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1、第十二章 滑动轴承,1,t课件,12-1 概 述,2,t课件,一、轴承的功用和分类,支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；,减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,1、轴承功用,2、轴承分类,按摩擦性质,滑动轴承滚动轴承,3,t课件,二、滑动轴承的特点及应用场合,滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：,工作转速很高，如汽轮发电机。,要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床。,承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机。,特重型的载荷，如水轮发电机。,根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承。,在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承。,径向尺寸受限制时，如多辊轧
2、钢机。,用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。,比较滑动轴承与滚动轴承的特点和应用场合滑动轴承多用于两种极端情况：1、不常运转或低速、轻载、不重要情况，如手动机械和简单的农业机械等，可用非液体滑动轴承，因为它们结构简单，成本低，摩擦大，效率低；2、用于高速、重载、高精度的重要机械，如水轮机、汽轮机、内燃机、轧钢机、电机等，常采用液体摩擦滑动轴承，因为它们摩擦小，效率高，承载能力大，工作平稳，能减振缓冲，但设计、制造、调整、维护要求高、成本高。滚动轴承多用于一般机械,4,t课件,三、滑动轴承的分类,1、按受载类型 径向轴承径向力 止推轴承轴向力,2、按润滑状态 不完全液体滑动轴承 液体滑
3、动轴承,动压轴承静压轴承,3、滑动轴承设计内容,轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计；,润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。,5,t课件,12-2 滑动轴承的主要结构形式,6,t课件,一、整体式径向滑动轴承,2、组成：,整体轴套,1、作用：主要承受径向载荷。,轴承座整体轴套,减摩材料制成,轴承座,3、优点：,结构简单成本低廉,4、缺点：,轴套磨损后，轴承间隙过大无法调整装拆不方便,5、使用场合：,低速轻载间歇性工作场合,7,t课件,2、组成：,3、优点：,装拆方便磨损后间隙可调整,二、对开式径向滑动轴承,榫口，安装对心容易,螺纹孔，安装油杯,轴承座,轴承
4、盖,联接螺栓,剖分轴瓦,轴承盖:,剖分式轴瓦:,双头螺栓:,1、作用：主要承受径向载荷。,轴承座:,压紧轴瓦，起支撑保护作用,支撑轴颈，不能转动,连接轴承座和轴承盖,8,t课件,二、对开式径向滑动轴承,4、调心轴承,轴瓦的背面为凸球面支撑面为凹球面轴瓦能摆动，以自动调心，适应轴的变形用于支承跨距较大或多支点的长轴,9,t课件,三、止推滑动轴承,1、作用：用来承受轴向载荷,2、轴承结构：,在传递功率一定的情况下P=Fv越靠近中心，线速度越小则承受的压力越大,空心式,单环式,多环式,轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。,？,10,t课件,三、止推滑动轴承,1、作用：用来承受轴向载荷
5、,2、轴承结构：,空心式,单环式,多环式,利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑方便，广泛用于低速、轻载的场合。,11,t课件,三、止推滑动轴承,1、作用：用来承受轴向载荷,2、轴承结构：,空心式,单环式,多环式,不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。由于各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。,12,t课件,三、止推滑动轴承,1、作用：用来承受轴向载荷,2、轴承结构：,3、止推盘结构：,在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形块。其数量一般为612。,-倾角固定，顶部预留平台，,类型,固定式,可倾式,-倾角随载荷、转速自行调
6、整，性能好。,巴氏合金,13,t课件,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,14,t课件,一、滑动轴承的失效形式,2、刮伤,3、咬粘（胶合）,4、疲劳剥落,1、磨粒磨损,轴表面硬轮廓峰顶刮削轴承,温升+压力+油膜破裂焊接,润滑剂氧化酸性物质腐蚀,载荷反复作用疲劳裂纹扩展剥落,5、腐蚀,硬质颗粒磨料研磨轴和轴承表面,15,t课件,二、轴承材料,1、材料要求：,（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。,2、实际操作： （1）能同时满足这些要求的材料难找到， 但应根据具体情况主要的使用要求。 （2）常见的方法是用两层不同
7、金属做成的 轴瓦，两种金属在性能上取长补短。,（3）在工艺上常用浇铸或压合的方法将薄层材料粘 附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层称为轴承衬。,16,t课件,二、轴承材料,3、常用材料：,(1)锡锑轴承合金、铅锡锑轴承合金,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。,缺点：价格贵、机械强度较差；,使用方法： 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,17,t课件,二、轴承材料,3、常用材料：,(2)铜合金,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
8、 。,缺点： 可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,使用方法： 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,高速重载,低速重载,18,t课件,二、轴承材料,3、常用材料：,(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。,铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,但导热性差、
9、膨胀系数大、容易变形。,轴瓦常用材料有（ ）、（ ）、（ ）（ ）、（ ）。,轴承合金,青铜,黄铜,铸铁,非金属材料,19,t课件,12-4 轴瓦结构,20,t课件,一、轴瓦的形式和构造,整体式,结构形式,对开式,整体轴套,单层材料,双层材料,多层材料,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,21,t课件,一、轴瓦的形式和构造,整体式,结构形式,对开式,整体轴套,单层材料,双层材料,多层材料,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,22,t课件,一、轴瓦的形式和构造,整体式,结构形式,对开式,整体轴套,单层材料,双层材料,多层材料,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,23,t课件,一、轴瓦的形式和构造,整体式,结构形式,对开式,整体轴套,单层材料,
10、双层材料,多层材料,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,制造方法：铸造内表面：可附有轴承衬轴承衬材料：轴承合金瓦背材料：铸铁、钢或青铜,24,t课件,一、轴瓦的形式和构造,整体式,结构形式,对开式,整体轴套,单层材料,双层材料,多层材料,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,制造方法：双金属板连续轧制批量生产轴瓦刚性小轴瓦受力后，其形状完全取决于轴承座的形状，因此轴瓦和轴承座均需精密加工应用场合：汽车发动机、柴油机,25,t课件,二、轴瓦的定位,1、轴瓦定位的目的 防止轴瓦相对轴承座移动,2、轴瓦定位的方法：,凸 缘,紧定螺钉,销 钉,凸 耳,26,t课件,三、油孔及油槽,1、目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,
11、轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。,进油孔,油沟,27,t课件,三、油孔及油槽,1、目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,2、原则：尽量开在非承载区，避免降低承载区油膜的承载能力；轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。,3、形式：按油槽走向分沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。,按油槽数量分单油槽、多油槽等。,单轴向油槽开在非承载区（在最大油膜厚度处）,双轴向油槽开在非承载区（在轴承剖分面上）,双斜向油槽（用于不完全液体润滑轴承）,载荷方向变动范围超过180开在轴承宽度中部,28,t课件,12-5 滑动轴承润滑剂的选用,29,t课件,一、润
12、滑脂及其选择,1、特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,2、适用场合 ：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。,3、选择原则：当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；,所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约2030，以免工作时润滑脂过多地流失。,在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。,30,t课件,二、润滑油及其选择,1、 特点：有良好的流动性，可形成动压、静压或边膜界润滑膜。,2、适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。,3、选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，
13、油的粘度应低一些；,高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,润滑油在温升时，内摩擦力是（ ）的。A 增加 B 始终不变 C 减少 D 随着压力增加而减小,C,31,t课件,三、固体润滑剂,1、 特点：可在滑动表面形成固体膜。,2、适用场合：有特殊要求的场合，如环境清洁要求处、真空中或高温中。,3、常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。,4、使用方法：涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面；制成复合材料，依靠材料自身的润滑性能形成润滑膜。,滑动轴承的润滑剂常有（ ）、（ ）、（ ）（ ）。,润滑油,润滑脂,气体润滑剂,固体润滑剂,32,t课件,12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算,33,t课件
14、,失效形式与设计准则,1、工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。,2、失效形式：边界油膜破裂。,3、设计准则：保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关，目前尚无精确的计算方法，但一般可作条件性计算。,34,t课件,一、径向滑动轴承的计算,已知条件,验算设计内容,外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)轴颈直径d (mm),验算轴承的平均压力验算轴承pv值验算滑动速度,35,t课件,一、径向滑动轴承的计算,选择配合,1、验算轴承的平均压力p,F-径向载荷，B-轴瓦宽度，d-轴径，p-
15、许用压强。,2、 验算轴承的pv值,pv,v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,3、验算轴承的滑动速度v,V过大易引起轴承的早期磨损，有时需校核。,vv,目的：,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。,一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,滑动轴承计算中限制pv值时考虑限制轴承的（ ）。A 磨损 B 发热 C 胶合 D 塑性变形,B,36,t课件,二、止推滑动轴承的计算,已知条件,验算设计内容,外加轴向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)轴环直径d2 (mm) 轴承孔直径d1 (mm)轴环数目,验算轴承的
16、平均压力验算轴承pv值,37,t课件,二、止推滑动轴承的计算,1、验算轴承的平均压力p,2、 验算轴承的pv值,z-轴环数,pvmpv,p,对于多环止推轴承，考虑承载的不均匀性， p、pv应降低50%,38,t课件,12-7 液体动力润滑径向滑动轴承设计计算,39,t课件,一、流体动力润滑的基本方程,1、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层与层间没有物质和能量交换,5）流体为牛顿流体，即 ：,2、取微单元进行受力分析:,3、形成动压油膜的必要条件:,两工件之间的间隙必须有楔形间隙
17、；,两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体。,两工件表面必须有相对滑动速度。其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面出来；,例题,40,t课件,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程,1、动压油膜的形成过程, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,静止,爬升,将轴起抬转速继续升高,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,41,t课件,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程,2、动压滑动轴承的工作原理,轴承工作能力取决于hlim，它与、和F等有关，应保证hlimh。,初始条件：外载荷F，顶隙由于润滑油具有一定的黏度，所以高速旋转着的轴将润滑油不断地从轴的一侧经轴的上方沿旋转方向
18、带到轴的另一侧；轴在外载荷和润滑油的共同作用下，其轴心将沿某一方向偏移一个距离e，在轴和轴承工作面之间形成一个由大到小的间隙即油楔。旋转的轴使油不断地从间隙的大端挤入小端，从而产生使轴抬升的压力与外载荷相平衡，轴颈和轴承的工作表面被一层油膜隔开，即实现液体动压润滑。,42,t课件,四、径向滑动轴承工作能力计算简介,动力润滑轴承的设计应保证：hminh,当计算滑动轴承时，若hmin太小，不能满足hminhmin时，使（ ）可满足此条件。A 表面光洁度提高B 增大宽径比C 增大相对间隙,A,其中： h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数，考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等，常取S2。,对于一般轴
19、承可取为3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。,对于重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。,Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。,2、最小油膜厚度hmin,43,t课件,四、径向滑动轴承工作能力计算简介,原因：轴承工作时摩擦功耗转变为热量润滑油温度升高导致轴承承载能力降低因此要计算油的温升,计算液体动压滑动轴承的两个主要性能指标是（ ）和（ ） 。,hminh,3、轴承热平衡计算,热平衡条件：单位时间内轴承摩擦所产生的热量Q等于同时间内流动的油所带走的热量Q1+Q2之和转化计算准则 t t,t t,44,t课件,宽径比小优点：有利于提高运转稳定性增大端泄
20、漏量以降低温升。缺点：轴承宽度减小，轴承承载能力也随之降低；轴承刚度降低,五、参数选择,1、宽径比B/d,通常：B/d=0.31.5,取小值,对刚性无要求,高速轻载轴承,取大值,需提高轴承刚性,低速重载轴承,取小值,温升高,高速重载轴承,B/d取值建议,特点,类型,45,t课件,定义为轴承孔和轴颈直径之差与轴颈公称直径之比。,五、参数选择,2、相对间隙,滑动轴承一定要留出间隙。径向间隙是实现轴与轴承活动连接的起码条件。径向间隙是控制轴的运转精度的保证。径向间隙是形成液体润滑的重要条件，特别是动压轴承，润滑油膜的形成主要靠轴与轴承间的楔状间隙。间隙的大小与机器在运转中的精确度有关，径向间隙愈小，
21、轴的运转精度就愈高。但间隙缩小至一定程度， 不仅难于形成润滑油膜，而且可能导致烧瓦抱轴事故 。间隙过大，在转动中会产生跳动，也不能形成稳定的油膜润滑。,速度愈高，值应愈大；载荷愈大， 值应愈小。,为什么？,46,t课件,五、参数选择,3、粘度,粘度对轴承的承载能力、功耗和温升影响很大，通常按平均温度计算润滑油粘度。,平均温度过低，则油的粘度较大，算出的承载能力偏高；反之，则承载能力偏低。,47,t课件,六、液体动力润滑径向滑动轴承设计举例,液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程,、已知条件：外加径向载荷F，轴颈转速n及轴颈直径d。,设计及验算：, 保证在平均油温tm下 hmin h, 验算温升,
22、选择轴承材料，验算 p、v、pv。, 选择轴承参数，如轴承宽度、相对间隙和润滑油 。, 计算承载量系数并查表确定偏心率。, 计算最小油膜厚度和许用油膜厚度。, 计算轴承与轴颈的摩擦系数。, 计算轴承温升和润滑油入口平均温度。, 根据宽径比和偏心率查取润滑油流量系数 。,48,t课件,六、液体动力润滑径向滑动轴承设计举例, 极限工作能力校核, 根据直径间隙，选择配合及轴承和轴颈的尺寸公差。, 根据最大间隙和最小间隙，校核轴承的最小油膜 厚度和润滑油入口油温。,49,t课件,12-8 其他形式滑动轴承简介,50,t课件,一、自润滑轴承,当无润滑轴承材料本身就是固体润滑材料时，或轴瓦中含有润滑介质，
23、这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,51,t课件,二、多油楔轴承,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。分为固定式和可倾式特点形成多个动压油膜，提高了稳定性。摩擦损耗大、供油量增大、承载能力降低。,固定式,可倾式,52,t课件,三、液体静压轴承,1、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。,2、结构组成：轴瓦内表面开有几个对称油腔每个油腔四周都有适当的封油面油腔之间用回油槽隔开外油路为每个油腔配置一个节流器，使油腔有压力补偿作用。,53,t课件,三、液体静压轴承,3、工作过程：无外载荷时， 轴颈浮在轴承 中间位置，各油 腔内压力相等；轴颈
24、受载F后， 轴颈向下位移；下油腔四周油台与轴颈之间间隙减小，留出油量减少；据流量连续原理，流经节流器的流量也减少，节流器中压降减小；但供油压力不变，则油腔压力P下腔=P供油-P节流器增大同理推导P上腔=P供油-P节流器减小,1、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。,综合起来，产生的向上的压力差就与外载荷平衡。,54,t课件,三、液体静压轴承,4、特点：静压轴承载任何工况下都能胜任工作。,常用节流器,5、关键器件：节流器,1、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。,55,t课件,四、气体润滑轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为
25、润滑介质。,分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。,特点：高转速(n 100000r/min)、低摩擦损失、无污染、承载能力低。,应用：高速磨头、高速离心分离机、原子反应堆等场合。,56,t课件,end,57,t课件,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。,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。,58,t课件,可产生动压油膜的图？,v,v,v,v1,v2,1、摩擦表面运动不改变油楔空间位置时，看摩擦表面的运动是否将润滑油由大口带向小口，若是，则产生动压力；2、摩擦表面的运动改变了油膜的空间位置，在油楔任取一固定截面，看摩擦表面运动的结果使该截面的间隙高度是增加了还是减少了，若是增加了，则不能产生流体动压力，若减少了，则能产生流体动压力。,v1 v2,v1 v2,59,t课件,
