2011 春滑动轴承

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,12,章 滑动轴承,12-1,概述,12-2,滑动轴承的结构形式,12-3,滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5,滑动轴承润滑剂的选用,12-4,轴瓦结构,12-6,不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-8,其它 形式滑动轴承简介,12-7,液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,1,轴承,2,薄壁轴瓦,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,3,4,1,）支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；,2,）减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,分类：,滚动轴承,轴承的功用：,滑动轴承,应用实例,：,汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。,优点多，应用广,用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。,5,由于滑动轴承的,摩擦损耗,一般较大，维护,也比较复杂，故很多场合常为滚动轴承取代。,只是由于滑动轴承本身一些独特的特点，使,得在某些特殊场合仍占重要地位。目前，滑,动轴承主要应用于以下几种情况：,1,、 滑动轴承的应用,12.1,概述,6,1,）工作转速高的轴承：因转速高，用滚动轴承，,Lh,将大大降低。,2,）特重型轴承；采用滚动轴承，造价太高（需单件生产）。,3,）要求对轴的支承位置特别精确的轴承；因滑动轴承比滚动轴承影响精度的零件数要少，故可制造得更精确。,4,）承受巨大冲击和振动载荷的轴承；,5,）据装配要求须做成剖分的轴承；,如曲轴轴承；,7,1.,干摩擦,固体表面直接接触，因而,不允许出现干摩擦！,2.,边界摩擦,12-1,概述,摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,运动副表面有一层厚度,1.5,时，由于轴的弯曲变形和安装误差，将导致轴承两端边缘接触而使得载荷集中更为严重，从而造成轴承温升过高和加快局部磨损。这时可采用自动调心滑动轴承,自动调心轴承,B,d,26,作用：,用来承受轴向载荷,二、 推力（止推）滑动轴承,组成：,推力滑动轴承由,3,部分组成，即推力轴颈、推力轴瓦和轴承座。在混合摩擦滑动轴承中有时轴瓦和轴承座制成一体。,止推滑动轴承结构如图所示，可分为三种形式：（,a,）实心止推滑动轴承，轴颈端面的中部压强比边缘的大，润滑油不易进人，润滑条件差。 （,b,）空心止推滑动轴承，轴颈端面的中空部分能存油，压强也比较均匀，承载能力不大。 （,c,）多环止推滑动轴承，压强较均匀，能承受较大载荷。但各环承载不等，环数不能太多。,27,第,12,章 滑动轴承,12-1,概述,12-2,滑动轴承的结构形式,12-3,滑动轴承的失效形式及常用材料,12-5,滑动轴承润滑剂的选用,12-4,轴瓦结构,12-6,不完全液体润滑滑动轴承设计计算,12-8,其它 形式滑动轴承简介,12-7,液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,28,3.,滑动轴承的失效形式及常用材料,（一）滑动轴承的失效形式,磨粒磨损,进入轴承间隙间的硬颗粒（如灰尘、砂粒等）嵌入轴承表面，,它们对轴颈和轴承表面起研磨作用。导致几何形状改变、精度丧,失，轴间隙加大，使轴承性能在预期寿命前急剧恶化。,非金属外部颗粒磨损结果,(200:1),金属外部颗粒磨损结果,(100:1),29,在安装时,如果轴瓦安装不正确,引起扭曲或局部接触,在工,作时就很容易使轴瓦局部损坏。,安装不正确引起的损坏,咬粘（胶合）,当轴承温升过高，载荷过大，,油膜破裂时，在润滑油供应不足条,件下，轴颈和轴的相对运动表面材,料发生粘附和迁移，从而造成轴承,损坏。,30,疲劳剥落,在载荷反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂,纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥,落。,腐 蚀,润滑剂在使用中不断氧化生成酸性物质对轴承材料有腐蚀性，,特别是对铸造铜铅合金中的铅，易受腐蚀而形成点状的脱落。,受腐蚀而形成点状的脱落,31,由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流体侵蚀、,电侵蚀和微动磨损等损伤。,气蚀,电侵蚀,32,微动磨损,-,发生在名义上相对静止，实际上存在循环,的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。,其它失效形式,:,气蚀,-,气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；,流体侵蚀,-,流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；,电侵蚀,-,电化学或电离作用引起的机械磨损；,轴瓦失效实例,:,潘存云教授研制,疲劳点蚀,潘存云教授研制,表面划伤,潘存云教授研制,轴瓦磨损,33,二、轴承材料,对材料性能要求,良好的减摩性、耐磨性和咬粘性。,良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性。,足够的强度和抗腐蚀的能力。,良好的导热性、工艺性、经济性等。,常用轴承材料,轴承合金、铜合金、铸铁、铝基合金。,多孔铁、多孔质青铜。,酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯。,轴承合金,类 型,锡基轴承合金,铅基轴承合金,特 点,嵌入性和摩擦顺应性最好 ，易于轴颈磨合，但强度低，价格较贵。,应 用,重载、中高速场合。,金属材料,多孔质金属材料,非金属材料,34,材料要求：,轴瓦及轴承衬材料,1,）摩擦系数小；,2,）导热性好，热膨胀系数小；,3,）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；,4,）有足够的机械强度和塑性。,轴承衬,一、轴承合金（白合金、巴氏合金）,1,）锡锑轴承合金,优点：,f,小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。,35,2,）青铜,缺点：,价格贵、机械强度较差；,只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。,工作温度：,t120,由于巴式合金熔点低,优点：,青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性,都优于轴承合金。工作温度高达,250,。,缺点：,可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。,铝青铜,铅青铜,锡青铜,中速重载,中速中载,低速重载,36,3,）具有特殊性能的轴承材料,含油轴承：,用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。,橡胶轴承：,具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。,塑料轴承：,具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。,运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大， 油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。,铸铁：,用于不重要、低速轻载轴承。,缺点：,导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此,缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,37,表,12-1,常用轴瓦及轴承衬材料的性能,材料及其代号,铸锡锑轴承合金,ZSnSb11Cu6,铸铅锑轴承合金,ZPbSb16Sn16Cu2,铸锡青铜,ZCuSn10P1,铸锡青铜,ZCuSn5Pb5Zn5,铸铝青铜,ZCuAl10Fe3,p,Mpa,pv,Mpa.m/s,平稳,冲击,25,20,20,15,HBS,金属型 砂型,最高工作温度,轴径硬度,150HBS,150HBS,45HBC,45HBC,45HBC,150,150,280,280,280,27,30,90,80,65,60,110,100,15,15,8,15,10,15,15,12,38,整体式滑动轴承,(a),无油沟轴套,; (b),有油沟轴套,39,12-4,润滑剂和润滑装置,一、,润滑剂,作用：,降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,分类,液体,润滑剂,-,润滑油,半固体,润滑剂,-,润滑脂,固体,润滑剂,1.,润滑油,在用的大部分润滑油为矿物油（石油）,粘度,-,重要参数,在轴承中，润滑油最重要的物理参数是粘度，它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。,A,、,B,两板之间充满了液体，,B,板静止，,A,板水平移动速度为,v,。由于液体与金属表面的吸附作用，,A,板表面的液体速度为,v,，而,B,板表面的液体速度为,0,。两板之间的速度呈线性分布。,液体层与层之间摩擦切应力：,=,du,dy,-,牛顿液体流动定律,-,液体的,动力粘度，,简称,粘度,量纲：,力,时间,/,长度,2,单位：,N s,/m,2,(Pa ,s,),或泊：,1P=1 dyn s,/cm,2,运动粘度：,=,单位：,m,2,/,s,或斯,St,：,cm,2,/,s,或厘斯,cSt,：,1St=100 cSt,实验结果：,o,x,y,y,dy,du,分析位置,y,处薄层的受力,A,B,我国石油产品是用运动粘度标定的,40,表,12-2,常用常用润滑油的主要性质,名 称,全损耗,系统用油,GB443-89,汽轮机油,GB11120-89,代 号,40,的粘度,mm,2,/s,L,-,AN7 6.127.48,-,10 110,凝点,C,闪点,(,开式,),C,用于高速底负荷机械、精密机床、纺织纱锭的润滑和冷却。,普通机床的液压油。用于一般滑动轴承、齿轮、蜗轮的润滑,用于重型机床导轨、矿山机械的润滑。,用于汽轮机、发电机等高速高负荷轴承和各种小型液体润滑轴承,L-AN100 90110 0 210,L,-,AN10 9.011.0,-,10 125,L,-,AN15 13.516.5,-,10 165,L,-,AN32 28.832.2,-,10 170,L,-,AN46 41.450.6,-,10 180,L,-,AN68 61.274.8,-,10 190,L-TSA32 28.835.2,-,7 180,L-TSA46 41.450.6,主要用途,41,0.08,0.07,0.06,0.05,0.04,0.03,0.02,0.01,30,40,50,60,70,80,90,2.,润滑脂,润滑油的特性：,1,）温度,t,2,）压力,p,选用原则：,1),载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；,2),载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；,-,润滑油与各种稠化剂（钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成。,优点：,密封简单、不需要经常添加、不易流失；对速度和温度不敏感，适用范围广。, ,但,p,350,才开始氧化， 可在水中工作。,-,摩擦系数低，使用温度范围广,(,-,60300,),，但遇水性能下降。,-,摩擦系数低，只有石墨的一半。,使用方式：,1.,调和在润滑油中；,2.,涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；,3.,混入金属或塑料粉末中烧结成型。,其应用日渐广泛,43,二、润滑装置,1.,油杯,针阀式油杯,旋盖式油杯,脂用,压注式油杯,弹簧盖油杯,44,2.,油环,45,一、,向心轴承,在,油、脂,中加入少量,石墨,或,二流化钼,粉末，形成边界油膜，填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。,1.,轴承的压强,p,F-,径向载荷，,B-,轴瓦宽度，,d-,轴径，,p-,许用压强。,15-5,非液体摩擦滑动轴承的计算,限制轴承压强,p,，以保证润滑油不被过大的压力挤出，从而避免轴瓦产生过渡的磨损。,p=,p,F,Bd,表,15-1,常用轴瓦及轴承衬材料的性能,材料及其代号,铸锡锑轴承合金,ZSnSb11Cu6,铸铅锑轴承合金,ZPbSb16Sn16Cu2,铸锡青铜,ZCuSn10P1,铸锡青铜,ZCuSn5Pb5Zn5,铸铝青铜,ZCuAl10Fe3,p,Mpa,pv,Mpa.m/s,平稳,冲击,25,20,20,15,HBS,金属型 砂型,最高工作温度,轴径硬度,150HBS,150HBS,45HBC,45HBC,45HBC,150,150,280,280,280,27,30,90,80,65,60,110,100,15,15,8,15,10,15,15,12,46,2.,轴承的,pv,值,压强限制,p,以保证润滑剂不被挤出,n-,转速，,pv-,许用值。,pv =,F,Bd,dn,60,1000,pv,pv,与功耗成正比，它表征了轴承的发热因素，,pv,越大，温升越高，越容易引起油膜的破裂,二、,推力轴承,z-,轴环数,pv,m,=pv,p,考虑承载的不均匀性，,p,、,pv,应降低,2040%,F,d,1,d,2,F,d,1,d,2,47,一、动压润滑的形成和原理和条件,15-6,动压润滑的基本原理,F,F,F,F,先分析平行板的情况。板,B,静止，板,A,以速度向左运动，板间充满润滑油，无载荷时， 液体各层的速度呈三角形分布，近油量与处油量相等，板,A,不会下沉。但若板,A,有载荷时，油向两边挤出，板,A,逐渐下沉，直到与,B,板接触。,两平形板之间不能形成压力油膜！,v,v,v,h,1,a,a,h,2,c,c,如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布，且板,A,有载荷， 当板,A,运动时，两端速度若程虚线分布，则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的，必将在板内挤压而形成压力，迫使进油端的速度往内凹，而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹，出油端间隙小而速度曲线外凸，进出油量相等，同时间隙内形成的压力与外载荷平衡，板,A,不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样，从凹三角形过渡到凸三角形，中间必有一个位置呈三角形分布。,动压油膜,-,因运动而产生的压力油膜。,v,v,v,h,0,b,b,F,48,F,形成动压油膜的必要条件：,1.,两工件之间的间隙必须有楔形间隙；,2.,两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体；,3.,两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来。,F,y,=F,F,x,0,F,y,=F,F,x,=,0,向心轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴起抬,转速继续升高,质心,左移,稳定运转,达到工作转速,e,-,偏心距,e,49,B,二、流体动压润滑的基本方程,假设条件：,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；,3.,润滑油粘度,不随压力而变化；,4.,润滑油处于层流状态。,取微单元进行受力分析,:,+d,p+dp,p,A,x,z,y,pdydz+,(,+d,),dxdz-,(,p+dp,),dydz,dxdz=,0,=,d,d y,dx,dp,dy,du,=,整理后得：,又有：,=,dx,dp,d,2,u,d y,2,得：,任意一点的油膜压力,p,沿,x,方向的变化率，与该点,y,向的速度梯度的导数有关。,对,y,积分得：,u= y,2,+C,1,y+C,2,2,1,dx,dp,边界条件：,当,y=0,时，,u=,-,v,C,2,=,-,v,当,y=h,时，,u=,0,C,1,=,h +,2,1,dx,dp,h,v,50,v,v,F,a,a,c,c,x,z,y,代入得：,u=,(,y,2,-,hy,),+,2,1,dx,dp,v,h,y,-,h,任意截面内的流量：,依据流体的连续性原理，通过不同截面的流量是相等的,b,-,b,截面内的流量：,该处速度呈三角形分布，间隙厚度为,h,0,负号表示流速的方向与,x,方向相反，因流经两个截面的流量相等，故有：,=6,v,dx,dp,h,0,-,h,h,3,得：,-,一维雷诺方程,由上式可得压力分布曲线,:,p=f(x),在,b-b,处：,h=h,0,，,p=p,max,速度梯度,du/dy,呈线性分布，其余位置呈非线性分布。,流量相等，阴影面积相等。,液体动压润滑的基本方程，它描述了油膜压力,p,的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度,h,之间的关系。,p,max,x,p,h,0,b,b,51,15-7,液体动压多油楔轴承简介,将轴瓦内孔做成特殊形状，以产生多个动压油膜，提高轴承的,工作稳定性,和,旋转精度,。,一、椭圆轴承,特点：,形成两个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗加,大、供油量增大、承载能力降低。,矢量之合,二、三油楔轴承,特点：,形成三个动压油膜，提高了旋转精度和稳定性。,摩擦损耗加大、承载能力降低，制造困难。,固定式,可倾式,F,O,1,O,3,O,2,F,O,1,O,2,制造时两半之间加垫片，镗出圆孔，使用时拆去垫片即可。,52,节流器,节流器,D,15-8,静压轴承与空气轴承简介,一、,静压轴承,工作原理：,依靠供油装置，将高压油压入轴承间隙中，强制形成油膜。,特点：,静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,d,0,d,0,常用节流器,关键器件：,节流器,节流器作用：,根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。,油台,起密封作用,53,二、空气轴承,空气也是一种流体润滑剂，其粘度只有,L-AN7,润滑油的,1/4000,， 摩擦力小到可忽略不计，因此可用于数十万转的超高速轴承。,空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。,分静压和动压两种。,气膜厚度,-,-20,m,制造精度,严格过滤,优点：,1),不随温度变化，可用于高温或低温；,2),没有油污染的危险；,3),回转精度高，运行噪音低。,缺点：,承载能力不大，密封困难。,54,本 章 要 求,(1),了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。,(2),熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料。,(3),了解润滑剂和润滑装置。,55,二 滑动轴承的结构,一、径向滑动轴承,1.,整体式轴承,2.,剖分式轴承,3.,调心式滑动轴承,56,1,轴承座；,2,整体轴瓦；,3,油孔；,4,螺纹孔,1.,整体式轴承,57,整体式轴承特点：,2,安装轴承作轴向位移，不方便,1,无法调节轴颈和轴承孔间隙，磨损后必须更换轴套,应用场合：,低速、轻载或间歇运转,绞车、手动起重机,58,1,轴承座；,2,轴承盖；,3,双头螺柱；,4,螺纹孔；,5,油孔；,6,油槽；,7,剖分式轴瓦,2.,剖分式轴承,59,60,特点：装拆方便，间隙可调，应用广,所受径向载荷一般在剖分面的垂直中心线,35,度范,围内，否则须采用斜剖分。,61,3.,调心式滑动轴承（当宽径比,B/d1.5-1.75),62,一、油孔及油沟,目的,把润滑油导入整个摩擦面间，使滑动轴承获得良好的润滑。,四 滑动轴承的润滑剂及润滑装置,原则,（,1,）油沟的轴向长度应比轴瓦长度短（大约为轴瓦长度的,80%,），不能沿轴向完全开通，以免油从两端大量流失；,（,2,）油孔及油沟应开在非承载区，以免破坏承载区润滑油膜的连续性，降低轴承的承载能力。,63,(2),部分式滑动轴承,对开式轴承,(,剖分轴套,),部分式轴承,(,整体轴套,),特点：结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安,装方便。,应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器中。,64,三、轴瓦的结构和滑动轴承的材料,1.,轴瓦的结构,常用的轴瓦结构有,整体式,和,剖分式,两类。,整体式,部分式,65,