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,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,机械设计,第七章,滑动轴承设计,7,-,1 概 述,按承载方向分,向心滑动轴承,推力滑动轴承,主要承受,径向载荷,F,r,主要承受,轴向载荷,F,a,一、滑动轴承分类,：,按摩擦状态分,非液体摩擦滑动轴承,和,液体摩擦滑动轴承,；,按构造形式分整体式、剖分式 和 自动调心式等；,滑动轴承,(,轴瓦,),间隙配合,F,r,第七章 滑动轴承设计概述,二、,滑动轴承的摩擦状态,：,1、干摩擦状态,应避开此种摩擦状态。,摩擦面间无润滑剂，功率损失严峻，磨损猛烈，温上升，轴瓦易破坏。,摩擦面微观现象,2、边界摩擦状态,摩擦外表间有润滑油存在，油中的极性分子吸附在金属外表上，形成了一层极薄的边界油膜。,但仍有尖峰局部直接接触。,摩擦系数,f,0.010.1,边界油膜,放大,第七章 滑动轴承设计概述,3、液体摩擦状态,两摩擦外表完全被润滑油分隔开，形成了肯定厚度的压力油膜。,是润滑油分子之间的摩擦，摩擦系数微小，f 0.0010.008。,重要轴承承受这种摩擦状态。,压力油膜,4、混合摩擦状态,半干摩擦、边界摩擦、半液体摩擦、液体摩擦状态混合,多数滑动轴承处于这种摩擦状态。,非液体摩擦滑动轴承 边界摩擦或混合摩擦状态,液体摩擦滑动轴承 液体摩擦状态,静压轴承,动压轴承,第七章 滑动轴承设计概述,滑动轴承的适用场合,：,低速轻载、精度不高,非液体摩擦滑动轴承,高 速,滚动轴承寿命大为降低,重 载,滚动轴承造价高,承受巨大冲击和振动载荷,油膜的缓冲和阻尼作用,支承精度特殊高,滑动轴承零件少,某些特殊场合,径向尺寸受限制、曲轴轴承等,三、滑动轴承的主要特点,：,工作平稳，无噪声；,适合于高速(液体摩擦)；,液体摩擦时功率损失小；,径向尺寸小而且,可剖分,。,连杆,第七章 滑动轴承设计概述,体中内摩擦阻力的大小。,常用润滑剂第十四章：,润滑油,1、润滑油的性能及选择,黏度:,四、滑动轴承的润滑,润滑脂,固体润滑剂,表征了流淌的液,牛顿流体黏性定律：,动力黏度,油层间的剪应力,速度梯度,u,=,v,移动件,O,x,y,h,y,静止件,u,平行平板间油的流淌,v,液体层流,液体，用途最广泛；,半固体，一般用于中、低速；,主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。,黏度越高,内摩擦力越大,第七章 滑动轴承设计概述,黏度是最重要的性能指标，是选择润滑油的主要依据。,黏度的单位:,动力黏度,运动黏度,单位 Pa S帕秒，1 PaS1N S/m2,主要用于流体动力学计算,同温下流体的密度(kg/m,3,),运动黏度单位换算,国际单位制,物理单位,称为 St(斯),常用单位,称为cSt(厘斯),工业用润滑油的黏度用运动黏度，单位用cSt厘斯。,第七章 滑动轴承设计概述,留意：润滑油的黏度并不是定值，,随,温度,和,压力,的变化而变化，,温度的影响最大,。,温度上升,黏度下降,压力上升,黏度上升,但压力对黏度的影响较小，通常无视不计。,油性:,也称润滑性，表征油,国标规定，,40,时黏度的平均值为该润滑油牌号的黏度。,中的极性分子对金属外表的吸附性能。油性好则摩擦系数小,黏温曲线,第七章 滑动轴承设计概述,润滑油的选择原则：,凝点,反映润滑油的,低温,工作性能。,闪点,反映润滑油,高温,下,工作的安全性。,载荷大难以形成油膜，,速度高摩擦力大，,工作温度高黏度下降，,2、润滑脂的性能及选择,依据黏度选择润滑油的牌号,压强大油易被挤出，,钙基润滑脂,抗水性好、耐热性差、价廉,钠基润滑脂,抗水性差、耐热性好、防腐性较好,锂基润滑脂,抗水性和耐热性好,铝基润滑脂,抗水性好、耐热性差、有防锈作用,选黏度高的油,选黏度低的油,选黏度高的油,选黏度高的油,第七章 滑动轴承设计概述,针入度,表征润滑脂的稀稠度，类似于油的黏度；,滴 点,表征润滑脂耐高温的性能。,润滑脂的选择原则：,工作环境有水汽，选钙基润滑脂或铝基润滑脂；,工作温度高，选钠基润滑脂；,有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。,润滑脂的主要性能指标：,润滑脂越稠,针入度,承载力量,摩擦阻力,润滑脂工作温度一般应低于滴点2030,润滑脂常用于低速、轻载的非液体摩擦滑动轴承中,第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承,一、失效形式,1、磨损,导致轴承协作间隙加大，影响轴的旋转精度，甚至使轴承不能正常工作。,1、限制轴承的压强,p,高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使轴瓦外表上的材料焊粘在轴颈外表而消失胶合。,二、设计计算准则,(,近似计算,),7,-,2 非液体摩擦滑动轴承的设计,2、胶合 烧瓦,目的 防止轴瓦过度磨损。,l,d,F,r,向心滑动轴承：,平均压强,p,max,许用压强，查表 7,-,2,径向滑动轴承,p,第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承,z,推力环的数目,k,考虑油槽使支承面积减小，常取0.80.9,2、限制轴承的,pv,值,目的 掌握轴承的发热量，防止胶合破坏。,pv,f,单位面积上的摩擦功率损失,所以，,pv,值表征了轴承发热量的大小。,pv,发热量,温升,润滑效果,胶合失效,d,d,0,F,a,推力滑动轴承:,向心滑动轴承：,n,z,k,多环时适当降低,f,摩擦系数,v,轴颈线速度,查表 7,-,2,d,第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承,p,p,v,v,防止胶合：,pv,pv,防止磨损：,许用线速度查表 7,-,2,3、限制滑动速度,v,目的 防止滑动速度过高而引起磨损,推力滑动轴承:,v,m,端面平均线速度,d,m,平均直径,取 2,4,d,d,0,F,a,n,d,m,第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承,三、非液体摩擦滑动轴承设计步骤,确定轴承构造形式,确定轴承宽度,l,和孔径,d,验算,p,、,pv,、,v,选择轴承的协作,选择润滑剂与润滑装置,选择轴瓦材料,选择宽径比,l,/,d,:,l,/,d,=0.51.5,l,/,d,承载力量,散热性能,且易偏载,l,/,d,油易流失,承载力量,l,d,润滑装置一针阀式油杯,润滑装置二油芯式油杯,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,v,F,两摩擦外表平行，不会产生动压油膜,v,p,两摩擦外表成楔形间隙，产生了动压油膜,进油口,出油口,进油口,出油口,一、动压油膜的形成机理,F,压力油膜形成,相对运动动压油膜,外界供给压力油静压油膜,F,压力油膜,7,-,3,液体摩擦动压向心滑动轴承设计,拥挤使进口流速减慢、出口流速加快,间隙内的润滑油形成了拥挤,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,二、液体动压润滑的根本方程雷诺方程,两刚性板形成楔形间隙，,间隙内连续布满润滑油。,假设：,1z 方向润滑油无流淌；,2润滑油处于层流状态；,3油压 p 不随 y 值变化；,4黏度不随压力变化；,5润滑油不行压缩。,从油膜中取出微单元体，边长分别为,dx,、,dy,、,dz,，受力如图,由,x,方向力的平衡得：,依据流体黏性定律：,p,沿,x,的变化率取决于该点速度梯度的导数,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,线性分布,抛物线分布,p,对,y,积分：,边界条件：,任意截面上单位宽度(,z,=,1)的流量(,x,方向)：,设油膜压力最大处的间隙为,h,0,，,润滑油是连续、不行压缩的，各截面流量应相等,移动板速度,间隙高度,x,y,v,h,0,C,1,、,C,2,积分常数,由假设3知，,关于,y,是常数。,此处的,=0，故,h,u,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,假设考虑油的 z 向流淌，可导出二维雷诺方程：,二维雷诺方程常用数值法求解，如有限差分法。,设计时通常用一维雷诺方程近似计算油膜压力。,得一维雷诺方程：,即：,因假设,p,只与,x,相关，故一维雷诺方程可写成：,据此，可求解出间隙内各点的油膜压强,p,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,争论之一,动压油膜承载机理,两板不平行,因,h,h,0,，,故,dp,/,dx,0。,假设外界供给的油无压力，,则,p,0，不能形成动压油膜。,流速线性分布,由于拥挤而产生了压力。,dp,/,dx,0时为负；,dp,/,dx,0时为正,雷诺方程,两板平行,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,争论之二,形成动压油膜的必要条件,v,进油口,出油口,假设 hh0，,则,dp/dx,0，,油压无变化。,间隙内必需连续布满具有肯定黏度的润滑油或其他流体；,两工作外表必需具有肯定的相对滑动速度；,运动方向应保证润滑油从,大口流进、小口流出,。,为了使油膜压力与外载平衡，还必需使黏度、滑动速度v、间隙大小等匹配适当。,留意：,进油口,出油口,v,否则会产生负压。,两工作外表必需形成收敛的楔形间隙；,两工作外表相互吸引,不能承受外载,动画演示,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,油膜压力,偏心距,e,n,轴心线会产生漂移,o,1,o,2,静止,F,r,金属表面直接接触,(,n,0,),n,o,1,o,2,启动,F,r,摩擦力使轴颈右移,（,n,小）,o,1,o,2,n,不稳定运行,F,r,形成油膜，有左向分力,（,n,增大）,多油楔轴承可提高旋转精度,争论之三,向心滑动轴承动压油膜的形成过程,弯曲的楔形间隙,满足必要条件之一,n,时，,e,=,0?,o,1,o,2,n,稳定运行,F,r,油膜压力与外载平衡,e,多油楔滑动轴承图片,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,R,r,1、半径间隙,三、动压向心滑动轴承的主要参数及其选择,=R r,R,与,r,公称值相等，,的值取决于协作公差。,例：,轴承协作：,孔偏差：,轴偏差：,最小半径间隙：,最大半径间隙：,则半径间隙,在3055m之间,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,或查表7,-,3,R,r,2、相对间隙,油膜压力,摩擦阻力,承载力量,回转精度,温升,选取原则：,载荷大、回转精度要求高,取小些；,转速高,取大些。,可按经验公式,估算,选定值 计算 选择协作公差，,间隙的相对大小,使,min,max,线速度,此,r,为公称尺寸,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,l,d,但承载力量小、耗油量大。,滑动轴承工作时，,常在 0.50.95 之间。,在01之间变化，反映了轴承的承载力量，,3、,轴承的宽径比,l,/,d,l,/,d,油膜压力,易偏载,承载力量,散热差,温升,l,/,d,温升,选择：,查表 7,-,4,4、偏心率,=,e,/,载荷,、,转速,偏心率,o,1,o,2,e,(偏心距),e,n,F,O,1,O,2,p,max,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,以,O,1,-,O,2,的连线为极坐标轴；,5、最小油膜厚度,h,min,在任意角,处：,h+e cos 1+cos,在,0,处：,h01+cos0,当,时，油膜厚度最小：,hmine 1 r1,h,min,1,a,0,2,h,h,0,a,外载荷偏位角；,1,动压油膜的起始角；,2,动压油膜的终止角；,0,油膜压力最大处；,任意位置角；,载荷油膜角；,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,hminr1,h,min,(即,),油膜压力,承载力量,但 hmin受外表粗糙度、外形误差、轴变形等因素的限制，不能太小。,为使动压轴承正常工作，设计时，应使,h,min,h,min,轴瓦外表粗糙度,轴颈外表粗糙度,四、动压向心滑动轴承承载力量计算,目的：,在肯定的外载荷作用下，确定轴承参数，计算油膜压力，并使最小油膜厚度 hmin 符合设计要求。,假定：,轴承无限宽，润滑油无轴向z 向流淌，,故承受一维雷诺方程。,假设hmin过小，可能形成不了动压油膜。,R,z2,比,R,z1,低一个等级,R,z1,1.6,R,z2,3.2,(23)(,R,z1,+,R,z2,),dx,第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承,d,o,x,r,需将直角坐标转化成极坐标：,则,dx,=
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