第07章滑动轴承设计.ppt
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1、机械设计 第第7 7章章 滑动轴承滑动轴承(Sliding bearings) (Sliding bearings) 1 1)支承轴及轴上零件,并保持轴的旋转精度;)支承轴及轴上零件,并保持轴的旋转精度; 2 2)减少转轴与支承之间的摩擦和磨损)减少转轴与支承之间的摩擦和磨损 滚动轴承滚动轴承 轴承的功用:轴承的功用: 滑动轴承滑动轴承 滑动轴承一般用在:滑动轴承一般用在: 优点多,一般机械中应用广优点多,一般机械中应用广 用于重载、高速、高精度及结构上要用于重载、高速、高精度及结构上要 求剖分等场合求剖分等场合 汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电
2、机、水泥 搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械中搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械中 机械设计 主主要内容要内容 一、滑动轴承的类型及其结构型式一、滑动轴承的类型及其结构型式 二、轴瓦的材料和结构二、轴瓦的材料和结构 三、轴承的润滑三、轴承的润滑 四、非液体摩擦滑动轴承的设计四、非液体摩擦滑动轴承的设计 五、液体摩擦滑动轴承的设计五、液体摩擦滑动轴承的设计 机械设计 受载方向受载方向 径向轴承径向轴承 推力轴承推力轴承 承受径向载荷承受径向载荷 承受轴向载荷承受轴向载荷 7-1 7-1 概述概述 摩擦状态摩擦状态 非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承液体摩擦滑动轴承 静压轴承静压轴
3、承 动压轴承动压轴承 一、滑动轴承的分类:一、滑动轴承的分类: 特点:系统复杂、工作可靠特点:系统复杂、工作可靠 应用:低速、频繁启动,载荷或转速变化大场合应用:低速、频繁启动,载荷或转速变化大场合 静压轴承:外界高压油输入轴承间隙,轴径与轴瓦由油膜分开静压轴承:外界高压油输入轴承间隙,轴径与轴瓦由油膜分开 特点:结构简单、要求制造精度高特点:结构简单、要求制造精度高 应用:高速、高旋转精度,高载荷或转速变化小的场合应用:高速、高旋转精度,高载荷或转速变化小的场合 动压轴承:轴径与轴瓦相对动,形成动压油膜,使轴径与轴瓦由油膜分开动压轴承:轴径与轴瓦相对动,形成动压油膜,使轴径与轴瓦由油膜分开
4、机械设计 二、摩擦状态的分类:二、摩擦状态的分类: 完全液体完全液体摩擦状态摩擦状态 润滑油膜将摩擦表面完全隔开,只存在润滑油膜将摩擦表面完全隔开,只存在 液体分子间的摩擦液体分子间的摩擦 润滑油膜部分地将摩擦表面隔开,有局润滑油膜部分地将摩擦表面隔开,有局 部地方是金属间的直接接触部地方是金属间的直接接触 边界摩擦状态边界摩擦状态 f f = 0.0010.008= 0.0010.008 f f = 0.0080.01= 0.0080.01 摩擦表面间没有任何物质的摩擦,阻力最大摩擦表面间没有任何物质的摩擦,阻力最大 边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并存,边界摩擦常与半液体摩擦、半干摩擦并存
5、, 通称非液体摩擦通称非液体摩擦 干摩擦状态干摩擦状态 f f = 0.010.1= 0.010.1 机械设计 完全液体完全液体摩擦摩擦 滑动轴承工作的最理想状态滑动轴承工作的最理想状态 但是要达到这种状态(流体但是要达到这种状态(流体 动压)必须满足一定的条件动压)必须满足一定的条件 非液体非液体摩擦摩擦 低速、不太重要的轴承低速、不太重要的轴承 重要轴承要按完全液体摩擦状态来设计重要轴承要按完全液体摩擦状态来设计 机械设计 一、向心滑动轴承一、向心滑动轴承 整体式整体式 结构简单、刚度大结构简单、刚度大 7-2 7-2 滑动轴承的结构形式滑动轴承的结构形式 轴只能从端部装入,磨损后轴与轴轴
6、只能从端部装入,磨损后轴与轴 瓦间的间隙无法调整瓦间的间隙无法调整 剖分式剖分式 由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓构成由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓构成 结构较繁、间隙可调,装拆方便,广泛采用结构较繁、间隙可调,装拆方便,广泛采用 机械设计 自动调心式自动调心式 轴承宽径比较大时,若轴发生弯曲变形,轴承宽径比较大时,若轴发生弯曲变形, 易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触 适合适合B/dB/d1.51.5的轴承的轴承 剧烈磨损和发热剧烈磨损和发热 轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心,可轴瓦可随轴的弯曲或倾斜而自动调心,可 保证轴颈与轴瓦的均匀接触保证轴颈与轴瓦的均匀接触
7、 间隙可调式间隙可调式 通过锥形表面的移动来调整轴颈与轴通过锥形表面的移动来调整轴颈与轴 瓦的间隙瓦的间隙 机械设计 二、推力滑动轴承二、推力滑动轴承 轴轴端面或轴环端面是承载面端面或轴环端面是承载面 实心式实心式 支撑面压强分布不均,磨损不均匀,使用较少支撑面压强分布不均,磨损不均匀,使用较少 空心式空心式 支撑面上压强分布较均匀,润滑条件有所改善支撑面上压强分布较均匀,润滑条件有所改善 单环式单环式 轴环端面承载,结构简单,润滑方便,低速轻载轴环端面承载,结构简单,润滑方便,低速轻载 多环式多环式 承载能力强,可承受双向轴向载荷承载能力强,可承受双向轴向载荷 ,但各环受载不均,但各环受载不
8、均 机械设计 一、材料基本要求一、材料基本要求 良好的耐磨性和减摩性及抗胶合性良好的耐磨性和减摩性及抗胶合性, ,并有足够的强度并有足够的强度 二、常用材料二、常用材料 铸铁铸铁轻载、低速的场合 轻载、低速的场合 锑、铜金属硬粒锑、铜金属硬粒 锡基体或铅基体锡基体或铅基体 轴瓦直接与轴颈接触,主要失效为:轴瓦直接与轴颈接触,主要失效为:磨损磨损和和胶合胶合 轴承合金(巴氏合金)轴承合金(巴氏合金) 摩擦系数小、抗胶合性能力强、摩擦系数小、抗胶合性能力强、 吸附性强,易跑合,但机械强度吸附性强,易跑合,但机械强度 较低、价昂较低、价昂 用作轴承衬,浇铸在钢或铸铁的轴瓦基体上!用作轴承衬,浇铸在钢
9、或铸铁的轴瓦基体上! 7-3 7-3 轴瓦的材料和结构轴瓦的材料和结构 机械设计 铜合金铜合金 铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成的多孔性材料铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成的多孔性材料 用于载荷平稳、低速和加油不便场合,如排气扇等家电设备用于载荷平稳、低速和加油不便场合,如排气扇等家电设备 塑料、橡胶、尼龙等塑料、橡胶、尼龙等 摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀,但承载低、热变形大摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀,但承载低、热变形大 广泛应用于离心水泵、水轮机等设备中广泛应用于离心水泵、水轮机等设备中 粉末冶金粉末冶金 非金属材料非金属材料 疲劳强度高、耐磨性与减摩性好,可在较高温下工作,但疲劳强度高、耐磨性与减摩
10、性好,可在较高温下工作,但 可塑性差,不易跑合;用于中低速、重载场合可塑性差,不易跑合;用于中低速、重载场合 表表7-27-2列出了常用轴承材料性能及用途(部分)列出了常用轴承材料性能及用途(部分) 机械设计 机械设计 8-2 轴瓦的材料 材材 料料 牌号牌号 p p / MPa/ MPa v v /( /(m/sm/s) ) pvpv /( /(MPam/sMPam/s) ) 硬度硬度(HBS)(HBS)应应 用用 举举 例例 金属模金属模 砂砂 模模 铸铸 铁铁 灰铸铁灰铸铁 (HT150250)(HT150250) 0.140.1420.520.5160180160180 用于不受冲击的
11、低速、轻载轴用于不受冲击的低速、轻载轴 承承 铜铜 合合 金金 锡青铜锡青铜 ZCuSn10P1ZCuSn10P1 1515101015(20)15(20)90908080 用于重载、中速、高温及冲击用于重载、中速、高温及冲击 条件下工作的轴承条件下工作的轴承 锡青铜锡青铜 ZCuSn6Zn6Pb3ZCuSn6Zn6Pb3 8 8 3 3 10(12)10(12)65656060 用于中载、中速工作的轴承,用于中载、中速工作的轴承, 如起重机轴承及机床的一般主如起重机轴承及机床的一般主 轴轴承轴轴承 铝青铜铝青铜 ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3 3030 8 8 12(60)12(6
12、0)110110100100 铝铁青铜,用于受冲击载荷处铝铁青铜,用于受冲击载荷处 ,轴承温度可至,轴承温度可至300300。轴颈。轴颈 需淬火需淬火 铅青铜铅青铜 ZCuPb30ZCuPb30 25(25(平稳平稳) )121230(90)30(90) 2525 铅青铜,浇铸在钢轴瓦上做轴铅青铜,浇铸在钢轴瓦上做轴 承衬,可受很大的冲击载荷,承衬,可受很大的冲击载荷, 也适用于精密机床主轴轴承也适用于精密机床主轴轴承 15(15(冲击冲击) ) 8 8 (60)(60) 轴轴 承承 合合 金金 ZChSnSb11-6ZChSnSb11-6 (锡基)(锡基) 25(25(平稳平稳) )8080
13、20(100)20(100) 2727 用做轴承衬,用于重载、高速用做轴承衬,用于重载、高速 ,温度低于,温度低于110110的重要轴承的重要轴承, , 如汽轮机、内燃机、高转速的如汽轮机、内燃机、高转速的 机床主轴轴承等。机床主轴轴承等。 20(20(冲击冲击) )60601515 ZChPbSb16-16-ZChPbSb16-16- 2 2 (铅基)(铅基) 1515121210(50)10(50)3030 用于不剧变的重载、高速轴承用于不剧变的重载、高速轴承 ,如车床、发电机、压缩机、,如车床、发电机、压缩机、 轧钢机等。轧钢机等。 ZChPbSb15-5ZChPbSb15-5 (铅基)
14、(铅基) 5 5 8 8 5 5 2020 用于中速、中载且冲击不大的用于中速、中载且冲击不大的 轴承。如汽轮机、中等功率的轴承。如汽轮机、中等功率的 电动机、拖拉机、发动机、空电动机、拖拉机、发动机、空 压机的轴承压机的轴承 机械设计 三、三、 轴瓦的结构轴瓦的结构 与轴颈直接接触,应具有一定的强度和刚度,应定位可靠,与轴颈直接接触,应具有一定的强度和刚度,应定位可靠, 便于输入润滑剂,容易散热,调整方便便于输入润滑剂,容易散热,调整方便 常用轴瓦两种结构:整体式(也称轴套)和部分式常用轴瓦两种结构:整体式(也称轴套)和部分式 为节省贵重金属,常在轴瓦内表面上浇铸或轧制一层轴承合金为节省贵重
15、金属,常在轴瓦内表面上浇铸或轧制一层轴承合金 轴承衬,约轴承衬,约0.55mm0.55mm厚厚 轴承衬轴承衬 机械设计 轴瓦和轴承座间不允许相对位移,可轴瓦和轴承座间不允许相对位移,可 将轴瓦两端做成凸缘,或用销钉固定将轴瓦两端做成凸缘,或用销钉固定 在轴承座上在轴承座上 为使轴承获得良好的润滑,还需开设油孔和油沟为使轴承获得良好的润滑,还需开设油孔和油沟 油孔和油沟应开在非承载区内,否则会大大降低轴承承载能力油孔和油沟应开在非承载区内,否则会大大降低轴承承载能力 机械设计 7-4 7-4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 一、润滑目的:一、润滑目的: 有机油、矿物油、化学合成油有机油、矿物油、化
16、学合成油其中矿物油应用最广其中矿物油应用最广 二、润滑剂:二、润滑剂: 减小摩擦和磨损,降温,防锈、减振等作用减小摩擦和磨损,降温,防锈、减振等作用 绝大多数场合采用润滑油或润滑脂绝大多数场合采用润滑油或润滑脂 液体(水、油)、半固体(润滑脂)、固体(石墨)和气体液体(水、油)、半固体(润滑脂)、固体(石墨)和气体 润滑油润滑油 评判润滑油好坏的主要性能指标有:评判润滑油好坏的主要性能指标有: 粘度粘度、油性、氧化稳定性、闪点和燃点、凝固点、油性、氧化稳定性、闪点和燃点、凝固点 其中粘度是润滑油的最主要性能指标其中粘度是润滑油的最主要性能指标 机械设计 粘度的概念粘度的概念 粘度即粘度即流体抵
17、抗变形的能力流体抵抗变形的能力 粘度表征流体内摩擦阻力的大小,粘度越大,摩擦阻力越大粘度表征流体内摩擦阻力的大小,粘度越大,摩擦阻力越大 右图所示两平行板间充满一定粘度的润滑油右图所示两平行板间充满一定粘度的润滑油 假设润滑油为层流假设润滑油为层流 且润滑油只沿一个方向流动且润滑油只沿一个方向流动 各油层以不同速度各油层以不同速度u u移动移动 贴近静止板的油层速度贴近静止板的油层速度 u u = 0= 0 贴近移动板的油层速度贴近移动板的油层速度 u u = = v v 各油层间的相对滑移导致相应的剪切应力各油层间的相对滑移导致相应的剪切应力 t t 且与且与y y向的速度梯度成正比,即向的
18、速度梯度成正比,即 比例常数,即比例常数,即动力粘度动力粘度 ( ( 粘性流体摩擦定律,粘性流体摩擦定律, 也称牛顿粘性定律也称牛顿粘性定律 ) ) 表示表示u u 随随y y 的距的距 离增大而减小离增大而减小 机械设计 长宽高各为长宽高各为 1m 1m 的流体,若上下两面发生的流体,若上下两面发生 1m/s 1m/s 的相对滑动,所需施加的力为的相对滑动,所需施加的力为 1N 1N 时时 ,该流体的粘度为,该流体的粘度为 1 1 个国际单位制的动力个国际单位制的动力 粘度,记为粘度,记为 Pa.sPa.s 动力粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值与同温下该流体密度的比值 该粘度也叫绝对粘度
19、,主要该粘度也叫绝对粘度,主要用于流体动力学计算用于流体动力学计算 润滑油的粘度润滑油的粘度 运动粘度运动粘度n n 动力粘度动力粘度h h 润滑油有两个粘度润滑油有两个粘度 润滑油牌号一般为润滑油牌号一般为40 C40 C时运动粘度的平均值时运动粘度的平均值 1P =1dyns/cm1P =1dyns/cm 2 2 =100cP=0.1Pas=100cP=0.1Pas动力粘度的物理单位是动力粘度的物理单位是P(P(泊泊) ) 粘度的常用单位粘度的常用单位 运动粘度的物理单位是运动粘度的物理单位是cmcm 2 2 /s /s,St(St(斯斯) ) 如:牌号为如:牌号为L-AN46L-AN46
20、 是指在是指在40 40 CC时油的运动粘度为时油的运动粘度为41.450.641.450.6厘斯厘斯 机械设计 表表14-2 14-2 常用润滑油的主要性质常用润滑油的主要性质 名名 称称 全损耗全损耗 系统用油系统用油 GB443-89GB443-89 汽轮机油汽轮机油 GB11120-89GB11120-89 代代 号号 40 40 的粘度的粘度 mmmm 2 2/s /s L-AN7 6.127.48 -10 110L-AN7 6.127.48 -10 110 凝点凝点 C C 闪点闪点( (开式开式) ) C C 用于高速底负荷机械、用于高速底负荷机械、 精密机床、纺织纱锭的精密机床
21、、纺织纱锭的 润滑和冷却。润滑和冷却。 普通机床的液压油。普通机床的液压油。 用于一般滑动轴承、用于一般滑动轴承、 齿轮、蜗轮的润滑齿轮、蜗轮的润滑 用于重型机床导轨、用于重型机床导轨、 矿山机械的润滑。矿山机械的润滑。 用于汽轮机、发电机等用于汽轮机、发电机等 高速高负荷轴承和各种高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承小型液体润滑轴承 L-AN100 90110 0 210L-AN100 90110 0 210 L-AN10 9.011.0 -10 125L-AN10 9.011.0 -10 125 L-AN15 13.516.5 -10 165L-AN15 13.516.5 -10 165
22、 L-AN32 28.832.2 -10 170L-AN32 28.832.2 -10 170 L-AN46 41.450.6 -10 180L-AN46 41.450.6 -10 180 L-AN68 61.274.8 -10 190L-AN68 61.274.8 -10 190 L-TSA32 28.835.2L-TSA32 28.835.2 -7 180-7 180 L-TSA46 41.450.6L-TSA46 41.450.6 主要用途主要用途 机械设计 温度温度 压力压力 粘度粘度 粘度粘度 影响润滑油粘度的主要因素影响润滑油粘度的主要因素 压力较小时,对粘度的影响可忽略不压力较小
23、时,对粘度的影响可忽略不 计;但超过计;但超过100MPa100MPa时,不能忽略时,不能忽略 其它性能指标如:油性、氧化其它性能指标如:油性、氧化 稳定性、燃点等自学稳定性、燃点等自学 压力大、冲击、变载条件,选粘度高的油;压力大、冲击、变载条件,选粘度高的油; 速度高,选粘度低的油,以减少摩擦损失;速度高,选粘度低的油,以减少摩擦损失; 工作温度高,应选粘度高的油,因粘度会随温度升高而下降。工作温度高,应选粘度高的油,因粘度会随温度升高而下降。 润滑油的选择原则润滑油的选择原则 机械设计 润滑脂润滑脂 钙基钙基抗水性好、耐热性差、价廉抗水性好、耐热性差、价廉 钠基钠基抗水性差、耐热性好、防
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- 07 滑动 轴承 设计
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