多功能转子轴承系统实验台椭圆轴承结构设计【说明书+CAD】
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湖 南 科 技 大 学毕 业 设 计( 论 文 )题 目多功能转子轴承系统实验台椭圆轴承结构设计作者戴宇学院机电工程学院专业机械设计制造及其自动化学号1103010220指导教师宾光富 二一五 年 五 月 二十七 日湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)指导人评语指导人: (签名)年 月 日 指导人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)评阅人评语评阅人: (签名)年 月 日 评阅人评定成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)答辩记录日期: 学生: 学号: 班级: 题目: 提交毕业设计(论文)答辩委员会下列材料:1 设计(论文)说明书共页2 设计(论文)图 纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计(论文)答辩委员会评语:答辩委员会主任: (签名)委员: (签名)(签名)(签名)(签名) 答辩成绩: 总评成绩: 湖 南 科 技 大 学毕业设计(论文)任务书 机电工程学 院 机械制造 系(教研室)系(教研室)主任: (签名) 年 月 日学生姓名: 戴 宇 学号: 1103010220 专业: 机械设计制造及其自动化制造1 设计(论文)题目及专题: 多功能转子轴承系统实验台椭圆轴承结构设计 2 学生设计(论文)时间:自 2015 年 02 月 17 日开始至 2015 年 05 月 22 日止3 设计(论文)所用资源和参考资料:(1)机械设计技术资料和椭圆轴承动力学分析文献;(2)椭圆轴承结构图纸;(3)轴承动力学专业分析软件DyRoBeS-BePerf及其说明书。4 设计(论文)应完成的主要内容:(1) 椭圆轴承结构设计,为水平中分式,轴承内径要求分别为50mm,100mm,轴承宽径比为0.7,预负荷为0.5,轴承半径间隙为内径的0.15%;(2)椭圆轴承动力学建模与动力特性系数分析;(3)椭圆轴承瓦块加工工序卡。5 提交设计(论文)形式(设计说明与图纸或论文等)及要求:(1)至少2.5张A0图纸,包括椭圆轴承装配图、轴承座、瓦块等零件图各1张; (2)毕业设计说明书1份,按照湖南科技大学本科生毕业设计(论文)要求与撰写规范进行论文撰写与排版打印,毕业论文说明书内容不少于40页; (3)翻译一篇椭圆轴承动力学分析方面的英文文献(译字不少于1500字,单独装订)。6 发题时间: 2015 年 02 月 01 日 指导教师: 宾光富 (签名) 学 生: (签名)摘 要随着现代化建设步伐的不断前进,工业化的逐步推进,机械的功率越来越高,效率要求越来越高。滑动轴承的需求也越来越大。分析椭圆轴承刚度,阻尼系数与转速的关系以及偏心率最小油膜厚度等与转速的关系,因此开展对转子轴承系统的滑动轴承进行结构设计。开展轴瓦,轴承座的强度校核。分析轴承动力学特性对现代旋转机械轴承结构设计和动力学分析具有参考价值。本毕业设计的是多功能呢过转子轴承系统实验台椭圆轴承结构设计,其中包括轴承装配图;轴承上瓦和下瓦;轴承座等的结构设计。关键词:椭圆轴承 动力学分析 轴瓦 轴承座ABSTRACT Move forward, with the pace of modernization, industrialization gradual, mechanical power is higher and higher, more and more high efficiency requirements. The demand of the sliding bearing is becoming more and more big. Analysis of elliptical bearing stiffness, damping coefficient and the relationship between rotating speed and eccentricity of minimum oil film thickness and the relationship between the rotational speed, thus to carry out the sliding bearing of the rotor bearing system structure design. To carry out the bearing shell, and the intensity of the bearing. Analysis of the bearing dynamic characteristics in modern rotating machinery bearing structure design and dynamic analysis has the reference value. This graduation design is multi-function rotor bearing system test bench elliptical bearing structural design, including the bearing assembly drawing; Bearing on tile and tile; The structural design of bearing seat, etc.i- 44 -湖南科技大学本科生毕业设计(论文)目 录第一章 绪论.1 1.1轴承的基本介绍. .1 1.2轴承的意义、国内外现状.1 1.3椭圆轴承拟解决关键问题.2 1.4设计原始资料.2第二章 轴承材料.3 2.1轴承材料.3 2.2常用金属轴承材料性能表.4 2.3国家标准.6第三章 结构设计与轴瓦工序卡.10 3.1轴瓦结构.10 3.2轴瓦工序卡.12 3.3常用材料及热处理.15 3.4滑动轴承的润滑、装配和刮研.17 3.5加工工件的工艺选择.20 3.6 滑动轴承(轴瓦)的主要障碍.21 3.7加工设备的选择.22第四章 轴承动力学建模与力学分析.30 4.1 动力学软件.30 4.2轴承动力学建模.31 4.3轴承油膜特性分析.37第五章 结论.41参考文献.42致谢.43第1章 绪论1.1轴承的基本介绍1.1.1滑动轴承的慨念根据轴承工作的摩擦性质分:滑动(摩擦)轴承滚动(摩擦)轴承。根据承载方向分:径向轴承推力轴承。根据轴承摩擦状态分:干摩擦:两表面直接接触;边界摩擦:极限状态、边界膜作用;边界摩擦:极限状态、边界膜作用;液体摩擦:两表面完全隔开;非液体摩擦(混合摩擦):部分固体凸峰接触。1.1.2轴承类型 滑动轴承的主要类型:一、整体式,结构简单、 磨损后无法调整轴承 隙,装拆不便。用于:低速、轻载的间歇工作场合,无法用于曲轴。二、剖分式:特点于整体式相反。三、自动调心轴承。1.2轴承的意义、国内外现状1.2.1轴承的意义 椭圆轴承是我国的主要机械设备,以轴承为主的常规化设备我国现在利用比较广泛的。限于我国现在的发展状况以及科技水平,以轴承为主的机械设备在未来相当长的时间内难以改变。据统计据中商产业研究院数据库 (AskCIData)最新数据显示,2014年我国滚动轴承产量为187.21亿套,与上一年相比增长14.9%。从近五年的统计数据来看,我国滚动轴承产量呈波动增长态势。2011年产量最高,2012年产量开始下降,2014年有所回升,产量增长率为近几年最高,达到14.9%。,所以椭圆轴承的结构设计与优化是非常有必要的。1.2.2国内外研究 国际轴承产业经过激烈的市场竞争,优胜劣汰,兼并重组,十年前,已形成了八大跨国公司占主导地位的格局,其市场占有率达到80%以上。近十年来,经过进一步的兼并重组,八大跨国公司巩固了这一产业布局(近几年八大跨国公司的经营业绩如下表)。 近来,欧美国家反思“去工业化”造成经济失衡是引发金融危机的重要原因,后危机时代的“再工业化”已势在必行,包括轴承产业在内的制造业虽然受到金融危机的巨大冲击,但都在蕴酿着复苏后的大发展。我国轴承行业将长期处在这种国际轴承产业架构。1.3椭圆轴承拟解决关键问题(1) 椭圆轴承结构设计,为水平中分式,轴承内径要求分别为50mm,100mm,轴承宽径比为0.7,预负荷为0.5,轴承半径间隙为内径的0.15%;(2)椭圆轴承瓦块、轴承座等关键零部件强度校核;(3)椭圆轴承动力学建模与动力特性系数分析;(4)椭圆轴承瓦块加工工序卡。1.4设计原始资料 设计(论文)所用资源和参考资料:(1)机械设计技术资料和椭圆轴承动力学分析文献;(2)椭圆轴承结构图纸;(3)轴承动力学专业分析软件DyRoBeS-BePerf及其说明书。第2章 轴承材料2.1轴承材料 轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。针对失效形式,轴承材料性能应着重满足以下主要要求。 (1) 良好的耐磨性,减磨性和抗咬粘性。减磨性是指材料副具有较低的摩擦系数。耐磨性是指材料的抗磨性能。抗咬粘性是指材料的耐热性和抗粘附性。(2) 良好的摩擦顺应性,嵌入性和磨合性 摩擦顺应性是指材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容纳硬质颗粒嵌入,从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。磨合性是指轴瓦和轴颈便面经短期轻载运转后,易于形成相互吻合的表面粗糙度。(3) 足够的强度和抗腐蚀能力(4) 良好的导热性,工艺性,经济性等 应该指出,没有一种轴承材料能够全面具备上述性能,因而必须针对各种具体情况,仔细进行分析后选用。 常用轴承材料可分为三大类:1金属材料,如轴承和金,铜合金铝合金和铸铁等;2多孔质金属材料;3非金属材料,如工程材料,炭-石墨等。下面择其主要者作介绍:1.轴承合金(通称巴氏合金或白和金) 轴承合金是锡,铅,锑,铜的合金,它以锡或铅作基体,其内含有锑锡或铜锡的硬金颗粒,硬金粒起抗磨作用,它的嵌入性及摩擦顺应性最好,很容易和轴颈磨合,也不易于轴颈发生咬粘。但轴承合金的强度很低,不能单独制作轴瓦,只能贴附在青铜,或铸铁轴瓦上作轴承衬。轴承合金适用于重载,中高速场合,价格较贵。2.铜合金 铜合金具有较高的强度,较好的减磨性和耐磨性。由于青铜的减磨性和耐磨性比黄铜好故青铜时最常用的材料。青铜有锡青铜,铅青铜和铝青铜等几种,其中其青铜的减磨性和耐磨性最好,应用较广。但锡青铜比轴承合金硬度高,磨合性及嵌入性差,适用于重载及中速场合。铅青铜抗粘附性能力强,适用于高速,重载轴承。铝青铜的强度和硬度较高抗粘附能力较差,适用于低速,重载轴承。3.铝基轴承合金 铝基轴承合金在许多国家获得广泛应用。它有相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度,摩擦性能亦较好。4.灰铸铁及耐磨铸铁普通的灰铸铁或加有铬,钛等合金成分的耐磨灰铸铁,或者球墨铸铁,都可以用作轴承材料。5.多孔质金属材料这是用不同金属粉未经压制,烧结而成的轴承材料。6.非金属材料非金属材料中应用最多的各种塑料,如酚醛树脂,尼龙,聚四氟乙烯等。聚合物的特性是:与许多化学物质不起反应,抗腐蚀性能力特别强;具有一定的自润滑性。具有包容异物的能力。 2.2常用金属轴承材料性能见下表材料类别牌号(名称)最大许用值最高工作温度/C轴颈硬度/HBS性能比较P/MPav/(m/s)PV/(MPa-m/s)抗咬粘性顺 嵌应 入性 性耐蚀性疲劳强度锡基轴承合金ZSnSb11Cu6ZSn8Cu4平稳载荷1501501115258020冲击载荷206015铅基轴承合金ZPbSb16Sn16Cu21512101501501135ZPbSb16Sn5Cu3Cd2585锡青铜ZCuSn10P1151015280300-4003511ZCuSn5Pb5Zn58315铅青铜ZCuPb302512302803003442铝青铜ZCuAL10Fe3154122803005552材料类别牌号(名称)最大许用值最高工作温度/C轴颈硬度/HBS性能比较P/MPa V/(_m/s)PV(MPa-m/s)抗咬粘性顺 嵌应 入性 性耐蚀性疲劳强度黄铜ZCuZn16Si4122102002005511ZCuZn40Mn2101102002005511铝基轴承 合金2%铝锡合金28-3514-1403004312三元 电镀合金铝-硅-镉镀层14-35-170200-3001222 银镀层28-35-180300-4002311耐磨铸铁HT3000.1-63-0.750.3-4.51501504511灰铸铁HT150-HT2501-42-0.5-45112.3国家标准1 GB/T14910-1994滑动轴承厚壁多层轴承衬背技术要求2 GB/T16748-1997 滑动轴承金属轴承材料的压缩试验3 GB/T18323-2001 滑动轴承烧结轴套的尺寸和公差4 GB/T18324-2001 滑动轴承铜合金轴套5 GB/T18325.1-2001 滑动轴承流体动压润滑条件下试验机内和实际应用的滑动轴承疲劳强度6 GB/T18326-2001 滑动轴承薄壁滑动轴承用金属多层材料7 GB/T18327.1-2001 滑动轴承基本符号8 GB/T18329.1-2001 滑动轴承多层金属滑动轴承结合强度的超声波无损检验9 GB/T18327.2-2001 滑动轴承应用符号10 GB/T18844-2002 滑动轴承损坏和外观变化的术语、特征及原因11 GB/T21466.3-2008 稳态条件下流体动压径向滑动轴承圆形滑动轴承第3部分:许用的运行参数12 GB/T21466.1-2008 稳态条件下流体动压径向滑动轴承圆柱滑动轴承第1部分:计算过程13 GB/T21466.2-2008 稳态条件下流体动压径向滑动轴承圆形滑动轴承第2部分:计算过程中所用函数14 GB/T7308-2008 滑动轴承有法兰或无法兰薄壁轴瓦公差、结构要素和检验方法15 GB/T10447-2008 滑动轴承半圆止推垫圈要素和公差16 GB/T10446-2008 滑动轴承整圆止推垫圈尺寸和公差17 GB/T2889.1-2008滑动轴承术语、定义和分类第1部分:设计、轴承材料及其性能18 GB/T23893-2009 滑动轴承用热塑性聚合物分类和标记19 GB/T23895-2009 滑动轴承薄壁轴瓦质量保证缩小轴承间隙范围的选择装配20 GB/T18325.3-2009 滑动轴承轴承疲劳第3部分:金属多层轴承材料平带试验21 GB/T18325.2-2009 滑动轴承轴承疲劳第2部分:金属轴承材料圆柱形试样试验22 GB/T23896-2009 滑动轴承薄壁轴瓦质量保证设计阶段的失效模式和效应分析(FMEA)23 GB/T18325.4-2009 滑动轴承轴承疲劳第4部分:金属多层轴承材料轴瓦试验24 GB/T23894-2009 滑动轴承铜合金镶嵌固体润滑轴承25 GB/T23892.2-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压椭圆块止推轴承第2部分:可倾瓦块止推轴承的计算函数26 GB/T23892.1-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压椭圆块止推轴承第1部分:椭圆块止推轴承的计算27 GB/T23892.3-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压椭圆块止推轴承第3部分:椭圆块止推轴承计算的许用值28 GB/T23891.1-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压瓦块止推轴承第1部分:瓦块止推轴承的计算29 GB/T23891.2-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压瓦块止推轴承第2部分:瓦块止推轴承的计算函数30 GB/T23891.3-2009 滑动轴承稳态条件下流体动压瓦块止推轴承第3部分:瓦块止推轴承计算的许用值31 GB/T2889.4-2011 滑动轴承术语、定义和分类第4部分:基本符号32 GB/T27939-2011 滑动轴承几何和材料质量特性的质量控制技术和检验33 GB/T12613.6-2011 滑动轴承卷制轴套第6部分:内径检验34 GB/T27938-2011 滑动轴承止推垫圈失效损坏术语、外观特征及原因35 GB/T12613.1-2011 滑动轴承卷制轴套第1部分: 尺寸36 GB/T12613.2-2011 滑动轴承卷制轴套第2部分: 外径和内径的检测数据37 GB/T12613.3-2011 滑动轴承卷制轴套第3部分:润滑油孔、油槽和油穴38 GB/T12613.4-2011 滑动轴承卷制轴套第4部分:材料39 GB/T12613.5-2011 滑动轴承卷制轴套第5部分:外径检验40 GB/T12613.7-2011 滑动轴承卷制轴套第7部分:薄壁轴套壁厚测量41 GB/T2688-2012 滑动轴承粉末冶金轴承技术条件42 GB/T28278.1-2012 滑动轴承稳态条件下不带回油槽流体静压径向滑动轴承第1部分:不带回油槽油润滑径向滑动轴承的计算43 GB/T28279.1-2012 滑动轴承稳态条件下带回油槽流体静压径向滑动轴承第1部分:带回油槽油润滑径向滑动轴承的计算44 GB/T28279.2-2012 滑动轴承稳态条件下带回油槽流体静压径向滑动轴承第2部分:带回油槽油润滑径向滑动轴承计算的特性值45 GB/T28278.2-2012 滑动轴承稳态条件下不带回油槽流体静压径向滑动轴承第2部分:不带回油槽油润滑径向滑动轴承计算的特性值46 GB/T28280-2012 滑动轴承质量特性机器能力及过程能力的计算47 GB/T28281-2012 滑动轴承质量特性统计过程控制(SPC)48 GB/T10445-1989 滑动轴承整体轴套的轴径49 GB/T12948-1991 滑动轴承双金属结合强度破坏性试验方法50 GB/T12949-1991 滑动轴承覆有减摩塑料层的双金属轴套 第三章 结构设计与轴瓦工序卡3.1轴瓦结构 轴瓦是滑动轴承重要零件,它的结构设计是否合理对轴承性能影响很大。有时为了节省贵重合金材料或者由于结构上的需要,常在轴瓦的内表面上浇铸或轧制一层轴承合金,称为轴承衬。轴瓦应具有一定的强度和刚度,在轴承中定位可靠,便于输入润滑剂,容易散热,并于装拆,调整方便。为此,轴瓦应在外形结构,定位,油槽开设和配合等方面采用不同的形式以适用不同的工作要求。3.1.1轴瓦的形式和构造椭圆轴瓦分为上下两个轴瓦,靠近轴的那边镶有巴氏合金。其结构设计如图1.椭圆轴瓦的作用提供稳定性特点是稳定性好;结构简单;称在性能好。广泛运用于大型重载的旋转机械。 轴瓦和轴承座不允许有相对移动。为了防止轴瓦沿横向和周向移动,可将其两端做出凸缘来做轴向定位,也可用紧定螺钉或销钉将其固定在轴承座上,或在轴瓦分面上冲出定位唇以供定位。油孔及油槽为了把润滑油导入整个摩擦面间,轴瓦或轴颈上需开设油孔或油槽。对于液体动压径向轴承,有轴向油槽和周向油槽两种形式可供选择。轴向油槽分为单轴向油槽和双轴向油槽。对于整体式径向轴承,轴颈单向旋转时,载荷方向变化不大,单轴向油槽开在最大油膜厚度位置以保证润滑油从压力最小的图3-1椭圆轴瓦1.顶轴油管路系统顶轴油管路系统其结构如图2 。其作用在静止和低速时提供油压将轴顶起,避免轴与轴瓦接触从而摩擦损坏部件。图3-2顶轴油管路系统2.进油孔椭圆轴承进油孔其结构如图3.椭圆轴承进油孔可以进行两边进油从而使轴瓦上下充分润滑避免部件损坏。图3-3进油孔3.调整瓦椭圆轴承调整瓦其结构如图4.期作用对轴瓦进行调整,从而平衡轴。图3-4调整瓦 对开式轴瓦有厚壁轴瓦和薄壁轴瓦之分。厚壁轴瓦用铸造方法制造图5-1,内表面可附有轴承衬,长江轴承合金用离心铸造法浇注在在铸铁,钢或青铜轴瓦的内表面上。为使轴承合金与轴瓦贴附的好,常在轴瓦内表面上制出各种形式準头,凹沟或螺纹。 5-1 5-2 图3-5轴瓦上开设油孔和油沟 薄壁轴瓦图5-2由于能用双金属板连续轧制等新工艺进行大量生产,故质量稳定,成本低,但轴瓦刚性小,装配时不再修刮轴瓦内圆表面,轴瓦受力后,其形状完全取决于轴承座的形状,因此,轴瓦和轴承座均需精密加工。薄壁轴瓦在汽车发动机,柴油机上得到广泛的应用。3.1.2轴瓦的定位 轴瓦和轴承座不允许有相对移动。为了防止轴瓦沿横向和周向移动,可将其两端做出凸缘来做轴向定位,也可用紧定螺钉图5a或销钉图5b将其固定在轴承座上,或在轴瓦分面上冲出定位唇以供定位。油孔及油槽为了把润滑油导入整个摩擦面间,轴瓦或轴颈上需开设油孔或油槽。对于液体动压径向轴承,有轴向油槽和周向油槽两种形式可供选择。轴向油槽分为单轴向油槽和双轴向油槽。对于整体式径向轴承,轴颈单向旋转时,载荷方向变化不大,单轴向油槽开在最大油膜厚度位置图6以保证润滑油从压力最小的地方输入轴承。对开式径向轴承,常把轴向油槽开在轴承剖分面处,如果轴颈双向旋转,可在轴承剖分面上开设双轴向油槽图7,通常轴向油槽应较轴承宽度稍短,一边在主轴瓦两端留出封油面,防止润滑油从端部大量流失。轴向油槽适用于载荷方向范围超过180度。 3.2轴瓦工序卡3.2.1轴瓦的工艺分析1.轴瓦的结构: 轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分,非常光滑,一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成,在特殊情况下,可以用木材、塑料或橡皮制成。也叫“轴衬”,形状为瓦状的半圆柱面。 滑动轴承工作时,轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作用。如果由于润滑不良,轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦,摩擦会产生很高的温度,虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成,但发生直接摩擦产生的高温仍然足于将器烧坏。轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。烧瓦后滑动轴承就损坏了。滑动轴承在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无噪声。在液体润滑条件下,滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触,还可以大大减小摩擦损失和表面磨损,油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支承的部分称为轴颈,与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下,或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位。轴瓦分为剖分式和整体式结构。(如图10-7a)所示为整体式轴瓦(又称轴套),轴瓦上开有油孔和油沟,以便把润滑油导入整个摩擦表面。剖分式轴瓦分为上轴瓦和下轴瓦(如图107b),轴瓦两端有凸肩用作轴向定位,并能承受一定的轴向力。为了改善轴瓦表面的摩擦性质,常在其内径面上浇铸一层或两层减摩材料,通常称为轴承衬,厚度在0.55mm范围内(图108)。通常情况下,轴承合金衬层愈薄,其疲劳强度愈高。所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。轴瓦在轴承中直接与轴颈接触,其结构是否合理对轴承的承载能力及使用寿命影响很大。在设计轴瓦结构时应考虑的主要问题是:要具有一定的强度和减摩性,定位要可靠,便于输送润滑剂,装拆及调整方便等。图3-6图3-7 滑动轴承(轴瓦)的主要特点: 1.工作平稳,无噪声; 2.转精度高; 3.形成液体润滑时摩擦损失小,适合于高速;4.径向尺寸小而且可剖分。2.轴瓦的作用及分类 零件的作用: 轴瓦是一类用于确定轴与其他零件相对运动位置,它起支承或导向作用的,在工作过程中仅发生滑动摩擦的零(部)件。 轴瓦的精度很高,稍微不当就会出现轴瓦与轴咬死的现象,所以,轴的加工从毛坯到成品的每道工序都要周密考虑,以提高其轴瓦的加工精度。轴瓦也叫滑动轴承,是用于机床的滑动转动。3.滑动轴承(轴瓦)的分类 滑动轴承种类很多: 按能承受载荷的方向可分为径向(向心)滑动轴承和推力(轴向)滑动轴两类。 按润滑剂种类可分为油润滑轴承、脂润滑轴承、水润滑轴承、气体轴承。 按润滑膜厚度可分为薄膜润滑轴承和厚膜润滑轴承两类。 按轴瓦材料可分为青铜轴承、铸铁轴承、塑料轴承、宝石轴承、粉末冶金轴承、自润滑轴承和含油轴承等。 按轴瓦结构可分为圆轴承、椭圆轴承、三油叶轴承、阶梯面轴承、椭圆轴承和箔轴承等。 3.3常用材料及热处理3.3.1轴承材料简介 轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件,轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。由于轴瓦或轴承衬与轴颈直接接触,一般轴颈部分比较耐磨,因此轴瓦的主要失效形式是磨损。轴瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状态直接相关,选择轴瓦材料应综合考虑这些因素,以提高滑动轴承的使用寿命和工作性能。 3.3.2 轴承(轴瓦)材料的分类1)金属材料,如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等;2)多孔质金属材料(粉末冶金材料);3)非金属材料。轴承合金:轴承合金又称白合金,主要是锡、铅、锑或其它金属的合金,由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好,故适用于重载、高速情况下,轴承合金的强度较小,价格较贵,使用时必须浇筑在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上,形成较薄的涂层。 多孔质金属材料:多孔质金属是一种粉末材料,它具有多孔组织,若将其浸在润滑油中,使微孔中充满润滑油,变成了含油轴承,具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小,只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。 轴承塑料:常用的轴承塑料有酚醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等,塑料轴承有较大的抗压强度和耐磨性,可用油和水润滑,也有自润滑性能,但导热性差。 本设计中的运用的材料及热处理是锡青铜和锡基轴承合金其介绍如下表:表3-1材 料 种 类材 料牌 号许 用 量性能与用途举例P公斤CVm/sPV公斤m/cs锡 青 铜ZQSn10-115010150用于重载,中速,高温及冲击条件下工作的轴承,轴颈硬度HRC45ZQSn6-380660用于中载,中速下工作的轴承机床的一般主轴轴承轴颈HRC45ZQAL9-43008600用于受冲击载荷,高温(300)工作条件下的轴承,轴颈HRC45ZQSn8-1210012150ZQP63015012200锡基轴 承合金CHSnS611-6250(稳定)80200用于高速,中温(120)工作条件下的轴承和磨床的砂轮轴承3.3.3设计毛坯材料的选用轴瓦的毛坯选用钢板卷焊而成的圆筒,钢板的材质为Q235A(又称A3钢,美国-A570 Gr.A;日本-SS400;德国-S235JR;英国- S235JR;法国- S235JR),钢板厚度为120mm,卷焊后内径为2005mm。卷焊好的钢板经过粗加工后,切成10块弦长为532.5的弧形钢板,称为轴瓦,然后在分别加工。Q轴承合金选取ZChSnSb11-6锡基轴承合金,又叫锡基巴氏合金,后面将简称巴氏合金。锡基合金是一种软基体硬质点类型的轴承合金。它是以锡、锑为基础,并加入少量其它元素的合金。常用的牌号有ZChSnSb11-6、ZChSnSb8-4、ZChSnSb4-4等。锡基合金具有良好的磨合性、抗咬性能。除了根据图纸选用毛坯以外,为适应机床维修工作特点,对选用毛坯应选用以下几点: 1.为缩短加工周期,应尽量选用棒材料加工,一般直径小于100都可以用圆棒材料。 2.为节约有色金属和提高轴承寿命,应尽量选择离心浇注双金属毛坯。 常用材料如下: 外壳基体的材料牌号:钢15,20或灰铸铁用于分体白氏轴承,一般车床,磨床主轴轴承最常用的是钢20; 钢45,40Gr,65Mn其用于整体薄壁弹性变形轴承,扣M7130砂轮轴承,用65Mn作外壳。 轴衬的材料牌号: ZQSn10-1,ZQSn8-12,ZQSn6-6-3,ZQPb30,chPbSb14-10-1.8, chPb16-16-1.8,chSnSb11-6这些材料使用与一般车床,磨床主轴,目前磨床主轴轴承最常用的是ZQPb30(工作间隙较大的采用ZQSb6-6-3)。 应根据本单位具体条件,考虑以单一金属代替双金属离心浇注毛坯。3.3.4热处理热处理是提高轴承内在质量的关键加工工序1热处理的主要目的是:, 通过热处理使材料组织转变,提高材料机械性能。, 提高轴承内在质量(耐磨性、强韧性),从而提高轴承使用寿命。2 热处理流程图 半成品淬火清洗回火(二次回火)以淬火半成品 800840 190210 热处理由淬火、清洗、回火和二次回火设备组成一条生产流水线连续生产。3毛坯的热处理应注意:1.双金属毛坯粗加工后应该进行回火或退火处理,以消除内应力。2.人工时效。3.应性处理,油煮16-24小时不间断。4.整体薄壁,单行变形轴承,可以采用局部高毂或火焰淬火,以硬化钢材料作 外壳表面。3.4滑动轴承的润滑,装配和刮研3.4.1滑动轴承润滑脂的性能与选用 滑动轴承润滑的目的在于降低摩擦和减少磨损,同时还可以起到冷却、吸振、防锈等作用。这一目的实现主要依靠润滑剂和润滑装置的正确选用。 润滑剂分为气体、液体、半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油,它包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑剂主要是指各种润滑脂,它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是在摩擦表面上形成固体膜以减少摩擦阻力的物质,如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂,其中用得最多的是空气,它主要用在气体轴承中。1)滑动轴承也可用润滑脂来润滑,在选择润滑脂时应考虑下列几点: (1)轴承载荷大,转速低时,应选择锥入度小的润滑脂,反之要选择锥入度大的。高速轴承选用锥入度小些、机械安定性好的润滑脂。特别注意的是润滑脂的基础油的粘度要低一些。 (2)选择的润滑脂的滴点一般高于工作温度20-30,在高温连续运转的情况下,注意不要超过润滑脂的允许使用温度范围(3)滑动轴承在水淋或潮湿环境里工作时,应选择抗水性能好的钙基、铝基或锂基润滑脂。(4)选用具有较好粘附性的润滑脂。 2)滑动轴承用润滑脂的选择如下表所示:表3-2压力p/MPa轴颈圆周速度v/(m/s)最高工作温度/选用的牌号1.01753号钙基脂1.06.50.55552号钙基脂6.50.5753号钙基脂6.50.551202号钙基脂6.50.51101号钙钠基脂1.06.51-5110锂基脂6.50.5602号压延基脂注:1)压力或压强,本设计统用压力;2)在潮湿环境,温度在75-120的条件下应考虑用钙一纳基润滑脂;3)在潮湿环境,工作温度哉75以下,没有3号钙基脂时也可以用铝基脂;4)工作温度在110-120可用锂基脂或钡基脂;5)集中润滑时,稠度要小些。3)滑动轴承用润滑脂的润滑周期: 偶然工作,不重要零件:轴转速200r/min,润滑周期5天一次;轴转速200r/min,润滑周期3天一次。 间断工作:轴转速200r/min,润滑周期2天一次;轴转速200r/min,润滑周期1天一次。 连续工作,工作温度小于40:轴转速200r/min,润滑周期1天一次;轴转速200r/min,润滑周期每班一次。 连续工作,工作温度40-100:轴转速200r/min,润滑周期每班一次;轴转速200r/min,润滑周期每班二次。 3.4.2滑动轴承(轴瓦)的装配在装配时,一般都采用刮削的方法来达到其精度要求,保证其使用性能。因此,刮削的质量对设备的运转至关重要。削刮质量不好,设备在试车时就会很容易地在极短的时间内是轴瓦由局部粘损而达到大部分粘损,直至轴被粘着咬死,轴瓦损坏不能使用。所以在刮削轴瓦时都由技术经验丰富的钳工操作。滑动轴承的装配要求是:轴与轴承配合表面的接触粘度应达到规定标准;配合间隙要求,在工作条件下不致发热烧坏轴或轴承;润滑油通道的位置要正确、畅通,保证充分润滑。1.整体式滑动轴承的装配 整体式滑动轴承又叫轴套。其装配步骤为: a 压入轴套:当轴套尺寸和过盈量都较小时,可在轴套上垫上衬垫,用锤子直敲入防止轴套歪斜,可采用导向套,控制轴套压入方向。压紧薄壁轴套时,可采用心轴导向当尺寸或盈量较大时,则须用压力机压入或用拉紧工具把轴套压入。压入轴承时必须去除毛刺,擦洗干净后在配合面上涂好润滑油。不带凸肩的轴套,当入机座后要与机座孔端面平齐。有油孔的轴套要对准机座上的油孔,可在轴套表面通过油孔中心划一条线,压入时对准箱体油孔。 b 轴套定位:压入轴套后,对负荷较大的轴套,用紧定螺钉或定位销来固定。 c 修整轴套孔:轴承压入后,其内孔往往发生变化,用内径百分表检验根据变形多少,采用铰孔或刮削的方法进行修整,使轴套与轴颈之间间隙及接触点达到规定。2.剖分式滑动轴承的装配剖分式轴承的结构由轴承座、上轴瓦、下轴瓦、轴承盖、双头螺柱、螺母和调整垫片组成。改变调整垫片的厚度即可调整轴瓦与轴之间的间隙。当轴瓦磨损后,可按磨损程度来减薄调整垫片的厚度,使轴瓦与轴保持合适的间隙。装配时,要求轴瓦背部与轴承接触紧密。对于厚壁轴瓦,可以用涂色法检验贴合情况,并进行刮研,刮研时应以座孔为基准,修刮轴瓦背部。对于薄壁轴瓦不能进行修刮,需要进行选配,要求轴瓦在自由状态下外径稍大于座孔直径,使其有一定的扩张量。轴瓦装入座孔后,其剖分面应比轴承平面高出0.050.1mm,以便达到配合的紧密。 轴瓦的装配方法:用木片垫在轴瓦的部分面上,注意与轴承座两侧要对称,然后木锤打击木块,使轴瓦装入轴承座孔中,轴瓦的配刮须分粗、精刮两步进行。粗刮时,准备一根比真轴直径小的0.030.05mm的工艺轴进行研点;粗刮后,配以适当的垫片,装上真轴研点后进行精刮。精刮时,在每次装好轴承盖后,稍稍扳紧螺母,用木锤在轴承盖的顶部均匀敲击几下,目的是使轴承盖更好的定位,然后紧固所有螺母,拧紧力矩大小应一致。粗刮后,轴在轴瓦中应能轻轻地转动,且无明显间隙,接触点符合求,即可将轴瓦拆下,经过清洗后重新装入。轴瓦在座孔中,无论在圆周方向或轴方向都不允许有位移,故常用定位销和轴瓦上的凸台来定位。 综合上述,选用滑动轴承要根据实际需要来选配,因为轴承的种类比较多,安装时要细心,按精度要求安装,以达到最佳的使用效果。3.4.3滑动轴承的刮研 基本要求:既要使轴颈与滑动轴承均匀细密接触,又要有一定的配合间隙。 接触角:是指轴颈与滑动轴承的接触面所对的圆心角。接触角不可太大也不可太小。接触角太小会使滑动轴承压强增加,严重时会使滑动轴承产生较大的变形,加速磨损,缩短使用寿命;接触角太大,会影响油膜的形成,得不到良好的液体润滑。 试验研究表明,滑动轴承接触角的极限是120。当滑动轴承磨损到这一接触角时,液体润滑就要破坏。因此再不影响滑动轴承受压条件的前提下,接触角愈小愈好。从摩擦力距的理论分析,当接触角为60时,摩擦力矩最小,因此建议,对转速高于500r/min的滑动轴承,接触角采用60,转速低于500r/min的滑动轴承,接触角可以采用90,也可以采用60。 接触点轴颈与滑动轴承表面的实际接触情况,可用单位面积上的实际接触点数来表示。接触点愈多、愈细、愈均匀,表示滑动轴承刮研的愈好,反之,则表示滑动轴承刮研的不好。一般说来接触点愈细密愈多,刮研难度也愈大。生产中应根据滑动轴承的性能和工作条件来确定接触点,下表所列资料可供参考: 滑动轴承转速 (r/min) 接触点 (每2525毫米面积上的接触点数) 100以下 35 100500 1015 5001000 1520 10002000 2025 2000以上 25以上 所谓刮轴瓦,就是将精车后的瓦片与所装配的轴手板研合(轴要涂上色粉),用三角刮刀刮去瓦片上所附上的粉色,随研随刮,直到瓦片上附色面积超过全瓦面的85% 。 瓦片上存在的
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