滑动轴承原理

151 摩擦状态摩擦状态第十五章第十五章 滑动轴承滑动轴承152 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式 概述概述153 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料 154 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置 156 动压润滑的基本原理动压润滑的基本原理 概述概述1、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度2、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损 对于高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合，需采对于高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合，需采用滑动轴承，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等。用滑动轴承，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等。 在低速受冲击载荷作用的机器中，也采用滑动轴承，如水在低速受冲击载荷作用的机器中，也采用滑动轴承，如水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等。一、轴承的功用：一、轴承的功用：轴承轴承分为分为滑动轴承滑动轴承和和滚动轴承滚动轴承两大类。两大类。二、轴承分类：二、轴承分类： 滚动轴承是标准件，它具有一系列优点，在一般机器中得滚动轴承是标准件，它具有一系列优点，在一般机器中得到广泛应用。到广泛应用。轴承工作时会产生摩擦磨损，下面介绍有关这方面的知识。轴承工作时会产生摩擦磨损，下面介绍有关这方面的知识。滑动轴承滑动轴承滚动轴承滚动轴承一、摩擦磨损的基本知识：一、摩擦磨损的基本知识：151 摩擦状态摩擦状态 有相对运动的零件，工作时都会有摩擦和磨损。有相对运动的零件，工作时都会有摩擦和磨损。摩擦是机械运动中的物理现象。摩擦是机械运动中的物理现象。 在一般机械中因各种形式的表面损坏而失效的在一般机械中因各种形式的表面损坏而失效的零件占全部零部件报废零部件的零件占全部零部件报废零部件的80%。采用润滑是减少摩擦磨损的有效手段采用润滑是减少摩擦磨损的有效手段。二、摩擦状态二、摩擦状态 按表面润滑情况，摩擦可分为：按表面润滑情况，摩擦可分为：干摩擦、边干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。 因此在滑动轴承中不允许出现干摩擦。因此在滑动轴承中不允许出现干摩擦。 两摩擦表面间无润滑剂，两固体表面直接接触两摩擦表面间无润滑剂，两固体表面直接接触的摩擦。这种摩擦功率损失大，磨损严重。使得轴的摩擦。这种摩擦功率损失大，磨损严重。使得轴承工作时温升强烈，严重时导致轴瓦烧毁。承工作时温升强烈，严重时导致轴瓦烧毁。 干摩擦的摩擦阻力最大，干摩擦的摩擦阻力最大，f0.3f0.3，磨损最严重，零件的使用寿命最短磨损最严重，零件的使用寿命最短1 1、干摩擦、干摩擦 摩擦表面间有润滑油存在，由于润滑油与金属表摩擦表面间有润滑油存在，由于润滑油与金属表面的吸附作用，在金属表面上形成了一层极薄的边界面的吸附作用，在金属表面上形成了一层极薄的边界油膜。因为油膜厚度小于油膜。因为油膜厚度小于1 m，不足以将两金属表面，不足以将两金属表面分隔开，运动时两零件分隔开，运动时两零件尖峰部分仍直接接触。这种摩尖峰部分仍直接接触。这种摩擦称为边界摩擦。擦称为边界摩擦。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。2、边界摩擦、边界摩擦 金属表面覆盖一层油膜后，金属表面覆盖一层油膜后，虽然不能绝对消除表面磨损，但虽然不能绝对消除表面磨损，但可以起着减轻磨损的作用。可以起着减轻磨损的作用。这种摩擦的摩擦系数，这种摩擦的摩擦系数，f f 0.10.10.30.3 当两摩擦表面间有当两摩擦表面间有充足的润滑油充足的润滑油，并，并满足一定满足一定的条件的条件时，两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成时，两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成厚度达几十微米的压力油膜。这时只有液体之间的厚度达几十微米的压力油膜。这时只有液体之间的摩擦，这种摩擦称为液体摩擦。摩擦，这种摩擦称为液体摩擦。重要轴承采用这种摩擦。重要轴承采用这种摩擦。3、液体摩擦、液体摩擦 由于两摩擦表面被油隔开由于两摩擦表面被油隔开而不直接接触，摩擦系数极小而不直接接触，摩擦系数极小（f f 0.0010.0010.010.01） 。可以显。可以显著的减少摩擦和磨损。著的减少摩擦和磨损。 混合摩擦介于干摩擦、边界摩擦与液体摩擦之混合摩擦介于干摩擦、边界摩擦与液体摩擦之间，在一般机器中最常见。间，在一般机器中最常见。由实验得到摩擦特性曲线：由实验得到摩擦特性曲线：滑动轴承的摩擦特性曲线滑动轴承的摩擦特性曲线 图示的纵坐标表示摩图示的纵坐标表示摩擦系数。横坐标表示轴承擦系数。横坐标表示轴承特性数，其中特性数，其中n n是轴的转是轴的转速；速；是润滑剂的动力粘是润滑剂的动力粘度；度；p p是轴承的压强。是轴承的压强。4. 4. 混合摩擦（也称为非液体摩擦）混合摩擦（也称为非液体摩擦）152 滑动滑动轴承的结构型式轴承的结构型式向心滑动轴承向心滑动轴承 径向滑动轴承径向滑动轴承，主要承受径向载荷主要承受径向载荷FrFr。推力滑动轴承推力滑动轴承 主要承受轴向载荷主要承受轴向载荷FaFa。 滑动轴承按承受载荷方向滑动轴承按承受载荷方向：1 轴承盖轴承盖 2 轴承座轴承座 3 剖分轴瓦剖分轴瓦 4 联接螺栓联接螺栓1 1、向心滑动轴承、向心滑动轴承（主要介绍（主要介绍剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承）剖分式滑动轴承剖分式滑动轴承 轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦是滑动轴承中的重要零件。向心滑动轴承的轴瓦内孔是圆柱形。向心滑动轴承的轴瓦内孔是圆柱形。润滑油由非承载区引入轴颈；润滑油由非承载区引入轴颈； 为了便于润滑油均匀分布在轴颈上，进油口为了便于润滑油均匀分布在轴颈上，进油口开有油沟。开有油沟。 载荷是垂直向下或略有偏斜时，轴承中分面载荷是垂直向下或略有偏斜时，轴承中分面为水平面；为水平面； 若载荷方向有较大偏差时，则轴承的中分面若载荷方向有较大偏差时，则轴承的中分面也是斜面布置，使中分面垂直或接近垂直于载荷。也是斜面布置，使中分面垂直或接近垂直于载荷。 大型液体润滑的滑大型液体润滑的滑动轴承中，一般采用润动轴承中，一般采用润滑油从两侧导入的结构。滑油从两侧导入的结构。 为了使润滑油顺利为了使润滑油顺利进入轴瓦与轴间隙，轴进入轴瓦与轴间隙，轴瓦两侧面开有油室。瓦两侧面开有油室。2、推力滑动轴承、推力滑动轴承 如图所示，轴为单向旋如图所示，轴为单向旋转，轴向力由推力轴承承受，转，轴向力由推力轴承承受，止推面是固定瓦式的推力轴止推面是固定瓦式的推力轴承。承。 止推面上开有单方向的楔止推面上开有单方向的楔形倾斜角，楔形顶部有平台。形倾斜角，楔形顶部有平台。 图示为可倾式图示为可倾式推力轴承，轴瓦能推力轴承，轴瓦能绕一支点自由摆动，绕一支点自由摆动，使瓦块随工况的变使瓦块随工况的变动而自动调节瓦面动而自动调节瓦面的斜率。的斜率。扇形瓦块一般是扇形瓦块一般是6-126-12块。块。15-315-3 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料根据轴承的工作情况，对轴瓦的材料要求如下：根据轴承的工作情况，对轴瓦的材料要求如下：1）摩擦系数小；）摩擦系数小；2）导热性好，热膨胀系数小；）导热性好，热膨胀系数小；3）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；）耐磨、耐腐蚀、抗胶合能力强；4）要有足够的机械强度和可朔性。）要有足够的机械强度和可朔性。粘附上去的薄层材料称为轴承衬。粘附上去的薄层材料称为轴承衬。 但能同时满足上述要求的材料是很难找的，所但能同时满足上述要求的材料是很难找的，所以较为常见的是采用两层不同的金属做成的轴瓦。以较为常见的是采用两层不同的金属做成的轴瓦。这两种金属在性能上取长补短。在工艺上通过这两种金属在性能上取长补短。在工艺上通过浇注浇注或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。下面介绍轴瓦和轴承衬常用的材料。下面介绍轴瓦和轴承衬常用的材料。浇注轴承合金的轴瓦浇注轴承合金的轴瓦一、 轴承合金（又称白合金、巴氏合金）轴承合金（又称白合金、巴氏合金）1、主要成分是：锡、主要成分是：锡SnSn，铅，铅PbPb，锑，锑SbSb，铜，铜CuCu的合金。的合金。2 2、分锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。基体、分锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。基体 内均匀悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。内均匀悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。3 3、锡锑轴承合金和铅锑轴承合金的优缺点：、锡锑轴承合金和铅锑轴承合金的优缺点：锡锑轴承合金：锡锑轴承合金： 1）摩擦系数小，抗胶合性能良好，）摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐腐蚀性能好，易跑合；对油的吸附性强，耐腐蚀性能好，易跑合；2）常）常用于高速、重载的轴承；用于高速、重载的轴承；3）价格较贵且高温时机）价格较贵且高温时机械强度较差；械强度较差；4）只能作为轴承衬材料。）只能作为轴承衬材料。铅锑轴承合金：铅锑轴承合金： 性能与锡锑轴承合金相近，但材料性能与锡锑轴承合金相近，但材料较脆；不宜承受较大的冲击载荷；一般用于中速、较脆；不宜承受较大的冲击载荷；一般用于中速、中载的轴承。中载的轴承。二、 青铜青铜 主要是铜与锡、铅、锌和铝的合金，是运用最广主要是铜与锡、铅、锌和铝的合金，是运用最广 的轴承材料。的轴承材料。 铜与锡的合金称为锡青铜，铅青铜和铝青铜属于铜与锡的合金称为锡青铜，铅青铜和铝青铜属于 无锡青铜。无锡青铜。 锡青铜用于高速与重载条件；锡青铜用于高速与重载条件； 中速和中等载荷用锡锌铅青铜；中速和中等载荷用锡锌铅青铜； 铝青铜用于重载和低速条件；铝青铜用于重载和低速条件； 铅青铜主要用于高速和重的冲击与变载条件。铅青铜主要用于高速和重的冲击与变载条件。三、具有特殊性能的轴承材料三、具有特殊性能的轴承材料 粉末冶金是将不同金属粉末再加上石墨、粉末冶金是将不同金属粉末再加上石墨、 硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经 过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称 陶瓷金属。陶瓷金属。 使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充 满润滑油，故也称为含油轴承。满润滑油，故也称为含油轴承。 在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采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。用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。15-4 润滑剂和润滑装置润滑剂和润滑装置一、润滑剂一、润滑剂 轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。 润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响。重大影响。润滑剂可以分为：润滑剂可以分为：1.液体润滑剂液体润滑剂润滑油（粘度）润滑油（粘度）2.半固体润滑剂半固体润滑剂润滑脂（稠度和针入度）润滑脂（稠度和针入度）3.固体润滑剂固体润滑剂1、润滑油、润滑油 粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。是流体抵抗剪切变形的能力。 润滑油沿油层垂直润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦层存在的液体内部摩擦剪应力为：剪应力为：dydu为油层中任一点的速度，为油层中任一点的速度，是对应于一点的速度梯度；是对应于一点的速度梯度；是比例系数，即液体的是比例系数，即液体的动力粘度动力粘度，简称粘度。，简称粘度。udydu 动力粘度的量纲是：力时间/长度2，国际单位为：Ns/m2（Pas）动力粘度的物理单位是P（泊）或cP（厘泊），1P=100cP。 动力粘度又称为绝对粘度，主要用于流体动力学计算。1Pas= 1Ns/m2 = 10P=1000cP运动粘度 等于动力粘度与液体密度 的比值：v的国际单位是m2/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt 1St=100cSt=10-4 m2/s 润滑油的粘度是随润滑油的粘度是随温度的温度的升高而降低升高而降低的。的。 润滑油的粘度润滑油的粘度随压力的升随压力的升高而增大高而增大，当压力不高时（小，当压力不高时（小于于100个大气压），变化极小。个大气压），变化极小。 润滑油的运动粘度通常润滑油的运动粘度通常是用毛细管粘度计测量的。是用毛细管粘度计测量的。 工业上广泛应用的矿物油，是从石油中工业上广泛应用的矿物油，是从石油中 经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。精制而成。 国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。机油及齿轮油等。 根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。号，油号越大粘度越高。2、 润滑脂润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。钠基脂不耐水而耐高温；钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。锂基脂既耐水又耐高温。1） 针入度：针入度：用质量为用质量为150g的标准圆锥体在的标准圆锥体在250C的的 恒温下，由脂表面经恒温下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。秒钟后沉入脂内的深度。润滑脂的主要性能是：润滑脂的主要性能是：2）滴点：滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。的孔口滴下第一滴时的温度。3 、固体润滑剂、固体润滑剂 在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来润滑，称为固体润滑剂。润滑，称为固体润滑剂。 常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。 一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。来润滑，称为固体润滑剂。来润滑，称为固体润滑剂。二、润滑装置二、润滑装置 润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。 油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常采用间歇供应。采用间歇供应。各种润滑装置各种润滑装置油芯式油杯油芯式油杯润滑脂油杯润滑脂油杯针阀式油杯针阀式油杯 1手柄手柄 2.螺母螺母 3.针杆针杆4.簧片簧片 5.观察孔观察孔 6.滤网滤网油环润滑油环润滑15-6 动压润滑基本原理动压润滑基本原理一、动压润滑的形成原理一、动压润滑的形成原理vF两摩擦表面平行，两摩擦表面平行，不会产生压力油膜不会产生压力油膜v两摩擦表面成楔形间隙，两摩擦表面成楔形间隙，产生了压力油膜产生了压力油膜间隙内的润滑间隙内的润滑油形成了拥挤油形成了拥挤进油口进油口出油口出油口二、形成动压油膜的必要条件二、形成动压油膜的必要条件 两摩擦表面必须形成楔形两摩擦表面必须形成楔形 润滑油必须从大口进小口出润滑油必须从大口进小口出 必须具有足够的滑动速度必须具有足够的滑动速度 必须充满足够粘度的润滑油必须充满足够粘度的润滑油pF三、向心动压滑动轴承的工作过程三、向心动压滑动轴承的工作过程no1oo1oo1oo1onn静止静止启动启动不稳定运行不稳定运行稳定运行稳定运行RRRR