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1、第十五章 滑动轴承,机械设计基础 ,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,15-4 润滑剂和润滑装置,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,15-6 动压润滑的基本原理,15-7 液体动压多油楔轴承简介,15-8 静压轴承与空气轴承简介,第十五章 滑动轴承,概 述,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,轴承的功用：,根据轴承中摩擦性质不同： 滑动（摩擦）轴承(15章） 滚动（摩擦）轴承（16章）,向心轴承承受径向力 根据承受载不同： 向心推力轴承承受两个力 推力轴承承受轴向力,使用哪一种轴承，取决使用、工艺上
2、很多因素，但是由于滑动轴承摩擦损耗都比较大，维护复杂，多数场合选用滚动轴承。但又由于滑动轴承本身的独特的优点，在某些特殊场合仍占有重要地位。,第十五章 滑动轴承,概 述,如:特高转数（滚动轴承噪音大，寿命低）； 对轴的支承位置特别精确（滑动轴承影响精度的零件数少）； 特大轴（单件生产造价高）； 受冲击和振动大的场合（滑动轴承油层的缓冲和阻尼）； 必须作剖分式（曲轴）； 轴排列紧密时，无空间可选径向尺寸较小的滑动轴承； 有特殊性的介质情况下（水、腐蚀性介质中）。,1. 干摩擦 （f =0.20.3）,固体表面直接接触，因而,不允许出现干摩擦！,2. 边界摩擦（f =0.10.3）,功耗,磨损,温
3、度,烧毁,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。,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（f=0.0010.01）,第一节 摩擦状态,第十五章 滑动轴承,在一般机器中，处于以上三种情况的混合状态。,称无量纲参数n/p为 轴承特性数。 -动力粘度，p-压强 ， n-每秒转数,第一节 摩擦状态,第十五章 滑动轴承,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,处于干摩擦和边界摩擦的情况，表面都会有磨损（运动副中，摩擦表面物质不断损失的现象），除非运动副摩擦表面为一层润滑剂所隔开，
4、而不直接接触，否则磨损总是难免的。但只要磨损速度稳定缓慢，零件就能保持一定寿命。所以在预定使用期限内，零件的磨损量不超过允许值时，就认为是正常磨损。据统计80%损坏零件是因磨损而报废，提高零件耐磨性很重要。磨损现象相当复杂，主要类型有象94讲的： 1磨粒磨损：使表面材料脱落，留下沟纹。 2粘着磨损（胶合）：使材料产生塑性流动，粘着转移严重时摩擦表面相互咬死。 3疲劳磨损（点蚀）：表层金属小片剥落下来，形成小坑。 4腐蚀磨损：与周围介质发生（电）化学反应。 一般要求pvpv，pp,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,一、向心滑动轴承,根据能承受载荷的方向,轴承座(座体、盖、螺栓或螺柱
5、) 、轴套(或轴瓦),向心轴承 推力轴承,组成：,整体式径向滑动轴承,薄壁轴瓦,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,轴瓦：,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,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。,轴瓦非承载区内表面。, 位置：,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,宽径比轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d，它是滑动轴承的重要参数之一，对于液体润滑B/d取0.51；非液体润滑B/d取0.81.5。太大油泄露，使油量不足，磨损过速；太小，轴弯曲变形，引起载荷集中，
6、磨损加剧。,2整体式轴套 安装拆卸不方便，轴承间隙也无法调整。多用于间歇性的工作或低速轻载简单机器中。 3自动调位式轴瓦外表面与轴承座内表面均为球面，能自动适应轴颈线与轴承孔中心线的不平行度。,作用：用来承受轴向载荷,二、 推力滑动轴承,结构特点： 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快。其数量一般为612。,巴氏合金,第二节 滑动轴承的结构型式,第十五章 滑动轴承,轴瓦材料的要求：,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。,工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上
7、取长补短。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第十五章 滑动轴承,轴承表面的磨粒磨损、刮伤、咬粘(胶合)、疲劳剥落和腐蚀。,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。,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）,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第十五章 滑动轴承,一、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
8、承。,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。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第十五章 滑动轴承,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、
9、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。,第三节 轴瓦及轴承衬材料,第十五章 滑动轴承,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,一、润滑剂 轴承润滑的目的：降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。 润滑剂分为： 1)液体润滑剂润滑油； 2)半固体润滑剂润滑脂； 3)固体润滑剂等。 1润滑油 特点：有良好的流动性。 适用场合：混合润滑轴承和液体润滑轴承。,润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力，它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。 润滑油的粘度
10、有动力粘度和运动粘度。 动力粘度为：长、宽、高各为1m的液体，如果使上下平面间以u=1m/s的相对速度运动，所需施加的力F 为1N 时，该液体的粘度为1个国际单位制的动力粘度，以Pas(帕秒)表示，1Pas=1Ns/m2 。动力粘度又称绝对粘度。 运动粘度，它等于动力粘度与液体密度的比值，即在国际单位制中，的单位是m2/s。,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,一般润滑油的牌号就是该油在40时的运动粘度(单位为cSt (厘斯)或mm2/s) 的平均值，见表152。 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。 高温时，粘度应高一些；低温时
11、，粘度可低一些。 2. 润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成。 特点： 无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。 适用场合：难以经常供油，或低速重载以及往复摆动的轴承。,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,针入度（锥入度）：表示润滑脂性能的重要参数。在25时，总荷重为1500.25g的标准锥在5s内垂直穿入润滑脂试样的深度叫润滑脂锥入度，以1/10mm表示。锥入度是表示润滑脂软硬的项目。锥入度越大，稠度越大，稠度越小，润滑脂就越软。反之，则润滑脂越硬，稠度越大。 润滑脂的选择原则： 当压力高和滑动速度低时，选择针入度小的润滑脂；反之，选择针入度大的
12、润滑脂。 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。,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,3.固体润滑剂 固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氯乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。 使用方法： 1）涂敷、粘结或烧结在轴瓦表面； 2）或调配到润滑油和润滑脂中使用； 3）渗入轴承材料中或成型后镶嵌在轴承中使用。,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,二、润滑装置,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,1手浇润滑：用手浇油壶向油口注油。 2滴油润滑：用针阀式油杯（手柄平放关，竖起开）。,3油绳润滑：利用棉
13、纱的毛细管作用，连续的给油。 4旋盖式油杯（对润滑脂）或油枪：间歇地供油。,第四节 润滑剂和润滑装置,第十五章 滑动轴承,6飞溅润滑：浸在油池中的零件旋转时将油溅到壳体内壁，经特设油道进入轴承，油量不可调。 7浸油润滑：部分轴承直接浸在油中以润滑轴承。 8压力润滑：用油泵，供油安全可靠，但设备复杂。常用于发动机曲轴箱的压力润滑。,5油环润滑：油环浸在油池，套在轴颈上被摩擦力带动油环旋转,第五节非液体摩擦滑动轴承的计算（自学）,第十五章 滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承可用润滑油润滑，也可用润滑脂润滑。在润滑油、润滑脂中加入少量鳞片状石墨或二硫化铝粉末，有助于形成更坚韧的边界油膜，且可填平粗糙表面而
14、减少磨损。 维持边界油膜不遭破裂，是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。 计算方法是间接的、条件性的。 计算内容： 限制压强 p 、pv值、滑动速度v ，不超过许用值。,一、向心轴承 1轴承的压强p：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度的磨损。即,式中：F为轴承径向载荷，N；B为轴瓦宽度，mm；d为轴颈直径，mm;p为轴瓦材料的许用压强，MPa(表15-1)。 2. 轴承的pv值 pv值与摩擦功率损耗成正比，它简略地表征轴承的发热因素。 pv值越高，轴承温升起高，容易引起边界油膜的破裂。,第五节非液体摩擦滑动轴承的计算（自学）,第十五章 滑动轴承,pv值的验算式为：,
15、式中： n为轴的转速，r/min；pv为轴瓦材料的许用值，MPam/s(表 15- 1)。 验算滑动速度 v (m/s),式中： v材料的许用滑动速度。,第五节非液体摩擦滑动轴承的计算（自学）,第十五章 滑动轴承,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,第十五章 滑动轴承,一、动压润滑的形成原理和条件 无载荷的两平行板之间液体各流层的速度呈三角形分布，进油等于出油，图1516a，A板也不会下沉（流体力学知识）。,若承受载荷，油向两侧压出，上A板逐渐下沉，直到与板B接触，如图b。这说明两平行板间是不能形成压力油膜的。也不能承受外载荷。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,若两
16、板不平行，且间隙沿运动方向由大变小，上板承受载荷为F，图c，由于液体是不可压缩的，使进口油速与出口油速不再是三角形分布。而进口间隙大，速度曲线向内凹，出口端间隙小，速度曲线向外凸，这样，才能使进油量与出油量相等。这时间隙内形成的液体压力将与外载荷F平衡。这说明在间隙内形成了压力油膜。,这种借助相对运动而在轴承间隙中形成的压力油膜称为动压油膜。形成动压油膜的必要条件是： 两工作表面间必须有收敛的楔形间隙； 两工作表面间必须连续充满润滑油或其他粘性流体； 两工作表面间必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须保证润滑油从大截面流进，从小截面流出。 此外，对于一定的载荷F，必须使速度v，粘度及间隙等匹
17、配恰当(充分条件)。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,下面看向心轴承动压油膜形成过程：,1. 静止时，由于轴承与轴颈间间隙，自然形成楔形,图a； 2. 启动时，轴承对轴颈的摩擦力与圆周速度方向相反，迫使轴颈向右滚动而偏移，图b；,3. 转速升高但不大时，带入油楔内油量增多，轴承与轴颈表面形成较薄油膜，摩擦力减小，但还不足以平衡外载荷，此时还处于非液体摩擦状态。图c；,另外，对一定载荷F，必须使速度v、粘度、间隙相匹配。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,转数升到一定值，油楔油增多，油压升高，足以平衡外载荷，且油膜厚度大于轴承与轴颈两表面粗糙度之和，完全呈液体摩擦状
18、态。 5. 转数进一步升高，油压升高，轴颈中心靠近孔中心油楔减小，内压下降，再次与外载荷平衡。,动压轴承演示,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,二、液体动压润滑的基本方程(自学) 对照图15-18，假设： 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，即同一油膜截面上压力为常数(由于油膜很薄，故这样假设是合理的)； 3) 润滑油粘度不随压力而变化，并且忽略油层的重力和惯性； 4) 润滑油处于层流状态。,1. 速度分布方程 在油膜中取出一微单元体，它承受油压p和内摩擦切应力(图15-18)。根据平衡条件，得,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴
19、承,整理后，得 :,此式表明，任意一点的油膜压力p沿x方向的变化率dp/dx，与该点速度梯度(y向)的导数有关。 上式对y积分得,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,式中C1、C2是积分常数，可由边界条件来确定。 当 y=0时，u=-v，所以C2=-v; 当y=h时，u=0，所以,代回原式并整理之,由上式可知，油层的速度u 由两部分组成：式中后一项的速度呈线性分布，这是直接在板 A 的运动下由各油层间内摩擦力的剪切作用所 引 起 的 流动，称为剪切流；式中前一项的速度呈抛物线分布，这是由于油膜中压力沿y 方向的变化所引起的流动，称为压力流。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑
20、动轴承,2. 流量方程 根据流体的连续性原理，流过不同截面的流量应该是相等的，为此先求任意截面上的流量(z方向取单位长),3. 液体动压润滑的基本方程一维雷诺方程 取图15-16c上的b-b截面，该处速度呈三角形分布，间隙厚度为h0，故,式中的负号表示流速的方向与x方向相反。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,因流经两个截面上的流量相等，故,式(15-9)为液体动压润滑的基本方程，称为一维雷诺方程。它描述了两平板间油膜压力p的变化与润滑油的动力粘度、相对滑动速度v及油膜厚度h之间的关系。 当h=h0 (b-b截面)时，dp/dx =0，p有极大值pmax，所以b点是对应于pmax
21、处的特定点。又dp/dx =0，即 d2u/dy2=0，所以速度梯度du/dy必须是常量，亦即b-b截面处的速度呈三角形分布。 由式(15-9)可求出油膜压力p沿x方向分布的曲线(图15-16c)，再根据油膜压力的合力，便可确定油膜的承载能力。但实际轴承的宽度是有限的，计算中必须考虑润滑油从轴承两端泄漏对油膜承载能力的影响。,第六节 动压润滑的基本原理,第十五章 滑动轴承,第七节 液体动压多油楔轴承简介（自学）,第十五章 滑动轴承,在多油楔滑动轴承中，轴瓦的内孔制成特殊形状，目的是在工作中产生多个油楔，形成多个动压油膜，借以提高轴承的工作稳定性加旋转精度。,a）椭圆轴承 b）固定式三油楔轴承
22、c）可倾式多油楔轴承,一、静压轴承 静压轴承是依靠一套给油装置，将高压油压入轴承的间隙中，强制形成油膜，保证轴承在液体摩擦状态下工作。油膜的形成与相对滑动速度无关，承载能力主要取决于油泵的给油压力，因此静压轴承对高速、低速、轻载、重载下都能胜任工作。在启动、停止和正常运转时期内，轴与轴承之间均无直接接触，理论上轴瓦没有磨损，轴承寿命长，可以长时期保持精度。而且正由于任何时期内轴承间隙中均有一层压力油膜，故对轴和轴瓦的制造精度可适当降低，对轴瓦的材料要求也较低。,第八节静压轴承与空气轴承简介（自学）,第十五章 滑动轴承,应用节流器能随外载荷的变化而自动调节各油腔内的压力，节流器选择得恰当，可使主轴的位移e达到最小值。 节流器是静压轴承中的关键部分。 常用的节流器有小孔节流器(图15-21)和毛细管节流器等。,二、空气轴承,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。,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。,第八节静压轴承与空气轴承简介,第十五章 滑动轴承,