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1、第15章 滑动轴承,15-1 摩擦状态,15-2 滑动轴承的结构型式,15-3 轴瓦及轴承衬材料,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,15-4 润滑剂和润滑装置,15-6 动压润滑的基本原理,15-8 静压轴承与空气轴承简介,15-7 液体动压多油楔轴承简介,轴承,滑动轴承,滚动轴承,轴承的功用,1、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度,2、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,轴承的分类,1.干摩擦,固体表面直接接触，因而,不用许出现干摩擦！,2.边界摩擦,15-1 摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,运动副表面有一层厚度1 m的薄油膜，不足以将两金属表面分开，其表面微观高峰部分仍将相互搓削。,
2、比干摩擦的磨损轻，f 0.1 0.3,有一层压力油膜将两金属表面隔开，彼此不直接接触。,3.液体摩擦,摩擦和磨损极轻，f 0.001 0.01,在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。,15-1 摩擦状态,摩擦特性曲线,无量纲参数n/p称为轴承特性数。,动力粘度，p压强，n 每秒转数,152 滑动轴承的结构形式,一、向心滑动轴承,根据能承受载荷的方向,根据润滑状态,轴承座(座体、盖、螺栓或螺柱)、轴套(或轴瓦),液体动压滑动轴承液体静压滑动轴承,不完全液体润滑滑动轴承,完全液体润滑滑动轴承,向心轴承推力轴承,组成：,整体式径向滑动轴承,对开（剖分）式径向滑动轴承,zc,调心滑动轴承。,薄壁轴
3、瓦,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,152 滑动轴承的结构形式,轴瓦：,油孔及油槽（油沟）,目的：把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。,形式：,按油槽数量分单油槽、多油槽等。,152 滑动轴承的结构形式,轴瓦非承载区内表面。,位置：,轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直。载荷倾斜时结构如图,大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式，既有利于形成动压油膜，又起冷却作用。,宽径比B/d-轴瓦宽度与轴径直径之比。重要参数,液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.51,非液体润滑摩擦的滑动轴承:B/d=0.81.5,152 滑动轴承的结构形式,径向滑动轴承的典型结构3,二、止推滑动轴承的结构,止推滑动
4、轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的轴颈结构形式有：,空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式的改善。,单环式：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。,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%。,空心式,单环式,多环式,152 滑动轴承的结构形式,轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。,一、滑动轴承常见失效形式有：,滑动轴承还可能出现气蚀、电侵蚀、流体侵蚀和微动磨损等失效形式。,153 轴瓦及轴承衬材料,二、滑动轴承的材料,轴承材料是指在轴承结构中直接参
5、与摩擦部分的材料，轴承材料性能应满足以下要求：,减摩性（材料副具有较低的摩擦系数）,耐磨、耐蚀性、抗胶合能力强,导热性好、热膨胀系数小,具有足够的机械强度和可塑性,粘附在轴瓦基体上的薄层材料轴承衬,1、轴承合金（白合金、巴氏合金）,1）、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；,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,2）、铅锑轴承合金,性能与锡锑轴承合金相近，但较脆不以承受冲击载荷，一般用于中速中载轴承衬。,153 轴瓦及轴承衬材料
6、,2、青铜,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。,缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。,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,中速中载,低速重载,153 轴瓦及轴承衬材料,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
7、液等润滑的优点。,铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。,缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。,153 轴瓦及轴承衬材料,153 轴瓦及轴承衬材料,15-4 润滑剂和润滑装置,一、润滑剂,作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。,分类,液体润滑剂-润滑油,半固体润滑剂-润滑脂,固体润滑剂,1.润滑油,粘度重要参数,液体层与层之间摩擦切应力：,牛顿液体流动定律,实验,设计：潘存云,-液体的动力粘度，简称粘度,量纲：力时间/长度2,
8、滑动轴承润滑剂的选择2,特点：有良好的流动性，可形成动压、静压或边界润滑膜。,适用场合：不完全液体滑动轴承和完全液体润滑滑动轴承。,选择原则：主要考虑润滑油的粘度。,转速高、压力小时，油的粘度应低一些；反之，粘度应高一些。,年高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。,15-4 润滑剂和润滑装置,滑动轴承润滑剂的选择1,2、润滑脂,特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。,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。,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；反之，选择针入度大一些的品种。,1.润滑油,）所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高
9、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。,15-4 润滑剂和润滑装置,3、固体润滑剂及其选择,特点：可在滑动表面形成固体膜。,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。,常用类型：二硫化钼，碳石墨，聚四氟乙烯等。,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。,二、润滑装置,1.油杯,针阀式油杯,旋盖式油杯（脂用）,压注式油杯,弹簧盖油杯,15-4 润滑剂和润滑装置,2.油环,15-4 润滑剂和润滑装置,不完全液体润滑滑动轴承的设
10、计计算1,一、失效形式与设计准则,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。,失效形式：磨损、胶合。,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，但一般可作间接条件性计算。,155 非液体摩擦滑动轴承的计算,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1,校核内容：验算平均压力 p p 目的：限制过度磨损。,验算 pvpv（fpv摩擦功耗）,验算 vv（p，pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心，受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素，局部的p或pv可能不足，故应校核滑动速
11、度v）目的：防止滑动速度过高而加速磨损。,目的：限制温升，避免胶合。,一、失效形式与设计准则,46,155 非液体摩擦滑动轴承的计算,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2,二、径向滑动轴承的设计计算,已知条件：径向载荷F(N)、轴颈转速n(r/mm)及直径d(mm),验算及设计：,验算轴承的平均压力p(MPa),B轴承宽度，mm（根据宽径比B/d确定）,验算pv值,v轴颈圆周速度，m/s；pv轴承材料的pv许用值，MPam/s,验算滑动速度v(m/s),v材料的许用滑动速度,选择配合,p、v、pv 的选择,一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,止推滑动轴承的计算,155 非液体摩擦滑动轴承
12、的计算,宽径比B/d 过小，承载能力、且油易流失，但散热性好；过大，散热性差、温升。一般：B/d=0.31.5;,由于液体动力润滑滑动轴承在起动和停车时处于不 完全液体润滑状态,所以,设计时也要进行pp、pvpv的计算。,讨论,155 非液体摩擦滑动轴承的计算,一、动压润滑的形成原理和条件,30,156 液体动压润滑的基本原理,两平行板之间，不能形成压力油膜！,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,30,156 液体动压润滑的基本原理,相对运动的两表面间构成收敛楔形。,楔形空间必须充满一定的粘度的润滑油。,两表面必须有足够的相对滑动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，小口流出。,产生动压油膜
13、的必要条件：,二、径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程,轴颈静止：两表面间自然形成一收敛的楔形空间。,不稳定润滑阶段：轴心爬高、轴心漂移。,液体摩擦状态：油膜建立、油压与外载平衡、轴颈在一定的偏 心位置上稳定运转。,初始状态,稳定工作状态,演示,爬升状态,156 液体动压润滑的基本原理,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算1,三、流体动压润滑基本方程,对流体平衡方程（NavierStokes方程）作如下假设，以便得到简化形式的流体动力平衡方程。这些假设条件是：,流体为牛顿流体，即，,流体的流动是层流，即层与层之间没有物质和能量的交换；,忽略压力对流体粘度的影响，实际上粘度随压力的增高而增加；,略去
14、惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用于单元体上；,流体不可压缩，故流体中没有“洞”可以“吸收”流质；,流体中的压力在各流体层之间保持为常数。,u油层的速度。,156 液体动压润滑的基本原理,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算2,在以上假设下，从两平板所构成的楔形空间中，取某一层液体的一部分作为单元体，通过建立平衡方程和给定边界条件，可得一维雷诺方程：,详细推导,156 液体动压润滑的基本原理,讨论,当h=h0时，,线性分布，p=pmax；,当hh0C时，,不能形成动压油膜；,若平板运动方向由小端到大端，不能形成动压油膜；,由雷诺方程可求出油膜中各点的
15、压力，压力之和为油膜承载能力，正常工作时，油膜承载力与外载荷F相平衡。,ys,156 液体动压润滑的基本原理,其它形式滑动轴承简介1,157 其它形式滑动轴承简介,一、无润滑轴承和自润滑轴承,无润滑轴承：工作时外界不提供润滑剂的轴承。,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，这种无润滑轴承常称自润滑轴承。,二、多油楔滑动轴承,固定轴瓦多油楔轴承,可倾轴瓦多油楔轴承,详细说明,详细说明,其它形式滑动轴承简介2,157 其它形式滑动轴承简介,三、液体静压轴承,原理：依靠液压系统供给压力油，压力油在轴承腔内强制形成压力油膜，以隔开摩擦表面。,特点：在任何转速和预定
16、载荷下轴承均处于液体润滑状态；轴颈与轴承不直接接触，轴承对材料要求低，寿命长；油膜刚性大，有良好的吸振性，运转平稳；需要一套供油设备。,四、气体润滑轴承,原理：以气体作为润滑介质，可以空气、氢气、氮气作为润滑介质。,分类：气体动压润滑轴承、气体静压润滑轴承。,详细说明,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。,取微单元进行受力分析:,平衡条件,物理条件,积分两次，可得油层速度分布：,雷诺方程,单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为：,设在p=pmax处的油膜厚度为h0，该截面的流量为：,当润滑油连续流动时，各截面的流量相等，由此得：,整理后，得：,雷诺方程,由平板运动引起的速度分布；,由油压引起的速度分布。,返回,
