《哈工大机械设计ppt课件第11章.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《哈工大机械设计ppt课件第11章.ppt（76页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、一章滑动轴承,11.1概述,滑动轴承的基本结构,一、滑动轴承的分类,按滑动轴承工作时轴瓦和轴颈表面间呈现 的摩擦状态，滑动轴承可分为:,按滑动轴承承受载荷的方向可分为:,径向滑动轴承,推力滑动轴承,二、滑动轴承的特点和应用,非液体摩擦滑动轴承：结构简单，使用方便。损耗较大。,液体摩擦轴承的特点有：,（1）在高速重载下能正常工作，寿命长。,（2）精度高，液体摩擦轴承磨损小（如葛洲坝电站 推力轴承最近拆卸后发现表面加工刀花还在）；,（3）滑动轴承可做成剖分式的，能满足特殊结构的需要。,（4）液体摩擦轴承具有很好的缓冲和阻尼作用， 可以吸收震动，缓和冲击。,（5）滑动轴承的径向尺寸比滚动轴承的小（摩
2、擦发生在轴瓦和轴颈表面之间，而滚动轴承的摩擦发生在套圈和滚动体之间） 。,（6）起动摩擦阻力较大。,主要应用在要求剖分结构（如发动机连杆与曲轴之 间）、特高速、特低速、特重载、无法润滑等场所,主推力轴承，直径2m，24块瓦，阿尔斯通、ABB公司、哈电,三峡水轮发电机组为 700MW X 26每台机组总重约7000吨，发电机的推力轴承负荷即达5500吨，水轮机转轮名义直径约9.8米,11.2 滑动轴承的结构形式,一、径向滑动轴承,1.整体式径向滑动轴承,轴颈+轴瓦+轴承座结构简单；但磨损后间隙过大时无法调整;轴颈只能从轴承端部安装和拆卸,2.剖分式径向滑动轴承,剖分式径向滑动轴承装拆方便,还可以
3、通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙。,剖分式轴瓦实物图,二、推力滑动轴承,推力轴承由轴承座和推力轴颈组成,推力轴环一般为2-5个,11.3 轴瓦的材料和结构,轴承材料指的是轴瓦材料,滑动轴承的失效形式主要是轴瓦的胶合和磨损,一、对轴瓦材料的要求,（1）有足够的疲劳强度；,（2）有足够的抗压强度,（3）有良好的减磨性和耐磨性,（4）具有较好的抗胶合性,（5）对润滑油要有较好的吸附能力,（6）有较好的适应性和嵌藏性,（7）良好的导热性,（8）经济性、加工工艺性好,二、常用的轴瓦材料及其性质,轴瓦材料可分为三类：金属材料、粉末冶金材料和非金属材料,金属材料包括轴承合金、青铜、黄铜、铝合金和铸
4、铁,在钢或铜制成的轴瓦内表面上浇注一层轴承合金，这层轴承合金称轴承衬，钢或铜制成的轴瓦机体称瓦背。,（2）青铜,抗胶合能力仅次于轴承合金，强度较高,铸锡磷青铜,铅青铜,铝青铜,三、轴瓦结构,轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表,整体式轴瓦,轴瓦和轴承座一般采用过盈配合,剖分式轴瓦,为了向摩擦表面间加注润滑剂,在轴承上方开设注油孔,为了向摩擦表面输送和分布润滑剂,在轴瓦内表面开有油沟,整体式,剖分式,液体摩擦轴承的油沟应开在非承载区,周向油沟应靠近轴承的两端。,对某些载荷较大的轴承,在轴瓦内开有油室,11.4 非液体摩擦轴承的计算,一、非液体摩擦径向滑动轴承的计算,1.验算压强,压强P过大可能使轴
5、瓦产生塑性变形破坏边界膜,而且一旦出现干摩擦状态则加速磨损。应保证压强不超过允许值p（查表11.1）,即,MPa,主要失效形式：胶合和磨损，限制fPV（摩擦功）,2.验算 值,值大表明摩擦功大,温升大,边界膜易破坏,其限制条件为:,MPam/s,3.验算速度,对于跨度较大的轴,m/s,二、非液体摩擦推力滑动轴承的计算,1.验算压强,MPa,2.验算 值,K-由于止推面上有油沟而导致止推的面积减少的系数，通常取k=0.9-0.95,三、非液体摩擦径向滑动轴承的配合,P252 例 11.1,11-5 液体动压形成原理及基本方程,液体摩擦轴承分为:,流体动压轴承,流体静压轴承,径向轴承,推力轴承,轴
6、颈和轴承两相对运动表面间完全被一层油膜所分开,靠自身的条件产生动压油膜,靠外部的条件产生压力油膜,液体动压滑动轴承计算模型,11.5.1流体动压润滑形成原理,1.基本假设,(1)两板间流体作层流运动;,(2)两板间流体是牛顿流体,其粘度只随温度的变化而改变,忽略压力对粘度的影响,而且流体是不可压缩的;,(3)与两板M、N相接触的流体层与板间无滑动出现;,（4）流体的重力和流动过程中产生的惯性力可以略去;,（5）由于间隙很小，压力沿y方向大小不变;,（6）平板沿Z方向无限长，所以流体沿Z方向无流动。,2.流体动压力的形成及承载原理,沿x方向力平衡条件：,做垂直y轴截面,压力形成原理,1 虚线的情
7、况2 hA hB hC 流量处处相等AA到BB处：内凹,压力递增,BB到处：外凸,压力递减,BB截面：直线,压力最大值,流体动压力的形成和压力油膜承载原理,1）流体动压力：靠运动表面带动粘性流体以足够的速度流经收敛形间隙时,流体内所产生压力叫流体动压力。,2）流体动压油膜：间隙内具有动压力的油层称为流体动压油膜,（1）M平行于N板，则沿X方向处处dp/dx=0,压力无变化，两端为0，间隙内各点也为0，不能承载；（2）如M与N板形成发散间隙，流体流动不连续，间隙内形成负压，没有动压力，不能承载。,3.形成流体动压的条件,形成流体动压的必要条件是:,(1)流体必须流经收敛间隙,而且间隙倾角越大则产
8、生的油膜压力越大。,(2)流体必须有足够的速度,(3)流体必须是粘性流体,39,边界条件：,变形式,1）求速度,11.5.2 流体动压基本方程,2）求流量,当压力取得极大值时，dp/dx=0,设此处间隙为h0：,利用流量连续条件：,各截面流量必须相等：,式 11.7,此式称为一维流体动压基本方程，也叫一维雷诺方程,它描述了流体压力的变化率与流体的粘度、流动速度和间隙之间的关系，是流体动压滑动轴承设计的理论依据,流体必须流经收敛形间隙，入口处hh0，dp/dx0，压力逐渐增大，出口处hh0，dp/dx0，压力逐渐减小； 流体必须有足够的速度，V0； 流体必须是粘性流体，0。,用雷诺方程说明流体动
9、压形成条件：,11.6 液体动压径向滑动轴承的计算,11.6.1 径向滑动轴承的工作过程,11.6.2 径向滑动轴承的几何参数及其基本方程的形式,径向滑动轴承的几何参数如下,以O为坐标原点，OO为极轴的起始位置,几个定义,起始角：压力油膜起始的角度1终止角：压力油膜终止的角度2油膜角：压力油膜范围对应的角度（12）承载区：从压力油膜的起始角到终止角的范围。 承载区的压力大于零，其他为非承载区，压力为零。 承载区的大小与油的粘度、轴颈速度、外载荷大小等因素有关包角：轴颈被连续的轴瓦圆弧包围的部分所对应的圆心角。 包角用表示。对油膜力有一定影响。 油膜角（12 ）只为包角的一部分。,从左图可以推出
10、：,此式即为动压径向滑动轴承的基本方程,（11-8）,11.6.3 径向滑动轴承的承载系数和最小油膜厚度计算,影响最小油膜厚度的因素很多，可以用一个表示这些因素综合影响的无量纲数承载量系数,对（11-8）积分整理得:,沿垂直方向的总油膜力,11.10C,不端泄：I端泄：II,轴承稳定工作时,外载荷 和总油膜力的垂直分量P相平衡,即,-轴承单位长度的载荷,CF 称为轴承的承载量系数，它是轴承相对偏心距、包角和长径比L/d的函数。包角一定时，只与和L/d有关。,53,液体动压径向滑动轴承设计思路,1先根据选定的几何参数、外载荷等条件用下式计算CF,3 再由下式计算得 hmin,2 然后由滑动轴承C
11、F 图查得,最小油膜厚度必须满足:,实现液体摩擦的充分条件,实现液体摩擦的充分条件是保证最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触，因此,例11.2 P260,查表11.4 P260,11.6.4 滑动轴承的热平衡计算,液体摩擦仍然有摩擦功耗，可使轴承润滑油温度升高，发热，粘度下降，可能导致轴承不能正常工作，严重时出现抱轴烧瓦事故，要进行热平衡计算，限制温升不超过许用值。,非摩擦系数，但表征摩擦系数大小,式（11-14）,式11-14只计算出平均温差，求承载能力时需要平均温度下的粘度，要计算平均温度tm tm =ti+t/2（选油时粘度对应温度,50oC）,入口ti和出口to温度,30-40oC
12、,60-70oC,11.6.5 耗油量和摩擦功率,（1）耗油量,（2）摩擦功率,W,11.6.6 滑动轴承主要参数和选择,在液体摩擦滑动轴承设计中已知条件通常是：,作用在轴颈上的径向载荷 ，轴颈直径 和轴的转数 ，以及轴承的工作条件等。,轴承的设计计算就是选择合适的参数，使轴承的最小油膜厚度（ ）满足式（11-12），使温升（ ）在规定的范围,1.轴承长颈比L/d的选择,d一定:L小，P大,L/d大时：轴瓦压强变小、最小油膜厚度增加、承载能力变大 油流量变小、温升高，边缘易接触。,轴瓦容易磨损,2.相对间隙和轴承配合的选择,选择的经验公式为,按照间隙选择配合：,按照最大间隙计算hmin,按照最
13、小间隙进行热平衡计算,间隙太大最小油膜厚度下降。,使温升在允许范围,相对间隙对轴承特性的影响,载荷大：选高粘度油 速度高：选低粘度油,3.润滑油的选择及粘度的确定,粘度大最小油膜厚度大承载能力大粘度大油摩擦发热大轴承温升大承载能力下降,主要根据轴瓦和轴颈的表面粗糙度选择。,4 最小油膜厚度许用值的确定,粗糙度选择时要考虑需要和经济性,11.6.7 滑动轴承摩擦特性曲线,滑动轴承工作时润滑油的内摩擦力与轴承的特性系数V/p有关，这个系数称为索莫非尔数（索氏数）Sommerfeld，其值不同，轴承所处的摩擦状态不同，摩擦系数也变化。,揭示了滑动轴承的摩擦状态转化规律。,索氏数,从索氏数可以看出，在
14、液体摩擦状态下，V 增大或p 减小可使索氏数增加，可导致f 增大，温升增加，使下降，又使索氏数减小，f 又下降，反复变化，维持某一平衡状态。 但当p增加较大时，将使hmin下降，导致f上升，以至于非液体摩擦；此外，若温度急增，粘度急剧下降，也偏离液体摩擦状态，导致烧瓦！,索氏数,所以，液体摩擦轴承不仅要验算hmin，而且还要进行热平衡计算，以保持稳定的液体摩擦状态。,许用最小油膜厚度和热平衡是维持液体润滑的关键条件,例11.3,椭圆轴承（双油楔轴承）,三油楔轴承,双向,单向,楔角固定，固定瓦多油楔轴承,11-7 多油楔动压轴承简介,一、多油楔径向滑动轴承,摆动瓦多油楔径向滑动轴承,可用于磨床主
15、轴支承。实际中还有5块瓦轴承。,有时工况条件变化，使载荷不固定，采用固定瓦轴承很难保证油膜压力稳定，油膜支承刚度低，人们提出摆动瓦多油楔支承方案，利用轴瓦的倾角随载荷变化而变化，可以提高轴承的支承刚度。,注意：这种轴承的球形支承面要与瓦背的球形窝面对研,二多油楔推力轴承,尺寸较大的推力轴承常设计成摆动瓦多油楔形状，水轮发电机转子的主轴推力轴承，使用多楔轴承。,摆动瓦,固定瓦,，索氏数，在转速极高（n10万r/min）时，会很大,摩擦系数也很大，摩擦损失急剧增加，温升过高，粘度下降，将引起轴承失效。对于载荷一定的情况下，可采用气体润滑剂来降低粘度值。气体润滑剂也可以分为：动压轴承、静压轴承及混合
16、轴承，其工作原理与液体滑动轴承相同。常用的气体润滑剂：净化后的空气：不需特别制造，用过后无需回收；氢气：粘度更低，适用于高速场合；氮气：惰性好使零部件表面不发生氧化生锈，适用高温场合。常用于高速、摩擦小、高温、低温等场合，比如高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆、陀螺仪等尖端技术上。,气体润滑轴承,自润滑轴承也称无润滑轴承，是在无润滑剂润滑的条件下，靠轴承材料自身的自润滑性润滑的轴承，其磨损不可避免。故常用磨损率低的材料制作轴瓦，如各种工程塑料、碳-石墨；而轴颈用不锈钢或碳钢镀硬铬。自润滑轴承的承载能力计算与非液体摩擦滑动轴承类似。对于一般用途的自润滑轴承的承载能力，校核p值和pv值；对于接触
17、压强较低、相对滑动速度较高的轴承，需校核v值。自润滑轴承适应性强、耐磨、经济，一般应用在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注润滑油困难的运转部位，可在使用时不保养或少保养。已广泛应用于各种机械的滑动部位,例如：印刷机、汽车、摩托车与农林机械等等,自润滑轴承,11.8 润滑剂与润滑装置,一、滑动轴承用润滑剂的选择,1.液体摩擦轴承用润滑油的选择,2.非液体摩擦轴承用润滑剂的选择,非液体摩擦轴承有的用润滑油,有的用润滑脂。这要用系数K来估计,当K2时可选用润滑脂来润滑, K2时则需用润滑油润滑,二、润滑方式及润滑装置,润滑方式有连续润滑和间歇润滑,注油器,针阀式油杯,用润滑脂时，一般采用间歇式润滑。用润滑油时，对于小型、低速或间歇运动的机器也可采用间歇式润滑。,比较重要的轴承应当采用连续润滑方式，常用的连续润滑有以下几种：,滴油润滑,油杯润滑,浸油润滑,飞溅润滑,压力循环润滑,油芯式油杯,油杯润滑,单体供油装置 油壶， 油杯， 油枪,集中供油装置 a) 简单的少数点位集中供油 b) 设备中心、车间及工厂级集中供油 泵站+(稳压+冷却)+过滤+分配器+工位润滑,手动润滑泵,电动润滑泵,
