滑动轴承的结构课件

第十章第十章 滑动轴承滑动轴承10-1 概述概述10-2 滑动轴承的结构滑动轴承的结构 10-3 轴瓦结构及轴承材料轴瓦结构及轴承材料 10-4 10-4 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置10-5 10-5 非液体摩擦滑动轴承的设计非液体摩擦滑动轴承的设计第十章 滑动轴承10-1 概述10-2110-1 概概 述述1、滑动轴承的分类径向轴承（向心轴承）：径向止推轴承（向心推力轴承）：推力轴承（止推轴承）：按受载方向不同，分为：按磨擦状态不同，分为：混合润滑滑动轴承。液体润滑滑动轴承动压润滑静压润滑2、滑动轴承的特点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。10-1 概 述1、滑动轴承的分类径向轴承2一、径向滑动轴承的结构1、整体式径向滑动轴承图是常见的整体式滑动轴承结构。套筒式轴瓦(或轴套)压装在轴承座中(对某些机器，也可直接压装在机体孔中)。润滑油通过轴套上的油孔和内表面上的油沟进入摩擦面。这种轴承结构简单、制造方便，刚度较大。缺点是轴瓦磨损后间隙无法调整和轴颈只能从端部装入。因此，它仅适用于轴颈不大，低速轻载或间歇工作的机械。10-2 滑动轴承的结构滑动轴承的结构一、径向滑动轴承的结构10-2 滑动轴承的结构32、剖分式（对开式）径向滑动轴承普通剖分式轴承结构由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。轴瓦是直接和轴颈相接触的重要零件。为了安装时易对中，轴承盖和轴承座的剖分面常作出阶梯形的榫口。润滑油通过轴承盖上的油孔和轴瓦上的油沟流入轴承间隙润滑摩擦面。轴承剖分面最好与载荷方向近于垂直，以防剖分面位于承载区出现泄漏，降低承载能力。通常，多数轴承剖面为水平剖分，也称正剖分，也有斜剖分的。特点：便于轴的安装，间隙可调整，但结构复杂。应用比较广泛。对开式轴承(剖分轴套)2、剖分式（对开式）径向滑动轴承普通剖分式轴承结构由轴承盖43、调心式径向滑动轴承 若轴承的宽径比 较大，当轴的弯曲变形或轴孔倾斜时，易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触，引起剧烈的磨损和发热。因此，当 L/d1.5时，宜采用自动调心轴承，这种轴承的轴瓦外表面做成球面形状，与轴承盖和轴承座的球状内表面相配合，球面中心通过轴颈的轴线。因此轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜。特点：轴瓦能自动调整位置，以适应轴的偏斜。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。3、调心式径向滑动轴承 若轴承的宽径比 较大，当5二、止推滑动轴承的结构2 空心式支撑面上压强分布较均匀，润滑条件有所改善。1 实心式支撑面上压强分布极不均匀，中心处压强最大，线速度为0，对润滑很不利，导致支撑面磨损极不均匀，使用较少。3 单环式利用轴环的端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速轻载场合。4 多环式特点同单环型，可承受较单环更大的载荷，也可承受双向轴向载荷。二、止推滑动轴承的结构2 空心式支撑面上压强分布较均6 10-3 轴瓦结构及轴承材料轴瓦结构及轴承材料按构造分类整体式（又称轴套）剖分式（对开式）不便于装拆，可修复性差。安装和拆卸方便，可修复。按材料分类单材料多材料如黄铜，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）。单材料、整体式厚壁铸造轴瓦轴承衬轴承衬一、轴瓦结构 10-3 轴瓦结构及轴承材料按构造分类整体式（7轴瓦和轴承座不允许有相对移动，为了防止轴瓦的移动，可将其两端做出凸缘用于轴向定位或用销钉(或螺钉)将其固定在轴承座上。为了使滑动轴承获得良好的润滑，轴瓦或轴颈上需开设油孔及油沟，油孔用于供应润滑油，油沟用于输送和分布润滑油。其位置和形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。通常，油孔应设置在油膜压力最小的地方；油沟应开在轴承不受力或油膜压力较小的区域，要求既便于供油又不降低轴承的承载能力。图为油孔和油沟对轴承承载能力的影响。油沟油沟进油孔进油孔轴瓦和轴承座不允许有相对移动，为了防止轴瓦的移动，可将其8二二 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料 轴瓦材料应具备下述性能：l)摩擦系数小；2)导热性好，热膨胀系数小；3)耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；4)要有足够的机械强度和可塑性。常见的轴瓦是用两层不同金属做成的，两种金属在性能上取长补短。在工艺上可以用浇铸或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层材料称为轴承衬。常用的轴瓦和轴承衬材料有下列几种：1、轴承合金 轴承合金(又称白合金、巴氏合金)有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。二 轴瓦及轴承衬材料 轴瓦材料应具备下述性能：l)摩擦9锡锑轴承合金的摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐蚀性好，易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。但它的价格较贵且机械强度较差，因此只能作为轴承衬材料而浇铸在钢、铸铁(图a及b)或青铜轴瓦上(图c)。用青铜作为轴瓦基体是取其导热性良好。这种轴承合金的熔点比较低，为了安全，在设计、运行中常将温度控制在低于150。铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近，但这种材料较脆，不宜承受较大的冲击载荷。它一般用于中速、中载的轴承。锡锑轴承合金的摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐10 2、青铜 青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。它可以在较高的温度(250)下工作。但它的可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。青铜可以单独做成轴瓦。为了节省有色金属，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴瓦材料的青铜，主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。在一般情况下，它们分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承上。3、具有特殊性能的轴承材料 用粉末冶金法做成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以贮存润滑油，常称为含油轴承。2、青铜11 运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于加油不方便的场合。在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。此外，还有橡胶轴承、塑料轴承等。表12-2中给出常用轴瓦及轴承村材料的p、pv等数据。运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自12常见金属轴承材料性能常见金属轴承材料性能13 一、润滑剂 轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。轴承能否正常工作，和选用润滑剂正确与否有很大关系。润滑剂分为：1)液体润滑剂润滑油；2)半固体润滑剂润滑脂；3)固体润滑剂等。在润滑性能上润滑油一般比润滑脂好，应用最广。但润滑脂具有不易流失等优点，也常用。固体润滑剂除在特殊场合下使用外，目前正在逐步扩大使用范围。10-4 10-4 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置 一、润滑剂 10-4 润滑剂和润滑装141润滑油 润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力，它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。如图所示，有两块平板A及B，两板之间充满着液体。若板A以速度v沿x轴运动，由于液体与金属表面的吸附作用，板A表层的液体随板A以同样的速度v一起运动，静止板B表层的液体静止不动。若润滑油作层流流动，则沿y 坐标的油层将以不同速度u 移动，于是形成各油层间的相对滑移，在各层的界面上就存在相应的切应力。1润滑油 如图所示，有两块平板A及B，两板之间充满着液15 牛顿在1687年提出粘性液体的摩擦定律(简称粘性定律)，即在液体作层流运动时，油层间的切应力与其速度梯度成正比，其数学表达式为：式中：u是油层中任一点的速度，du/dy是该点的速度梯度；是比例系数，即液体的动力粘度，常简称为粘度。摩擦学中把凡是服从这个粘性定律的液体称为牛顿液体。动力粘度为：长、宽、高各为1m的液体，如果使上下平面间以u=1m/s的相对速度运动，所需施加的力F 为1N 时，该液体的粘度为1个国际单位制的动力粘度，以Pas(帕秒)表示，1Pas=1Ns/m2。动力粘度又称绝对粘度。牛顿在1687年提出粘性液体的摩擦定律(简称粘性定律)16 动力粘度的厘米克秒制单位是P(Poise，单位名称为泊)，1P=1dyns/cm2。P的百分之一称cP(厘泊)。Pas、P及cP间的换算关系为 1 Pas=10P=1000cP 此外，还有运动粘度，它等于动力粘度与液体密度的比值，即在国际单位制中，的单位是m2/s。实用上这个单位嫌大，故常采用它的厘米克秒制单位St(Stokes，单位名称为斯)，或cSt(厘斯)，1St=1cm2/s=100cSt。一般润滑油的牌号就是该油在40时的运动粘度(单位为cSt或mm2/s)的平均值，见表。动力粘度的厘米克秒制单位是P(Poise，单位名称为泊17 用润滑油同水作比较所测得的粘度，称为相对粘度。我国常用恩氏粘度表示相对粘度，规定：在一定温度t下，200cm3的油样流过直径2.8mm小孔所需要的时间，与同体积20的蒸馏水流过该孔所需时间的比值，即为该油样的恩氏粘度，用符号Et表示。用润滑油同水作比较所测得的粘度，称为相对粘度。我国常用18 润滑油的粘度随着温度的升高而降低，这对于运行着的轴承来说，必须加以注意。描述粘度随温度变化情况的线图称为粘温图，见图。润滑油的粘度还随着压力的升高而增大，但压力不太高时，变化极微，可略而不计。选用润滑油时，要考虑速度、载荷和工作情况。对于载荷大、温度高的轴承宜选粘度大的油，载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。润滑油的粘度随着温度的升高而降低，这对于运行着的轴承来说192.润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成。润滑脂密封简单，不需经常加添，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。且润滑脂易变质，不如润滑油稳定。总的来说，一般参数的机器，特别是低速或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水性，常用于60以下的各种机械设备中轴承的润滑。2.润滑脂203固体润滑剂 固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氯乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。二、润滑装置 滑动轴承的给油方法多种多样。如图1所示，有针阀式油杯、A型弹簧盖油杯、润滑脂用油杯等。3固体润滑剂二、润滑装置21 上述三种油杯均已列入国家标准，选用时可查阅有关手册。下图为油环润滑，在轴颈上套一油环，油环下部浸入油地中，当轴颈旋转时，靠摩擦力带动油环旋转，把油引入轴承。油环浸在油池内的深度约为其直径的四分之一时，给油量已足以维持液体润滑状态的需要。它常用于大型电机的滑动轴承中。最完善的给油方法是利用油泵循环给油，给油量充足，给油压力只需0.05MPa，在油的循环系统中常配置过滤器、冷却器。上述三种油杯均已列入国家标准，选用时可查阅有关手册。22磨损磨损非液体摩擦滑动轴承工作表面非液体摩擦滑动轴承工作表面,在工作时有局部金属在工作时有局部金属接触接触,会产生不同程度的摩擦和磨损，导致轴承配间隙增大会产生不同程度的摩擦和磨损，导致轴承配间隙增大,影影响轴的旋转精度响轴的旋转精度,从而使轴承不能正常工作。从而使轴承不能正常工作。10-5 10-5 非液体摩擦滑动轴承的设计非液体摩擦滑动轴承的设计一、非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则一、非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则一）失一）失效形式效形式胶合胶合当载荷过大而导致油膜破裂时；或在润滑油供应不足当载荷过大而导致油膜破裂时；或在润滑油供应不足条件下，轴承温升过高，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘条件下，轴承温升过高，轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘附和迁移，从而出现胶合。附和迁移，从而出现胶合。限制轴承平均压力限制轴承平均压力p p 以免产生过度的磨损；以免产生过度的磨损；限制限制pvpv值值以防止过热产生胶合；以防止过热产生胶合；限制滑动速度限制滑动速度V V 以免加速磨损而使轴承报废。以免加速磨损而使轴承报废。二）计算准则二）计算准则磨损非液体摩擦滑动轴承工作表面,在工作时有局部金属1023设计方法及步骤：设计方法及步骤：1 1根据工作要求选择轴承结构形式：整体式还是剖分式根据工作要求选择轴承结构形式：整体式还是剖分式2 2选择轴瓦材料选择轴瓦材料3 3选择轴承的长径比选择轴承的长径比l/dl/d二、非液体摩擦滑动轴承的设计计算二、非液体摩擦滑动轴承的设计计算一）向心轴承设计一）向心轴承设计设计的已知条件：设计的已知条件：轴颈直径轴颈直径（由轴的结构设计确定）（由轴的结构设计确定），轴的转，轴的转速（速（r/min),r/min),径向载荷径向载荷F FR R(N),(N),使用条件使用条件.4 4验算轴承的工作能力验算轴承的工作能力1 1）验算平均压力）验算平均压力pp目的是保证润滑油不被过大的压力挤目的是保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过度的磨损出，从而避免轴瓦产生过度的磨损设计方法及步骤：二、非液体摩擦滑动轴承的设计计算一）向心轴承24式中式中 F FR R轴承的径向载荷，轴承的径向载荷，N N；B B轴瓦长度，轴瓦长度，mmmm；d d轴颈直径，轴颈直径，mmmm；p p轴瓦材料的许用压力轴瓦材料的许用压力 MPa,MPa,其值见表其值见表1 1-1-1 2 2）验算轴承的）验算轴承的pvpv值值目的是限制轴承的摩擦功耗与温升，目的是限制轴承的摩擦功耗与温升，避免引起边界油膜破裂，产生胶合避免引起边界油膜破裂，产生胶合 式中式中 n n轴的转速，轴的转速，r/minr/min；pvpv轴瓦材料的许用值，轴瓦材料的许用值，N/mmN/mm2 2m/s,m/s,其值见表其值见表12-212-2B Bd d式中 FR轴承的径向载荷，N；2）验算轴承的pv值253 3）验算滑动速度）验算滑动速度v v对于对于p p和和pvpv的验算均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会加的验算均合格的轴承，由于滑动速度过高，也会加速磨损而使轴承报废。这是因为速磨损而使轴承报废。这是因为p p只是平均压力，实际上，在只是平均压力，实际上，在轴发生弯曲或不同心等引起的一系列误差及振动的影响下，轴轴发生弯曲或不同心等引起的一系列误差及振动的影响下，轴承边缘可能产生相当高的压力，因而局部区域的承边缘可能产生相当高的压力，因而局部区域的pvpv值还会超过值还会超过许用值。因此必须验算滑动速度许用值。因此必须验算滑动速度V V满足满足式中式中 v v许用滑动速度，其值见表许用滑动速度，其值见表12-212-2。3）验算滑动速度v式中 v许用滑动速度，其值见表1265.5.选择轴颈与轴瓦之间的配合选择轴颈与轴瓦之间的配合轴承间隙轴承间隙 d-d dd 根根据据轴的转速轴的转速n n1 1径向载荷径向载荷F FR R选选择择n n1 1,n n1 1一定时一定时,F FR R 三推力滑动轴承设计三推力滑动轴承设计(略略)一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f65.选择轴颈与轴瓦之间的配合轴承间隙 d-d d27