轴颈的圆周速度（m/s），,验算滑动速度 (m/s),式中： 材料的许用滑动速度，见表133 。,注：轴承孔与轴颈的配合一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,p、v、 pv 的选择,p 轴承材料的许用值（MPa·m/s），见表133。,滑动轴承的条件性计算,滑动轴承的条件性计算3,二、止推滑动轴承的计算,限制平均压强 p,止推滑动轴承的设计计算,式中：d2、d0止推轴承环形接触面的外径和内径。,考虑油槽使承载面积减小的系数，其值0.850.95。,Z止推环数。,滑动轴承的条件性计算,滑动轴承的条件性计算4,注意：设计时液体动压润滑轴承，常按上述条件性计算进行初步计算。 （动压润滑轴承在起动和停车阶段，往往也处于混合润滑状态）,2限制 值,式中： 止推环平均直径 （ ）处的圆周速度。,p ,滑动轴承的条件性计算,形成流体动压润滑的条件,形成流体动压润滑的条件：,§13-6 液体动力润滑径向轴承的计算,§13-6 液体动力润滑径向轴承的计算,径向滑动轴承能满足形成流体动力润滑的条件。,一、径向滑动轴承形成动压油膜的过程,演示,起动阶段, F 方向上的液体压力与 F 相平衡，垂直于F 的方向上液体压力合力为零。,轴的转速越高，则 e 越小。,e0 ？,径向滑动轴承获得流体润滑主要有两种方法：,流体动力润滑,流体静压润滑,反向时，O的位置？,液体动力润滑径向滑动轴承的计算2,（用 和 e 表示轴颈的平衡位置）,（hlim与、 和 F 等有关）,液体动力润滑径向轴承的计算,二、液体动力润滑径向轴承的计算,pmax,B,轴颈直径 d ；,轴承直径 D ；,直径间隙 D d ；,半径间隙 R r, / 2,偏心率 e / ；,相对间隙 / r, / d ；,偏位角 ；,最小油膜厚度：hmin= e,1. 几何关系,轴瓦包角 ：轴瓦完整表面所对的中心角；, r (1 ),液体动力润滑径向滑动轴承的计算3,液体动力润滑径向轴承的计算,2. 承载量系数 CF,如前页图所示，在外载荷 F 作用下，径向滑动轴承形成稳定的动压油膜后，油压沿轴向近似抛物线分布。,根据雷诺方程，利用三重积分可以计算整个动压油膜在外载荷 F 方向上产生的合力。,该合力与 F 相平衡。,即：, F,CF 称为承载量系数，量纲为1，见表139。,（13 13 ）,(详细说明),式中： 油在平均温度下的粘度，N·s/m2。,分析：,CF 一定时，,B,液体动力润滑径向滑动轴承的计算4,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,计算思路：1) 已知 F、B、 时，计算求得 CF。 2) 根据 CF 由承载量系数表查取偏心率。3) 计算最小油膜厚度 hmin= r(1-)。,液体动力润滑径向轴承的计算,则,（13 14 ）,式中： 为轴颈的圆周速度。,为什么计算 hmin？,3. 保证实现液体润滑的（判定）条件,在其他条件不变的情况下，外载荷 F ，动压润滑轴承的 hmin ，轴承、轴颈表面的微观凸峰可能直接接触，而不能实现液体润滑。,要想实现液体润滑，应满足如下条件：,hmin S ( Rz1 + Rz2 ),Rz1、Rz2 为轴颈、轴承孔表面粗糙度十点高度。（参见）,S安全系数，通常 S 2。,液体动力润滑径向滑动轴承的计算5,液体动力润滑径向轴承的计算,4. 热平衡计算,为了控制润滑油的温升，需进行热平衡计算。,热平衡条件为：,摩擦生热量润滑油带走的热量轴承散发的热量,式中：摩擦因数；,cp润滑油的比定压热容，一般为16802100 J/(kg.K),qv润滑油的体积流量（m3/s）。,t出油平均温度 t2 与进油温度 t1 之差（）；,润滑油的密度，一般为850900 （kgm3）。,由于轴承散发的热量难以严格计算，通常，工程上按轴承散发20的热量进行计算，则,（13 16 ）,液体动力润滑径向滑动轴承的计算6,其中：,Cq流量系数，与 B/d 和 有关，见表1310。,C摩擦特性系数，与 B/d 和 有关，见表1311。,将两式代入式（1416）得：,温升,（13 17 ）,注：一般按润滑油平均温度时的粘度，计算轴承的承载能力。,平均温度 tmt1+t2,75,计算时，通常取 t1= 3545 。,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算7,5. 参数选择,1）宽径比 B/d,一般 B/d0.51.5，见表1312。,宽度小，压强p，运转平稳性好，端泄流量，温升。,但承载能力。,B/d,2）相对间隙 ,承载能力，回转精度；,但端泄流量，温升。,如间隙过小，反而使hmin， 难以形成液体润滑。,通常,（ 的取值见 P315）,（13 20 ）,速度高时，取大值；,载荷大时，取小值；,B/d 小，加工精度高时，取小值；反之，取大值。, 的取值原则：,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算8,6. 制造公差及表面粗造度,一般轴承可取为 3.2 m 和 6.3 m，或 1.6 m 和 3.2 m。,重要轴承可取为 0.8 m 和 1.6 m，或 0.2m 和 0.4 m。,通常，对于轴颈表面取Rz12.5m，对于轴瓦表面Rz25m。,若按标准公差加工轴颈和轴瓦孔的表面，轴承承载能力的偏差将很大。,3）平均压强 p,p,轴向尺寸小，运转平稳性好。,使hmin，不易形成液体润滑。,（ p的取值见 P300）,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算9,五、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程,已知条件：外加径向载荷F(N)，轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。,设计及验算：, 保证在平均油温 tm下 hmin h, 验算温升, 选择轴承材料，验算 p、v、pv。, 选择轴承参数，如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油() 。, 计算承载量系数( CF )并查表确定偏心率()。, 计算最小油膜厚度(hmin)并判定是否能实现液体润滑。, 计算轴承与轴颈的摩擦系数( f )。, 计算轴承温升(t )和润滑油出油平均温度( t2)。, 根据宽径比( B/d)和偏心率()查取润滑油流量系数 。,详细过程,液体动力润滑径向轴承的计算,液体动力润滑径向滑动轴承的计算10, 极限工作能力校核, 根据直径间隙()，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。, 根据最大间隙(max)和最小间隙(min) ，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。, 绘制轴承零件图,液体动力润滑径向轴承的计算,其它形式滑动轴承简介1,其它形式滑动轴承简介,一、无润滑轴承和自润滑轴承, 无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。, 自润滑轴承：当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中 含有润滑介质，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,二、多油楔滑动轴承,固定轴瓦多油楔轴承,可倾轴瓦多油楔轴承,详细说明,详细说明,其它形式滑动轴承简介2,其它形式滑动轴承简介,三、液体静压轴承,原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜， 以隔开摩擦表面。,特点： 在任何转速和预定载荷下轴承均处于液体润滑状态； 轴颈与轴承不直接接触，轴承对材料要求低，寿命长； 油膜刚性大，有良好的吸振性，运转平稳； 需要一套供油设备。,四、气体润滑轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。,分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。,详细说明,特点：高转速(n > 100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。,应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。,