滑动轴承设计与计算

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,*,第二十二章 滑动轴承,概述,22.1,滑动轴承的类型与结构,22.2,滑动轴承材料,22.3,润滑剂与润滑方法的选用,22.4,滑动轴承的设计计算,22.5,流体静压轴承,1,概 述,滑动轴承,与轴颈表面形成滑动摩擦副的轴承,组成、特点及应用,不同类型、不同应用场合的滑动轴承,其重要程度和运转参数差异非常大,结构的复杂程度和价格差异亦极大。因而，滑动轴承的设计计算，在要求和工作量方面也有很大的差别。,滑动轴承设计计算内容,2,概 述,决定轴承的结构型式;,选择轴瓦、衬层和涂覆层材料,；,确定轴承几何参数；,选择润滑剂和润滑方法；,计算轴承工作能力，确定轴承运转参数。,3,21.1,滑动轴承的类型与结构,按能承受的载荷方向,滑动轴承的类型与应用,径向轴承,推力轴承,4,22.1,滑动轴承的类型与结构,按能承受的载荷方向,滑动轴承的类型与应用,径向轴承,推力轴承,径向推力轴承,5,按摩擦状态,滑动轴承的类型与结构,干摩擦轴承,无润滑轴,承,固体润滑轴承,流体摩擦（润滑）轴承,流体动压轴承,流体静压轴承,动静压混合润滑轴承,流体摩擦,混合摩擦（润滑）轴承:,干摩擦、边界摩擦、流体摩擦共有的摩擦状态,6,滑动轴承的结构,径向轴承,滑动轴承的类型与结构,3）调心轴承,1）整体式,2）剖分式,7,推力轴承结构,a),圆止推面,b),环形止推面,c),单止推环,d),多止推环,滑动轴承的类型与结构,8,轴瓦,滑动轴承的类型与结构,轴瓦包括径向轴承的轴瓦、轴套和推力轴承的推力瓦。,轴瓦,单层(金属)轴瓦和多层(金属)轴瓦,厚壁轴瓦和薄壁轴瓦,带挡边和不带挡边轴瓦,9,轴套,滑动轴承的类型与结构,带挡边和不带挡边轴套;,单层和多层轴套,油孔、油槽和油室,10,滑动轴承的类型与结构,油孔、油槽和油室,11,22.2,滑动轴承材料,对轴瓦材料性能的要求,1减摩性,成副材料的属性(不是单一材料的属性),2嵌入性,材料允许润滑剂中外来硬质颗粒嵌入而防止刮伤和磨粒磨损的性能。,3顺应性,12,3顺应性,滑动轴承材料,材料靠表层的弹塑性变形补偿滑动摩擦表面初始配合不良,和轴的挠曲的性能。,4耐磨性,配副材料抵抗磨损的性能。,5耐气蚀性,材料抵抗气蚀(磨损)的性能。,6磨合性,在轴颈与轴瓦初始接触的磨合阶段，减小轴颈或轴瓦加工,误差、同轴度误差、表面粗糙度，使接触均匀，从而降低,摩擦力、磨损率的性能。,13,轴瓦材料的种类,滑动轴承材料,1 金属材料,铸造锡基轴承合金:如,ZSnSb12Pb10Cu4,。,铸造铅基轴承合金:如,ZPbSb16Sn16Cu2,铸造铜基轴承合金:如,ZCuSn5Pb5Zn5,ZCuSn10P1,变形(锻造)铜合金:如,CuSn8P,铸造铝基轴承合金,耐磨铸铁,2粉末冶金材料,3.非金属材料:工程塑料、炭石墨、陶瓷、橡胶,14,轴瓦表面涂层材料,滑动轴承材料,常用的表面涂层材料：,PbSn10、PbIn7、PbSn10Cu2,涂层的功能,使轴瓦表面与轴颈匹配有良好的减摩性；提供一定的嵌入性；改善轴瓦表面的顺应性；防止含铅衬层材料中的铅腐蚀轴颈。,涂层的厚度,一般为0.017,mm0.075 mm。,15,各种轴瓦材料的性能比较,滑动轴承材料,轴瓦材料,抗拉强度,b,/,MPa,弹性模量,E,/,GPa,密度,/,gcm,-3,热导率,/,W(m),-1,线胀系数,/,10,-6,-1,锡基轴承合金,80,90,48,57,7300,7380,33.5,38.5,23.1,铅基轴承合金,6080,29,930010200,20.925.1,24.028.0,铜基轴承合金,150,700,75,120,7600,9000,27,71,16,19,耐磨铸铁,200,350,表22-1 各种轴瓦材料的物理性能,16,表22-2 各种轴瓦材料的使用性能比较,滑动轴承材料,金,属,材,料,非,金,属,材,料,(,含油,),粉末冶金材料,锡,(,铅,),基轴承合金,铜基轴承合,金,铜铅合金,铸铁,塑料,木材,橡胶,炭石墨,承载能力,尚可,良,良,良,尚可,差,差,差,尚可,减摩性,优,中等,良,中等,中等,优,优,良,中等,耐磨性,尚可,优,中等,优,中等,尚可,差,尚可,中等,顺应性,优,尚可,差,差,优,良,优,中等,差,17,22.3,润滑剂与润滑方法的选用,润滑剂及其选用,滑动轴承常用润滑剂有：润滑油、润滑脂、固体润滑剂、气体润滑剂、水等。,润滑油,在一般参数下的大多数滑动轴承使用矿物油，有特殊要求时使用合成油。,为滑动轴承专门研制的主轴、轴承和有关离合器用油(,F,组)。,18,润滑剂与润滑方法的选用,2.为某些机械研制的润滑油也是用来润滑那些机械中的滑动轴承的。,润滑油的选用,轴颈线速度,v,/ms,1,0.1,0.10.3,0.30.6,0.61.2,1.22.0,2.05.0,5.09.0,9.0,轴承载荷,p,/,MPa,3,工作温度,1060,粘度等级,68,100,68,46,68,46,32,46,15,22,32,7,10,37.5,150,100,150,100,68,100,68,7.530,2080,680,1 000,680,460,320,150,220,19,轴承间隙,/,mm,0.0020.006,0.0060.010,0.0100.030,0.0300.060,主轴油牌号,L-FD 2,L-FD 3,、,5,、,7,L-FD 7,、,10,L-FD 15,、,22,主轴油的选用,高速主轴轴承一般应选用,L-FD,油，可根据轴承间隙按下表选牌号。,润滑剂与润滑方法的选用,润滑脂,脂润滑轴承可根据滑动速度参考表22-5选用润滑脂的锥入度，根据工作温度选取润滑脂品种。,20,润滑剂与润滑方法的选用,轴承工作温度,/,60,60130,130,线速度,v,/ms,-1,0.5,0.5,0.5,0.5,润滑脂品种,钙基润滑脂,羟基润滑脂,锂基润滑脂,膨润土基脂,锥入度,/(10,mm),-,1,265340,335385,220250,表22-5 脂润滑轴承润滑脂的选择,固体润滑剂,滑动轴承常用的固体润滑剂有炭石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。,21,润滑剂与润滑方法的选用,润滑方法的选用,油、脂润滑滑动轴承润滑方法的选取,K,/(N,m),1/2,s,-,3/2,2 000,2 00016 000,16 00032 000,32 000,润滑剂,润滑脂,润,滑,油,润滑方法,旋盖式注油杯润滑,滴油润滑,飞溅、油环或压力供油润滑,压力供油润滑,F,轴承的径向载荷,B,是轴承的有效宽度,d,轴颈直径；,v,轴颈的圆周速度(,m/s),22,22.4,滑动轴承的设计计算,滑动轴承的参数,径向轴承,轴颈直径,d,或半径,r,轴瓦孔直径,D,或半径,R,半径间隙,c,(,c,=,R,r,),相对间隙,(,=,c,/,r,),轴瓦宽度,B,1.几何参数,23,滑动轴承的设计计算,推力轴承,止推环的外径,d,o,或外半径,r,o,止推垫圈的内直径,d,i,或内半径,r,i,轴瓦宽度,B,、,轴颈的直径,d,、,止推环的外径,d,o,、,止推垫圈的内直径,d,i,需通过承载能力计算确定，而半径间隙,c,或相对间隙,则需要根据经验选取。,24,2.工况参数,滑动轴承的设计计算,载荷,F,(,包括大小、方向和特性)；轴的转速,n,(,包括大小、方向和特性)。一般已知。,3.热力学参数,功耗,P,、,散热量、轴承各处温度和润滑剂的温度。实测值必须在允许的范围内，通过计算在设计时加以控制。,25,无润滑轴承的设计计算,滑动轴承的设计计算,设计已知条件：轴径,d,、,转速,n,、,载荷,F、,轴瓦材料。,设计准则:轴承的,p,、,v,值不要超过轴承,材料极限,p,-,v,曲线,限定的范围。,设计步骤,1)计算出滑动速度:,v,=,dn,(,径向轴承),2)计算允许的,p,值,无润滑轴承的失效形式:磨损,26,3)确定轴承宽度,滑动轴承的设计计算,F-,轴承所承受的径向载荷,D,-,轴承直径,4）其它参数,相对间隙（,=2,c,/,d,）,=0.810,-3,(,dn,),1/4,轴瓦壁厚 推荐值见表22-7,27,滑动轴承的设计计算,28,轴瓦孔径,1018,1830,3040,4050,5065,6580,80100,100150,150200,轴瓦,壁厚,工程塑料,0.81.0,1.01.5,1.52.0,2.03.0,3.03.5,3.54.0,炭石墨,34,45,68,1012,1218,1825,表22-7 工程塑料与炭石墨轴瓦壁厚,滑动轴承的设计计算,29,含油轴承、不充分润滑轴承和固体润滑轴承的计算,滑动轴承的设计计算,1.限制轴承的单位面积载荷,p(,防止过度塑性变形和磨损),径向轴承,推力轴承,2.限制轴承滑动速度,v,(,防止高温下,过快磨损,),径向轴承,v,=,dn,v,v,=(,d,o,+,d,i,),n,/2,v,推力轴承,30,3.限制轴承的,pv,值(限制轴承发热量),滑动轴承的设计计算,径向轴承,推力轴承,将对,p,、,pv,、,v,的限制画在对数坐标图上，构成一条折线。,这种计算方法称为,条件性计算,。,p,、,v,和,pv,数据查阅相关表格。,31,液体动力润滑轴承的计算,滑动轴承的设计计算,液体动力润滑轴承是利用轴颈与轴瓦的相对速度和表面与油的粘附性能，将润滑油带入轴承间隙，建立起压力油膜而把轴颈与轴瓦隔开的一种液体摩擦轴承。描述这种润滑状态的基本方程是,雷诺方程,。从数学观点看，流体润滑计算的基本内容就是对雷诺方程的应用和求解。,（一）雷诺方程,32,滑动轴承的设计计算,h,-,油膜厚度；,-,润滑油粘度；,P,-,油膜压力；,u,-,轴颈线速度；,X,-,轴颈线速度方向的坐标；,Z,-,轴瓦表面垂直于轴颈线速度方向的坐标。,由雷诺方程得出流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件：,33,滑动轴承的设计计算,流体动力润滑轴承形成承载油膜的条件：,润滑剂要有粘度，且油膜承载能力随粘度提高而增大；,轴颈要有相对速度，且油膜承载能力随速度提高而增大；,油膜厚度是变量，且沿速度方向逐渐减小方能形成正油膜,压力，即需要轴颈和轴瓦表面形成收敛形间隙，称为油楔；,要供给充足的润滑剂。,（二）油楔形成方法,34,形成油楔是流体动压轴承的最基本条件。不同的油楔形成方法造就成各种各具特色的动压轴承。,滑动轴承的设计计算,（二）油楔形成方法,(三)液体动力润滑径向轴承的计算,偏心距,e,轴瓦几何中心,O,与轴颈,中心,O,j,的距离;,1.几何参数,偏心率,偏心距,e,与轴颈间隙,c,之比，,(,=,e,/,c,),35,偏位角,中心连线,O,O,j,与载荷作用线所夹锐角,；,滑动轴承的设计计算,油膜厚度,h,圆轴承，从,OO,j,量起，任意,角处油膜厚度,h,R,-,r,+,e,cos,c,+,e,cos,c,(1+,cos,),最小油膜厚度,h,2,（,180）,是保证流体动力润滑的最重要的参数。,h,2,=,d,(1-,)/2,36,2.性能计算,滑动轴承的设计计算,即计算液体动力润滑径向圆轴承的承载能力、摩擦功耗、润滑油流量。雷诺方程有三个未知量（,h、p,），,还需要补充两个方程。,膜厚度方程,h,c,(1+,cos,),热平衡方程,令：,F,/F=，,为轴承的摩擦因数；,=/，,为摩擦特性数,则摩擦功耗为,P,=,Fdn,2)热平衡计算,37,滑动轴承的设计计算,2)热平衡计算,对自吸(无压力)供油的轴承,轴承表面散去的热量计算式为:,P,=,Q,A,=,kA,(,b,-,a,),k,是系数，在自然通风下,k,=1520W/(m,2,K)；,A,是轴承座散热面积；,b,是轴承工作温度，最高不得超过90；,a,是环境温度。,对压力供油的轴承,润滑剂带走的热量计算式为,P,=,Q,L,=,cq,(,o,-,i,),