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1、机械设计基础,机械与动力工程学院 机械工程基础部,2007年10月,机械工程基础部,2,12.1 概述 12.2 滑动轴承的结构形式及轴瓦结构 12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法 12.5 不完全液体滑动轴承的设计计算 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,第十二章 滑动轴承设计,2007年10月,机械工程基础部,3,13.1 概述,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
2、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,如多辊轧钢机。,工作时轴承和轴颈的支撑面间形成直接或间接活动摩擦的轴承,称为滑动轴承。,2007年10月,机械工程基础部,4,根据所承受载荷的方向、滑动轴承可分为径向轴承、推力轴承两大类。,根据轴系和拆装的需要,滑动轴承可分为整体式和剖分式两类。,根据颈和轴瓦间的摩擦状态,滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承,根据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同,液体摩擦滑动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承,简称动压轴承和静压轴承。,12.1 概述,2007
3、年10月,机械工程基础部,5,12.2 滑动轴承的结构型式及轴瓦结构,1.径向滑动轴承,(1)整体式滑动轴承,特点:结构简单,成本低廉。,应用:低速、轻载或间歇性工作的机器中。,因磨损而造成的间隙无法调整。,只能从沿轴向装入或拆出。,2007年10月,机械工程基础部,6,12.2 滑动轴承的结构型式,(2)部分式滑动轴承,特点:结构复杂、可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。,应用场合:低速、轻载或间歇性工作的机器中。,部分式轴承(整体轴套),对开式轴承(剖分轴套),调心式滑动轴承,间隙可调式滑动轴承,12.2 滑动轴承的结构型式,2007年10月,机械工程基础部,8,12.2 滑动轴承的结构型
4、式,2007年10月,机械工程基础部,9,12.2 滑动轴承的结构型式,2007年10月,机械工程基础部,10,12.2 滑动轴承的结构型式,2.止推滑动轴承,推力滑动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%。,2007年10月,机械工程基础部,11,12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式,整体式,整体式轴承采用整体式轴瓦,整
5、体式轴瓦又称轴套,分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。,2007年10月,机械工程基础部,12,部分式,部分式轴承采用部分式轴瓦。为了使轴承与轴瓦结合牢固,可在轴瓦基体内壁制出沟槽,使其与合金轴承衬结合更牢。,为了使润滑油能均匀流到整个工作表面上,轴瓦上要开出油沟,油沟和油孔应开在非承载区,以保证承载区油膜的连续性。,12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式,2007年10月,机械工程基础部,13,12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式,2007年10月,机械工程基础部,14,12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式,2007年10月,机械工程基础部,15,对开式轴瓦:厚壁轴瓦和薄壁轴瓦,2007年10月,机械工程基
6、础部,16,2、轴瓦的定位,2007年10月,机械工程基础部,17,油孔,油槽,油槽,3、油孔及油槽,2007年10月,机械工程基础部,18,目的及原则: 对液体动压径向轴承 轴向油槽(适用于轴颈单向旋转、载荷变化不大的场合,通常油槽宽度比轴承稍短,防止润滑油从端部大量流失): 整体式径向轴承:单轴向油槽,开在最大油膜厚度位置, 剖分式径向轴承:双轴向油槽,开在轴承剖分面上。,2007年10月,机械工程基础部,19,油孔和油沟的位置要放在非承载区,2007年10月,机械工程基础部,20,油沟的形状要便于导油,2007年10月,机械工程基础部,21,12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料,200
7、7年10月,机械工程基础部,22,轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料,如轴瓦和轴承衬的材料。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。,耐磨性:材料的抗磨性能,通常以磨损率表示。,抗咬粘性:材料的耐热性与抗粘附性。,摩擦顺应性:材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。,嵌入性:材料容纳硬质颗粒嵌入,从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。,此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。,磨合性:轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后,形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力(或性质)。,12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料,2
8、007年10月,机械工程基础部,23,常用轴承材料有:,金属材料,粉末冶金材料,非金属材料,轴承合金(巴氏合金、白合金)是由锡、铅、锑、铜等组成的合金,铜合金 分为青铜和黄铜两类。,铸铁 有普通灰铸铁、球墨铸铁等。,由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料。,有塑料、硬木、橡胶和石磨等,其中塑料用的最多,12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料,2007年10月,机械工程基础部,24,一.润滑油及其选择,特点: 有良好的流动性,可形成动压、静压或边膜界润滑膜。,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;
9、反之,粘度应高一些。,高温时,粘度应高一些;低温时,粘度可低一些。,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,2007年10月,机械工程基础部,25,一.润滑油及其选择,润滑方法的选择,根据公式算出K值,通过查表确定滑动轴承的润滑方法和润滑剂类型。,式中: p为轴颈上的平均压强,单位MPa, v为轴颈的圆周速度,单位m/s,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,2007年10月,机械工程基础部,26,二.润滑脂及其选择,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: (1)当压力高和滑动速度低时,选择锥入度小一些的品
10、种;反之,选择锥度大一些的品种。,(2)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。,(3)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。,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,2007年10月,机械工程基础部,27,三.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。,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,
11、2007年10月,机械工程基础部,28,四.润滑装置及润滑方法,常用的润滑方法有:,油润滑,1)间歇式供油,旋套式注油油杯,压配式压注油杯,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,2007年10月,机械工程基础部,29,2)连续式供油,3)飞溅润滑,4)压力循环润滑,12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法,2007年10月,机械工程基础部,30,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算1,12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,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:边界油膜破裂。, 设计准则:保证边界
12、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。,2007年10月,机械工程基础部,31,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,以保证强度要求。,验算摩擦发热pvpv,fpv是摩擦力,限制pv即间接限制摩擦发热。,验算滑动速度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,校核滑动速度v 。,12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,32,二、径向滑动轴承的设计计算, 已知条件:外加径
13、向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径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) p轴瓦材料的许用压力,MPa。,验算摩擦热,v轴颈圆周速度,m/s; pv轴承材料的pv许用值,MPam/s,12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,33,不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2,验算滑动速度v (m/s),v材料的许用滑动速度,选择配合,一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6,12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,34,液体动力润滑径向滑动轴承
14、的设计计算1,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,一、流体动力润滑基本方程的建立,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。,2007年10月,机械工程基础部,35,油压 p 的分
15、布,动压润滑基本原理,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,36,形成动压油膜的必要条件:,1.两表面必须构成楔形;,2.两表面必须有一定的相对速度, 油从大口进,小口出;,3.两表面间必须连续充满一定粘度的润滑油。,2007年10月,机械工程基础部,37,雷诺方程,2007年10月,机械工程基础部,38,油层的速度分部,2007年10月,机械工程基础部,39,润滑油的流量:,-一维雷诺方程,2007年10月,机械工程基础部,40,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算3,2、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态,轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等;直
16、径间隙是公差形成的。,轴颈上作用的液体压力与F相平衡,在与F垂直的方向,合力为零。,轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距e来表示。,轴承工作能力取决于hlim,它与、和F等有关,应保证hlimh。,初 始 状 态,稳定工作状态,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,41,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,3、径向滑动轴承的几何关系和承载能力,最小油膜厚度:hmin=er(1-c),c偏心率, ce/, 为直径间隙,Dd,为半径间隙,Rr/2,r 和 d 分别为轴颈的半径和直径。,R 和 D 分别为轴承的半径和直径。,e 为偏心距,12.6 液体动压润滑
17、径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,42,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算5,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算4,积分一维雷诺方程,并考虑到压力沿轴承宽度方向的分布,,Cp 承载量系数,与轴承包角,宽径比B/d和偏心率c有关。,分析思路:1)根据已知条件计算求得 Cp。 2)根据Cp由承载量系数表查取偏心率c 。 3) 计算最小油膜厚度hmin= r(1- c)。,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,43,4、最小油膜厚度 hmin,动力润滑轴承的设计应保证:hminh,其中: h=S(Rz1+Rz2),S 安全系数,考虑表
18、面几何形状误差和轴颈挠曲变形等,常取S2。,对于一般轴承可取为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。,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,5、轴承的热平衡计算,热平衡条件:摩擦功耗产生热量=轴承的散热量,摩擦功(发热量):,散热量:,轴承表面散发的热量:,润滑油带走的热量:,热平衡条件:,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,平均温度,如给定平均温度 ,则控制入油口温度:,油量系数,2007年10月,机械工程基础部,46,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
19、7,5、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(N),轴颈转速n(r/min)及轴颈直径d(mm)。,设计及验算:, 保证在平均油温tm下 hmin h, 验算温升, 选择轴承材料,验算 p、v、pv。, 选择轴承参数,如轴承宽度(B)、相对间隙()和润滑油() 。, 计算承载量系数(Cp)并查表确定偏心率(c)。, 计算最小油膜厚度(hmin)和许用油膜厚度(h)。, 计算轴承与轴颈的摩擦系数( f )。, 计算轴承温升(t )和润滑油入口平均温度( ti )。, 根据宽径比( B/d)和偏心率(c)查取润滑油流量系数 。,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,47,液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算8, 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(max)和最小间隙(min) ,校核轴承的最小油膜厚度和润滑油入口油温。, 绘制轴承零件图,12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算,2007年10月,机械工程基础部,48,12.7 其他形式滑动轴承简介,
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