机械设计课件濮良贵12

第十二章第十二章 滑滑 动动 轴轴 承承一一.轴承功轴承功用用 按摩擦性质按摩擦性质 滑动滑动轴承轴承 滚动滚动轴承轴承 支承轴及轴上零件支承轴及轴上零件,并保证旋转精并保证旋转精度减少轴与支承间的摩擦与磨损度减少轴与支承间的摩擦与磨损二二.轴承的分类轴承的分类基本内容：基本内容：滑动轴承的基本类型、结构、材料及滑动轴承的基本类型、结构、材料及 滑动轴承的工作能力和热平衡计算滑动轴承的工作能力和热平衡计算本章重点：本章重点：轴瓦的材料及结构轴瓦的材料及结构 滑动轴承的基本设计方法滑动轴承的基本设计方法121 概概 述述 第十二章 滑 动 轴 承一.轴承功用 11.干摩擦干摩擦2.边界摩擦边界摩擦 两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面 直接直接 接触接触 摩擦、磨损大摩擦、磨损大 0.300.35 两摩擦面由吸附着的很簿的两摩擦面由吸附着的很簿的边界膜边界膜隔隔 开的开的 摩擦摩擦 0.010.1 滑动摩擦状态分类滑动摩擦状态分类边界膜：物理吸附膜、化学吸附膜 化学反应膜分子机械理论：粘着作用和刨犁作用1.干摩擦2.边界摩擦 两摩擦面间无任何润滑剂，固体表面 23.液体摩擦液体摩擦4.混合摩擦混合摩擦 两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦 0.0010.008 干、边界、液体摩擦并存干、边界、液体摩擦并存 非（完全）液体摩擦非（完全）液体摩擦油膜：静压油膜和动压 油膜 3.液体摩擦4.混合摩擦 两摩擦完全被液体油膜隔开的摩擦 3径向径向轴承轴承径向力径向力止推止推轴承轴承轴向力轴向力 三三.滑动轴承的分类滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承不完全液体滑动轴承 液体滑动轴承液体滑动轴承动压轴承动压轴承静压轴承静压轴承122 滑动轴承的主要结构形式滑动轴承的主要结构形式一一 整体式径向滑动轴承整体式径向滑动轴承结构：轴承座，结构：轴承座，轴套轴套（整体）（整体）特点：结构简单，成本低，但装拆不便，无法调整间隙特点：结构简单，成本低，但装拆不便，无法调整间隙 按受载类型按受载类型 按润滑状态按润滑状态径向轴承径向力三.滑动轴承的分类不完全液体滑动轴承动压轴4三 自动调心式滑动轴承自动调心式滑动轴承 二二 对开式径向滑动轴承对开式径向滑动轴承结构：轴承座、轴承盖，结构：轴承座、轴承盖，轴瓦轴瓦（两边）、螺栓（两边）、螺栓特点：剖分面垂直载荷方向，特点：剖分面垂直载荷方向，正剖、斜剖，装拆方便，正剖、斜剖，装拆方便，磨损后可调整间隙，结构复杂磨损后可调整间隙，结构复杂 轴瓦能摆动，适应轴的变形，用于轴瓦能摆动，适应轴的变形，用于支承跨距较大或多支点的长轴支承跨距较大或多支点的长轴三 自动调心式滑动轴承 二 对开式径向滑动轴承结构：轴承座5四四 止推滑动轴承止推滑动轴承结构：结构：止推轴颈和轴承座止推轴颈和轴承座类型：空心式类型：空心式 压力较均匀压力较均匀 单环式单环式 单向轴向力，压力均匀单向轴向力，压力均匀 多环式多环式 双向轴向力，压力不均匀双向轴向力，压力不均匀四 止推滑动轴承结构：止推轴颈和轴承座6 123 滑动轴承的失效形式及常用材料滑动轴承的失效形式及常用材料 一.滑动轴承的失效形式滑动轴承的失效形式2.刮刮 伤伤3.咬粘（胶合）咬粘（胶合）4.疲劳剥落疲劳剥落1.磨粒磨损磨粒磨损轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承温升温升+压力压力+油膜破裂油膜破裂粘附粘附润滑剂氧化润滑剂氧化酸性物质酸性物质腐蚀腐蚀载荷反复作用载荷反复作用疲劳裂纹疲劳裂纹扩展扩展剥落剥落5.腐蚀腐蚀硬质颗粒硬质颗粒磨料磨料研磨轴和轴承表面研磨轴和轴承表面 123 滑动轴承的失效形式及常用材料 一.滑动轴7 二.轴承的材料轴承的材料2.青铜青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属材料（含油轴承、陶质金属多孔质金属材料（含油轴承、陶质金属）5 非金属材料非金属材料1.轴承合金轴承合金(白合金、巴氏合金白合金、巴氏合金)锡、铝、铅青铜轻载、低速塑料、尼龙、橡胶、硬木铁（铜）粉石墨铁（铜）粉石墨压型压型烧结烧结轴瓦和轴承衬的材料轴瓦和轴承衬的材料要求：要求：良好的减摩性、耐磨性、抗胶合性良好的减摩性、耐磨性、抗胶合性 顺应性、磨合性、导热性、足够的强度顺应性、磨合性、导热性、足够的强度 以锡或锑为软 基体，均夹着锑锡、铜锡硬晶粒最好，但最好，但 价高、强度低价高、强度低轴承衬。轴承衬。二.轴承的材料2.青铜3.灰铸铁、耐磨铸铁4.多孔质金属8124 轴轴 瓦瓦 结结 构构滑滑动轴承的承的关关键零件零件轴瓦瓦影响影响结构的因素构的因素材料、材料、润滑等滑等一.轴瓦的型式和构造轴瓦的型式和构造轴瓦轴瓦整体式整体式对开式对开式厚壁轴瓦厚壁轴瓦 浇铸浇铸薄壁轴瓦薄壁轴瓦 轧制轧制双、多层金属双、多层金属二.轴瓦的定位轴瓦的定位轴瓦定位的目的轴瓦定位的目的防止轴瓦相对轴承座移动防止轴瓦相对轴承座移动整体轴套整体轴套单、双、多层金属卷制轴套单、双、多层金属卷制轴套轴瓦定位的方法：凸缘、紧定螺钉、销钉、凸耳轴瓦定位的方法：凸缘、紧定螺钉、销钉、凸耳124 轴 瓦 结 构滑动轴承的关键零件轴瓦一.9轴向油槽轴向油槽周向油槽周向油槽载荷方向变动范围超过载荷方向变动范围超过180中部中部三.油孔及油槽油孔及油槽开设油孔及油槽的原则：开设油孔及油槽的原则：将油导入整个摩擦表面而又不影响油膜承载能力将油导入整个摩擦表面而又不影响油膜承载能力单轴向油槽单轴向油槽整体式整体式最大油膜厚度处最大油膜厚度处双轴向油槽双轴向油槽对开式对开式剖分面处剖分面处轴向油槽周向油槽载荷方向变动范围超过180中部三.油孔10机械设计课件濮良贵1211125 滑动轴承润滑剂的选用滑动轴承润滑剂的选用润滑油润滑油液体液体润滑脂润滑脂润滑油稠化剂润滑油稠化剂固体润滑剂固体润滑剂石墨、石墨、oS2、聚四氟乙稀、聚四氟乙稀 润滑油润滑油液体动压轴承液体动压轴承 表表124选择原则：选择原则：转速高、压力小转速高、压力小粘度低粘度低 转速低、压力大转速低、压力大粘度高粘度高 高温度下工作（高温度下工作（t60）较高粘度较高粘度一一.润滑油及其选择润滑油及其选择二二.润滑脂及其选择润滑脂及其选择润滑脂润滑脂要求不高、难经常供油或低速重载轴承要求不高、难经常供油或低速重载轴承润滑剂润滑剂125 滑动轴承润滑剂的选用润滑油液体 润滑油12三三.固体润滑剂固体润滑剂选择原则：选择原则：压力大、速度低压力大、速度低小针入度，反之选针入度大的小针入度，反之选针入度大的 润滑脂滴点应高于轴承工作温度润滑脂滴点应高于轴承工作温度2030，以免流失，以免流失 在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂、在有水或潮湿场合，应选防水性的润滑脂、126 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算 不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承 混合摩擦状态混合摩擦状态 一一 失效形式及设计准则失效形式及设计准则 磨损磨损间隙运动精度 胶合：胶合：温度 粘度润滑恶化烧瓦维持边界油膜不破裂维持边界油膜不破裂1.主要失效形式主要失效形式2.设计准则设计准则用于特殊场合用于特殊场合三.固体润滑剂选择原则：126 不完全液体润滑滑动13 二二.径向滑动轴承的计算径向滑动轴承的计算Mpa m/S 2.验算轴承的验算轴承的pv值值Mpa1.验算轴承的平均压强验算轴承的平均压强 p F径向载荷mm；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(122)限制温升防止胶合限制温升防止胶合限制限制压力防止力防止过度磨度磨损3.验算滑动速度验算滑动速度v防止速度太高加速磨防止速度太高加速磨损v v ms 二.径向滑动轴承的计算Mpa m/S 2.验14二二.止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力验算轴承的平均压力pMpa二.止推滑动轴承的计算1.验算轴承的平均压力pMpa15 Z环的数目 Fa轴向载荷 d2 轴环直径 d1轴承孔径 n轴颈的转速 p pV许用值Mpa Mpam/S 查表(126)2.验算轴承的验算轴承的v值值 Mpa m/S m/S平均速度v值值 Z环的数目 2.验算轴承的16 127 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一一.流体摩擦流体摩擦 流体中任意点处切应力均与该处流体的速度梯度成正比流体中任意点处切应力均与该处流体的速度梯度成正比 比例系数比例系数粘度粘度流体的流体的 内摩擦力内摩擦力二二.流体动力润滑流体动力润滑流体动力润滑流体动力润滑：两相对运动两相对运动物体的摩擦表面，物体的摩擦表面，借助借助相对速度相对速度产生的油膜把两产生的油膜把两表面完全隔开，由表面完全隔开，由油膜产生的压力油膜产生的压力来来平衡外载荷平衡外载荷 127 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算一.流体摩17 楔效应承载机理楔效应承载机理平行板平行板相对运动相对运动流速直线分布流速直线分布油无内压力油无内压力不平行板不平行板相对运动相对运动流速变化流速变化油有内压力油有内压力 楔效应承载机理平行板相对运动流速直线分布油无内压力18 假设：假设：牛顿流体（牛顿流体（）层流流动、不计重力、层流流动、不计重力、大气压影响、油不可压缩大气压影响、油不可压缩三三.流体动力润滑基本方流体动力润滑基本方程程平衡方程：平衡方程：整理可得：整理可得：流体的压力变化与速度的变化情况成正比流体的压力变化与速度的变化情况成正比 假设：牛顿流体（）三.191.油层的速度分布油层的速度分布直线直线抛物线抛物线2.润滑油流量润滑油流量各截面流量相等各截面流量相等1.油层的速度分布直线抛物线2.润滑油流量各截面流量相等20流体动力润滑的必要条件：流体动力润滑的必要条件：雷雷诺诺方程：方程：当当hh0时，时，0，p沿沿x方向方向 增大增大当当 hh0时，时，0，p沿沿x方向方向 减少减少 流体必须有流体必须有粘度粘度，供应充分，供应充分 两表面必须有两表面必须有相对速度相对速度，油从大口进，小口出，油从大口进，小口出 相对滑动两表面必须现成收敛的相对滑动两表面必须现成收敛的楔形油隙楔形油隙流体动力润滑的必要条件：雷诺方程：当hh0时，021 四四 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 五五 径向滑动轴承的几何关系和承载量系数径向滑动轴承的几何关系和承载量系数1 几何关系几何关系n=0n0n0直径、半径间隙：直径、半径间隙：=Dd，=Rr=2相对间隙：相对间隙：=d=r，=r 四 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 五 径向滑动轴222 承载量系数承载量系数偏心距与偏心率：偏心距与偏心率：e=OO1，=e最小油膜厚度：最小油膜厚度：hmin=e=（1 ）=r（1 ）F=油膜的油膜的总承承载能力能力 =油膜油膜压力乘面力乘面积基本思路：基本思路：建立极坐标建立极坐标积分积分某点的压力某点的压力积分积分单位宽度上油膜的承载单位宽度上油膜的承载能力能力积分积分油膜的总承载能力油膜的总承载能力2 承载量系数偏心距与偏心率：e=OO1，=e23 承载量系数承载量系数Cp结果：结果：B轴承宽度轴承宽度 d轴承直径轴承直径 轴承角速度轴承角速度油的粘度油的粘度 C与与B/d和和 有关的系数有关的系数 承载量系数Cp结果：B轴承宽度 d轴承直径24 六六 最小油膜厚度最小油膜厚度hmin表127讨论：讨论：一定，一定，Cp F Cp一定，一定，F，hmin F 矛盾：矛盾：F t，又，又 hmin越小，则越小，则 越大，越大，F越大。但加工精度有限，越大。但加工精度有限，hmin应比误差大，即应比误差大，即 六 最小油膜厚度hmin表127讨论：hmin越小，则25 七七 轴承的热平衡计算轴承的热平衡计算轴承产生的热量轴承产生的热量Q=油流动带走热量油流动带走热量Q1 +轴承散发热量轴承散发热量Q2保证液体动力润滑的条件：保证液体动力润滑的条件：充分的供油量充分的供油量 收敛的油楔收敛的油楔 两表面不直接接触两表面不直接接触目的：目的：控制油温，避免粘度降低控制油温，避免粘度降低Rz1、Rz2 轴颈、轴承孔表面粗造度十点高度轴颈、轴承孔表面粗造度十点高度S安全系数安全系数 S21 热平衡条件：热平衡条件：七 轴承的热平衡计算轴承产生的热量Q=油流动带走热26两种情况：两种情况：ti 3540 容易容易达到热平衡，可降低达到热平衡，可降低tm，增大粗造度，增大粗造度ti 3540 不易不易达到热平衡，可加大间隙，降低粗造度达到热平衡，可加大间隙，降低粗造度2 温升温升3 校核进口油温校核进口油温tic 比热容比热容 见附录见附录密度密度s传热系数传热系数 f摩擦系数摩擦系数 耗油量系数耗油量系数tm给定的平均温度给定的平均温度 tm=5075两种情况：2 温升3 校核进口油温tic 比热容 见27 八八 参数选择参数选择1 宽径比宽径比 B/d=0.31.5高速重载取小值高速重载取小值低速重载取大值低速重载取大值 估算需要的粘度：估算需要的粘度：B/d 运转稳定性运转稳定性，承载能力，承载能力端泄端泄,t2 相对间隙相对间隙3 粘度粘度估算需要的间隙：估算需要的间隙：八 参数选择1 宽径比 B/d=0.31.5高速重载28 九九 设计计算步骤设计计算步骤计算计算Cp 选选B/d值值选材料选材料验算验算p、pv、v估算估算选油牌号选油牌号估算估算验算验算hmin计算计算t 验算验算ti 九 设计计算步骤计算Cp 选B/d值选材料29 小小 结结:1.滑动轴承的结构及分类滑动轴承的结构及分类 2.滑动轴承（轴瓦滑动轴承（轴瓦 轴承衬）的材料轴承衬）的材料 3.非全液体滑动轴承的设计非全液体滑动轴承的设计4.流体动力润滑的形成原理条件流体动力润滑的形成原理条件5 动压轴承的承载原理和形成过程动压轴承的承载原理和形成过程6 动压轴承的设计的基本思路动压轴承的设计的基本思路 小 结:30