滑動軸承-機械設(shè)計第八版(高等教育出版社)演示課件

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§13-1 概述,§13-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu),§13-3 滑動軸承的失效形式及材料,§13-4 滑動軸承的潤滑,§13-5 滑動軸承的條件性計算,§13-6 液體動力潤滑徑向軸承的計算,§13-7 其它滑動軸承簡介,第十三章 滑動軸承,主講：胡昌軍,§13-2 概述1,§13-1 概 述,軸承的作用是支承軸。,1．具有一定的強度和剛度。,2．具有小的摩擦力矩，使回轉(zhuǎn)件轉(zhuǎn)動靈活。,3．保證軸的回轉(zhuǎn)精度。,一、軸承應(yīng)滿足如下基本要求：,二、滑動軸承的分類,按受載方向不同，分為：,按潤滑狀態(tài)不同，分為：,承受徑向力,承受軸向力,,概述2,概 述,三、滑動軸承的特點,１．高速、高精度、重載的場合；如汽輪發(fā)電機、水輪發(fā)電機、機床等。,２．極大型的、極微型的、極簡單的場合；如自動化辦公設(shè)備等。,4．受沖擊與振動載荷的場合；如軋鋼機。,3．結(jié)構(gòu)上要求剖分的場合；如曲軸軸承,四、滑動軸承的應(yīng)用場合,1．承載能力大，耐沖擊；,2．工作平穩(wěn)，噪音低；,3．結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小。,§13-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)1,§13-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu),一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu),１．整體式徑向滑動軸承,特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。,應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。,磨損后軸頸與軸承孔之間的間隙無法調(diào)整；只能沿軸向裝拆。,常用的滑動軸承已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，可根據(jù)使用要求從有關(guān)手冊中合理選用。,（圖13－1，圖13－2）,滑動軸承的結(jié)構(gòu)2,滑動軸承的結(jié)構(gòu),２．剖分式（對開式）徑向滑動軸承,特點：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,對開式軸承(剖分軸套),（圖13－3，圖13－4）,注：剖分面的垂線與徑向力的夾角不得大于35°，否則，采用45°傾斜 剖分式，（圖13－4） 。,應(yīng)用比較廣泛。,滑動軸承的結(jié)構(gòu),滑動軸承的結(jié)構(gòu)3,滑動軸承的結(jié)構(gòu)4,3．調(diào)隙式徑向滑動軸承,（圖13－5）,特點：便于調(diào)整間隙，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。,4．調(diào)心式徑向滑動軸承,（圖13－7）,特點：軸瓦能自動調(diào)整位置，以適 應(yīng)軸的偏斜。,注：調(diào)心式軸承必須成對使用。,當(dāng)軸傾斜時，可保證軸頸與軸承配合表面接觸良好，從而避免產(chǎn)生偏載。,主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場合。,滑動軸承的結(jié)構(gòu),滑動軸承的結(jié)構(gòu)5,二、止推滑動軸承的結(jié)構(gòu),止推滑動軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的軸頸結(jié)構(gòu)形式有：,◆ 環(huán)形軸端：軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式好。,◆ 單止推環(huán)式：利用軸頸的環(huán)形端面作為止推面，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑方便， 可承受雙向軸向載荷。廣泛用于低速、輕載的場合。,◆ 多止推環(huán)式：承載能力大，可承受雙向軸向載荷。但各環(huán)間載荷分布 不均勻。,環(huán)形軸端,單止推環(huán)式,多止推環(huán)式,,（圖13－8，圖13－9）,止推滑動表面的基本尺寸，見表13－1。,滑動軸承的結(jié)構(gòu),滑動軸承的結(jié)構(gòu),圖13－8,圖13－9,滑動軸承的結(jié)構(gòu)6,滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)1,三、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu),不便于裝拆，可修復(fù)性差。,安裝和拆卸方便，可修復(fù)。,如黃銅，灰鑄鐵等制成的軸瓦。,以鋼、鑄鐵或青銅作軸瓦基體，在其表面澆鑄一層或兩層很薄的減摩材料（稱為軸承襯）。,軸承襯的厚度很小，通常不超過 6 mm。,滑動軸承的結(jié)構(gòu),（圖13－10）,（圖13－11）,滑動軸承的結(jié)構(gòu),單材料、整體式 厚壁鑄造軸瓦,多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦,多材料、對開式厚壁鑄造軸瓦,多材料、對開式薄壁軋制軸瓦,虛擬現(xiàn)實中的軸瓦,①,②,③,④,滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)2,滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)3,軸瓦的定位,◆ 目的：防止軸瓦沿軸向和周向移動。,,,（也可做軸向定位）,滑動軸承的結(jié)構(gòu),滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)4,,為把潤滑油導(dǎo)入軸承的工作面，在軸瓦上開設(shè)：,還起儲油和穩(wěn)定供油的作用，用于大型軸承。,滑動軸承的結(jié)構(gòu),（見圖13－14）,雙斜向油槽 （用于混合潤滑軸承）,滑動軸承的結(jié)構(gòu),單軸向油槽開在非承載區(qū) （在最大油膜厚度處）,雙軸向油槽開在非承載區(qū) （在軸承剖分面上）,,◆ 原則：,2）對液體動壓潤滑軸承，油槽應(yīng)開在非承載區(qū)。（見圖13－13）,1）油槽沿軸向不能開通，以防止?jié)櫥蛷亩瞬看罅苛魇А?3）對混合潤滑軸承，油槽應(yīng)盡量延伸到最大壓力區(qū)附近。,滑動軸承的軸瓦結(jié)構(gòu)5,§13-3 滑動軸承的失效形式和材料,汽車用滑動軸承故障原因的平均比率,一、滑動軸承常見失效形式,還可能出現(xiàn)氣蝕、電侵蝕、流體侵蝕和微動磨損等失效形式。,,,§13-3 滑動軸承的失效形式及材料,滑動軸承的材料1,滑動軸承的材料,二、滑動軸承的材料,軸承材料是指軸瓦和軸承襯的材料。,1）減摩性、耐磨性、耐蝕性要好；,2）抗膠合能力強，導(dǎo)熱性、散熱性好；,◆ 順應(yīng)性：材料通過表層的彈、塑性變形來補償軸承滑動表面接觸不良 的能力。,◆ 嵌入性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面的刮傷和磨粒 磨損的性能。,◆ 磨合性：軸瓦與軸頸表面應(yīng)易于磨合，從而改善摩擦面的接觸狀況。,1. 對軸承材料性能的要求：,3）具有足夠的強度，主要包括疲勞強度和抗壓強度；,4）具有良好的適應(yīng)性，主要包括：,2. 常用材料： （見表13－3）,滑動軸承的材料2,§13-4 滑動軸承的潤滑,§13-4 滑動軸承的潤滑,一、潤滑材料,◆ 特點： 無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。,◆ 適用場合 ：難以經(jīng)常供油，或低速重載以及往復(fù)擺動的軸承。,1. 潤滑油,◆ 特點： 有良好的流動性，可形成動壓、靜壓潤滑或邊界潤滑。,◆ 適用場合：混合潤滑軸承和液體潤滑軸承。,◆ 選擇原則：主要考慮潤滑油的粘度。,轉(zhuǎn)速高、壓力小時，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。,高溫時，粘度應(yīng)高一些；低溫時，粘度可低一些。,潤滑油牌號表,2. 潤滑脂,參照表13－4或表13－5選擇潤滑油。,參照表13－6選擇潤滑脂。,潤滑2,1） 固體潤滑劑,◆ 用于有特殊要求的場合，如要求環(huán)境清潔、真空或高溫等。,常用的有：二硫化鉬，碳―石墨，聚四氟乙烯等。,◆ 使用方法：1）涂敷、粘結(jié)或燒結(jié)在軸瓦表面；,◆潤滑脂的 選擇原則： 　１）當(dāng)壓力高和滑動速度低時，選擇針入度小的潤滑脂；反之，選擇 　　　針入度大的潤滑脂。,２）所用潤滑脂的滴點，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免 　　工作時潤滑脂過多地流失。,潤滑脂牌號表,可根據(jù)軸承的壓強、圓周速度和工作溫度選擇潤滑脂， 見表14－6。,3. 其它潤滑材料,3）滲入軸承材料中或成型后鑲嵌在軸承中使用。,2）或調(diào)配到潤滑油和潤滑脂中使用；,滑動軸承的潤滑,潤滑3,2） 水,主要用于橡膠軸承或塑料軸承。,3） 固體潤滑劑,如：汞、液態(tài)鈉、鉀、鋰等，主要用于宇航器中的某些軸承。,4） 氣體,主要是空氣，只適用于輕載、高速軸承。,二、潤滑方法,是指將潤滑劑送入軸承的方法，主要有：,（見表13－7 和圖13－15）,可根據(jù)系數(shù) K 查表13－8選擇潤滑方法。,（ p = F / Bd－軸承的壓強（MPa））,,滑動軸承的潤滑,圖13－15,滑動軸承的潤滑,潤滑4,§13-5 滑動軸承的條件性計算1,§13-5 滑動軸承的條件性計算,◆ 速度低、載荷大、有沖擊或間歇運轉(zhuǎn)的滑動軸承；以及脂潤滑、油繩潤 滑及滴油潤滑的軸承，工作中處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)。,◆ 計算目的：保護邊界膜不破裂。,◆ 計算內(nèi)容： 限制壓強 p 、p 值、滑動速度 不超過許用值,◆ 對于邊界膜的強度，目前尚無完善的計算方法，常進行條件性計算。,一、徑向滑動軸承的計算,已知條件：徑向載荷F (N)、 軸頸轉(zhuǎn)速n (r/mm)、 軸頸直徑d (mm),１．限制軸承的平均壓強 p,式中：B—軸承寬度（ mm ） ；  [p]—軸瓦材料的許用平均壓強（MPa），查表13－3。,滑動軸承的條件性計算2,２．限制軸承的 值,式中： — 軸頸的圓周速度（m/s），,３．驗算滑動速度 (m/s),式中：[ ]—材料的許用滑動速度，見表13－3 。,注：軸承孔與軸頸的配合一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6,[p]、[v]、[ pv ]的選擇,[p ]— 軸承材料的許用值（MPa·m/s），見表13－3。,滑動軸承的條件性計算,滑動軸承的條件性計算3,二、止推滑動軸承的計算,１．限制平均壓強 p,止推滑動軸承的設(shè)計計算,式中：d2、d0－止推軸承環(huán)形接觸面的外徑和內(nèi)徑。,－考慮油槽使承載面積減小的系數(shù)，其值＝0.85～0.95。,Z－止推環(huán)數(shù)。,滑動軸承的條件性計算,滑動軸承的條件性計算4,注意：設(shè)計時液體動壓潤滑軸承，常按上述條件性計算進行初步計算。 （動壓潤滑軸承在起動和停車階段，往往也處于混合潤滑狀態(tài)）,2．限制 值,式中： －止推環(huán)平均直徑 （ ）處的圓周速度。,［p ］－,滑動軸承的條件性計算,形成流體動壓潤滑的條件,形成流體動壓潤滑的條件：,§13-6 液體動力潤滑徑向軸承的計算,§13-6 液體動力潤滑徑向軸承的計算,徑向滑動軸承能滿足形成流體動力潤滑的條件。,一、徑向滑動軸承形成動壓油膜的過程,演示,起動階段,◆ F 方向上的液體壓力與 F 相平衡，垂直于F 的方向上液體壓力合力為零。,軸的轉(zhuǎn)速越高，則 e 越小。,e＝0 ？,徑向滑動軸承獲得流體潤滑主要有兩種方法：,流體動力潤滑,流體靜壓潤滑,,ω反向時，O的位置？,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算2,（用θ 和 e 表示軸頸的平衡位置）,（hlim與η、ω、ε 和 F 等有關(guān)）,液體動力潤滑徑向軸承的計算,二、液體動力潤滑徑向軸承的計算,pmax,,B,軸頸直徑 d ；,軸承直徑 D ；,直徑間隙 Δ＝ D－ d ；,半徑間隙 δ ＝ R－ r,＝ Δ / 2,偏心率 ε＝ e / δ ；,相對間隙 ψ ＝ δ / r,＝ Δ / d ；,偏位角 θ ；,最小油膜厚度：hmin= δ－e,1. 幾何關(guān)系,,軸瓦包角 α ：軸瓦完整表面所對的中心角；,＝ r ψ (1 － ε ),液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算3,液體動力潤滑徑向軸承的計算,2. 承載量系數(shù) CF,如前頁圖所示，在外載荷 F 作用下，徑向滑動軸承形成穩(wěn)定的動壓油膜后，油壓沿軸向近似拋物線分布。,根據(jù)雷諾方程，利用三重積分可以計算整個動壓油膜在外載荷 F 方向上產(chǎn)生的合力。,該合力與 F 相平衡。,即：,＝ F,CF － 稱為承載量系數(shù)，量綱為1，見表13－9。,（13－ 13 ）,(詳細說明),式中： η — 油在平均溫度下的粘度，N·s/m2。,分析：,,CF 一定時，,ψ↓,η↑,B↑,↑,,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算4,液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算4,計算思路：1) 已知 F、η、ψ、B、 時，計算求得 CF。 　　 2) 根據(jù) CF 由承載量系數(shù)表查取偏心率ε。 　　　　　3) 計算最小油膜厚度 hmin= rψ(1-ε)。,液體動力潤滑徑向軸承的計算,則,（13－ 14 ）,式中： － 為軸頸的圓周速度。,為什么計算 hmin？,3. 保證實現(xiàn)液體潤滑的（判定）條件,在其他條件不變的情況下，外載荷 F ↑，動壓潤滑軸承的 hmin↓ ，軸承、軸頸表面的微觀凸峰可能直接接觸，而不能實現(xiàn)液體潤滑。,要想實現(xiàn)液體潤滑，應(yīng)滿足如下條件：,hmin ≥ S ( Rz1 + Rz2 ),Rz1、Rz2—— 為軸頸、軸承孔表面粗糙度十點高度。（參見　　　）,S－安全系數(shù)，通常 S ≥ 2。,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算5,液體動力潤滑徑向軸承的計算,4. 熱平衡計算,為了控制潤滑油的溫升，需進行熱平衡計算。,熱平衡條件為：,摩擦生熱量＝潤滑油帶走的熱量＋軸承散發(fā)的熱量,式中：μ－摩擦因數(shù)；,cp－潤滑油的比定壓熱容，一般為1680～2100 J/(kg.K),qv－潤滑油的體積流量（m3/s）。,Δt－出油平均溫度 t2 與進油溫度 t1 之差（℃）；,ρ－潤滑油的密度，一般為850～900 （kg／m3）。,由于軸承散發(fā)的熱量難以嚴格計算，通常，工程上按軸承散發(fā)20％的熱量進行計算，則,（13－ 16 ）,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算6,其中：,Cq－流量系數(shù)，與 B/d 和 ε 有關(guān)，見表13－10。,Cμ－摩擦特性系數(shù)，與 B/d 和 ε 有關(guān)，見表13－11。,將兩式代入式（14－16）得：,溫升,（13－ 17 ）,注：一般按潤滑油平均溫度時的粘度，計算軸承的承載能力。,平均溫度 tm＝t1+Δt／2,≤75℃,計算時，通常取 t1= 35～45 ℃。,液體動力潤滑徑向軸承的計算,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算7,5. 參數(shù)選擇,1）寬徑比 B/d,一般 B/d＝0.5～1.5，見表13－12。,寬度小，壓強p↑，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好，端泄流量↑，溫升↓。,但承載能力↓。,B/d↓,,,2）相對間隙 ψ,ψ↓,,承載能力↑，回轉(zhuǎn)精度↑；,,但端泄流量↓，溫升↑。,如間隙過小，反而使hmin↓， 難以形成液體潤滑。,通常,（Ψ 的取值見 P315）,（13－ 20 ）,速度高時，取大值；,載荷大時，取小值；,B/d 小，加工精度高時，取小值；反之，取大值。,Ψ 的取值原則：,,液體動力潤滑徑向軸承的計算,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算8,6. 制造公差及表面粗造度,一般軸承可取為 3.2 μm 和 6.3 μm，或 1.6 μm 和 3.2 μm。,重要軸承可取為 0.8 μm 和 1.6 μm，或 0.2μm 和 0.4 μm。,通常，對于軸頸表面取Rz1≤2.5μm，對于軸瓦表面Rz2≤5μm。,若按標(biāo)準(zhǔn)公差加工軸頸和軸瓦孔的表面，軸承承載能力的偏差將很大。,,3）平均壓強 p,p↑,,,軸向尺寸小，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)性好。,使hmin↓，不易形成液體潤滑。,（ p的取值見 P300）,液體動力潤滑徑向軸承的計算,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算9,五、液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計過程,１．已知條件：外加徑向載荷F(N)，軸頸轉(zhuǎn)速n(r/min)及軸頸直徑d(mm)。,２．設(shè)計及驗算：,? 保證在平均油溫 tm下 hmin ≥[h],? 驗算溫升,? 選擇軸承材料，驗算 p、v、pv。,? 選擇軸承參數(shù)，如軸承寬度(B)、相對間隙(ψ)和潤滑油(η) 。,? 計算承載量系數(shù)( CF )并查表確定偏心率(ε)。,? 計算最小油膜厚度(hmin)并判定是否能實現(xiàn)液體潤滑。,? 計算軸承與軸頸的摩擦系數(shù)( f )。,? 計算軸承溫升(Δt )和潤滑油出油平均溫度( t2)。,? 根據(jù)寬徑比( B/d)和偏心率(ε)查取潤滑油流量系數(shù) 。,詳細過程,液體動力潤滑徑向軸承的計算,液體動力潤滑徑向滑動軸承的計算10,? 極限工作能力校核,? 根據(jù)直徑間隙(Δ)，選擇配合及軸承和軸頸的尺寸公差。,? 根據(jù)最大間隙(Δmax)和最小間隙(Δmin) ，校核軸承的最小油膜 厚度和潤滑油入口油溫。,? 繪制軸承零件圖,,液體動力潤滑徑向軸承的計算,其它形式滑動軸承簡介1,其它形式滑動軸承簡介,一、無潤滑軸承和自潤滑軸承,? 無潤滑軸承：工作時外界不提供潤滑劑的軸承。,? 自潤滑軸承：當(dāng)無潤滑軸承材料本身就是固體潤滑材料時，或軸瓦中 含有潤滑介質(zhì)，這種無潤滑軸承常稱自潤滑軸承。,二、多油楔滑動軸承,固定軸瓦多油楔軸承,可傾軸瓦多油楔軸承,詳細說明,詳細說明,其它形式滑動軸承簡介2,其它形式滑動軸承簡介,三、液體靜壓軸承,原理：依靠液壓系統(tǒng)供給壓力油，壓力油在軸承腔內(nèi)強制形成壓力油膜， 以隔開摩擦表面。,特點：◆ 在任何轉(zhuǎn)速和預(yù)定載荷下軸承均處于液體潤滑狀態(tài)； ◆ 軸頸與軸承不直接接觸，軸承對材料要求低，壽命長； ◆ 油膜剛性大，有良好的吸振性，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)； ◆ 需要一套供油設(shè)備。,四、氣體潤滑軸承,原理：以氣體作為潤滑介質(zhì)，可以空氣、氫氣、氮氣作為潤滑介質(zhì)。,分類：氣體動壓潤滑軸承、氣體靜壓潤滑軸承。,詳細說明,特點：高轉(zhuǎn)速(n > 100000r/min)、低摩擦損失、無污染、承載能力低。,應(yīng)用：高速磨頭、高速離心分離機、原子反應(yīng)堆等場合。,