第 12 章 滑动轴承
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第 12 章 滑动轴承. §12-1 滑动轴承概述. §12-2 滑动轴承的典型结构. §12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料. §12-4 滑动轴承轴瓦结构. §12-5 滑动轴承润滑剂的选择. §12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算. §12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算. §12-8 其它形式滑动轴承简介. 优点多,应用广. 用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。. §12-1 滑动轴承概述. 轴承的功用: 用来 支承轴及轴上零件 。. 一、轴承的基本要求. 1 .能承担一定的载荷,具有一定的强度和刚度。. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
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第 12 章 滑动轴承§12-1 滑动轴承概述§12-2 滑动轴承的典型结构§12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4 滑动轴承轴瓦结构 §12-5 滑动轴承润滑剂的选择§12-6 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算§12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算§12-8 其它形式滑动轴承简介
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分
类
滚动轴承
轴承的功用:用来支承轴及轴上零件 。
滑动轴承
优点多,应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。
§12-1 滑动轴承概述
1 .能承担一定的载荷,具有一定的强度和刚度。2 .具有小的摩擦力矩,使回转件转动灵活。3 .具有一定的支承精度,保证被支承零件的回转精度。
一、轴承的基本要求
二、轴承的分类 按摩擦性质分
按受载方向分按润滑状态分
向心推力 ( 径向止推 ) 轴承
向心 ( 径向 ) 轴承 推力 ( 止推 ) 轴承
不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承
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三、滑动轴承的应用领域 1. 工作转速特高的轴承,汽轮发电机; 2. 要求对轴的支承位置特别精确的轴承,如精密磨床; 3. 特重型的轴承,如水轮发电机; 4. 承受巨大冲击和振动载荷的轴承,如破碎机; 5. 根据装配要求必须做成剖分式的轴承,如曲轴轴承; 6. 在特殊条件下(如水中、或腐蚀介质)工作的轴承, 如舰艇螺旋桨推进器的轴承; 7. 轴承处径向尺寸受到限制时,可采用滑动轴承。 如多辊轧钢机。 四、滑动轴承的设计内容
轴承的型式和结构选择;轴瓦的结构和材料选择;轴承的结构参数设计润滑剂及其供应量的确定;轴承工作能力及热平衡计算。
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一、 向心滑动轴承
组成:轴承座、轴套或轴瓦等。
§12-2 滑动轴承的结构型式油杯孔
轴承
1) 结构简单,成本低廉。
应用: 低速、轻载或间歇性工作的机器中。
2) 因磨损而造成的间隙无法调整。3) 只能从沿轴向装入或拆。
1) 整体式向心滑动轴承 轴承座
特点:
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将轴承座或轴瓦分离制造,两部分用联接螺栓。
剖分式向心滑动轴承
螺纹孔
轴承座
轴承盖
联接螺栓
剖分轴瓦
2) 剖分式向心滑动轴承
特点:结构复杂,可以调整因磨损而造成的间隙,安装方便。
应用场合:低速、轻载或间歇性工作的机器。
榫口
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作用:用来承受轴向载荷 二、 推力滑动轴承
结构形式:
2
1
F1
F
2
F
21
F2
1
空心式 --- 轴颈接触面上压力分布较均匀,润滑条件比 实心式要好。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。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% 。
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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 6~12 。
---倾角固定,顶部预留平台,
类型固定式
可倾式
用来承受停车后的载荷。
---倾角随载荷、转速自行 调整,性能好。
F F
巴氏合金
绕此边线自行倾斜
F
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§12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料一、滑动轴承常见失效形式磨粒磨损 ---- 进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动,对轴承表面起研磨作用。刮伤 ---- 进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰,在轴承表面划出线状伤痕。胶合 ----当瞬时温升过高,载荷过大,油膜破裂时或供油不足时,轴承表面材料发生粘附和迁移,造成轴承损伤。疲劳剥落 ---- 在载荷得反复作用下,轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹,扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀 ---- 润滑剂在使用中不断氧化,所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀,材料腐蚀易形成点状剥落。
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微动磨损 ---- 发生在名义上相对静止,实际上存在循环 的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。
其它失效形式 :气蚀 ---气流冲蚀零件表面引起的机械磨损; 流体侵蚀 ---流体冲蚀零件表面引起的机械磨损; 电侵蚀 --- 电化学或电离作用引起的机械磨损;
轴瓦失效实例 :
轴瓦磨损 表面划伤 疲劳点蚀
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汽车用滑动轴承故障原因的平均比率
其 它气 蚀制造精度低腐 蚀故障原因6.08.115.911.138.3比率/%
6.72.85.55.6比率/%
超 载对中不良安装误差润滑油不足不干净故障原因
二、滑动轴承的材料(一 ) 轴承材料性能的要求
1) 减摩性 ---- 材料副具有较低的摩擦系数。2) 耐磨性 ---- 材料的抗磨性能,通常以磨损率表示。3) 抗胶合 ---- 材料的耐热性与抗粘附性。4) 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。5) 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。6) 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。
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。
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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,性能上取长补短。
轴承衬
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。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。
滑动轴承材料
金属材料
非金属材料
轴承合金铜合金铝基轴承合金铸铁多孔质金属材料
工程塑料碳—石墨橡胶木材
(二 ) 常用轴承材料
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1) 轴承合金(白合金、巴氏合金)是锡、铅、锑、铜等金属的合金, 锡或铅为基体。 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: t<120℃ 由于巴式合金熔点低
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2 )铜合金 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
3 )铝基合金 铝锡合金: 有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度,摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。
4) 铸铁:用于不重要、低速轻载轴承。
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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。
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。
5) 多孔质金属材料
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。
工程塑料: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。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。
6) 非金属材料
碳 --石墨:是电机电刷常用材料,具有自润滑性,用于不良环境中。
木材:具有多孔结构,可在灰尘极多的环境中使用。
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表 12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能
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续表 12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能
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§12-4 滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构
按构造分 类
整体式
对开式
按加工分 类
按尺寸分 类
按材料分 类
需从轴端安装和拆卸,可修复性差。
可以直接从轴的中部安装和拆卸,可修复。
轴瓦的类型
整体轴套
对开式轴瓦
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§12-4 滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构
按构造分 类
按加工分 类
按尺寸分 类
按材料分 类
轴瓦的类型
厚壁
薄壁 薄壁轴瓦
厚壁轴瓦
整体式
对开式
节省材料,但刚度不足,故对轴承座孔的加工精度要求高 。
具有足够的强度和刚度,可降低对轴承座孔的加工精度要求。
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§12-4 滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构
按构造分 类
按加工分 类
按尺寸分 类
按材料分 类
轴瓦的类型
单材料
多材料
单一材料
两种材料
强度足够的材料可以直接作成轴瓦,如黄铜,灰铸铁。
轴瓦衬强度不足,故采用多材料制作轴瓦。
厚壁
薄壁
整体式
对开式
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§12-4 滑动轴承轴瓦结构 一、轴瓦的形式和结构
按构造分 类
按加工分 类
按尺寸分 类
按材料分 类
轴瓦的类型
铸造轴瓦
卷制轴套
铸造
轧制
铸造工艺性好,单件、大批生产均可,适用于厚壁轴瓦。
只适用于薄壁轴瓦,具有很高的生产率。
单材料
多材料
厚壁
薄壁
整体式
对开式
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---- 将轴瓦一端或两端做凸缘。凸缘定位
二、轴瓦的定位方法
轴向定位 凸耳 (定位唇 ) 定位
凸耳
凸缘
目的:防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相 对移动。
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紧定螺钉 周向定位
销钉
三、轴瓦的油孔和油槽 作用:把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面。
进油孔油槽
F
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开孔原则:
形式:按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。
F
2) 轴向油槽不能开通至轴承端部,应留有适当的油封面。
1)尽量开在非承载区,尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力;
双轴向油槽开在轴承剖分面上
δδ单轴向油槽在最大油膜厚度处 φa
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45˚
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=0.5~1
非液体润滑摩擦的滑动轴承 : B/d=0.8~1.5
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。
B
d
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§12-5 滑动轴承润滑剂的选择 一、 概述 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
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。
1.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。
选择原则:
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1.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。
选择原则:
2.所用润滑脂的滴点,一般应较轴承的工作温度高约 20 ~ 30℃,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。
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表 12-4 滑动轴承润滑脂的选择
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但 p <10 Mpa 时可忽略。变化很小0.080.07
0.060.050.04
0.030.020.01
30 40 50 60 70 80 90 ℃
η
润滑油的特性:1 )温度 t ↑ 2 )压力 p ↑
选用原则:1) 载荷大、转速低的轴承,宜选用粘度大的油;2) 载荷小、转速高的轴承,宜选用粘度小的油;
→ η ↓→ η ↑
粘 --温图
L-TSA32
L-TSA32
L-TSA32
L-TSA32
二、润滑油及其选择
3) 高温时,粘度应高一些;低温时,粘度可低一些。
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表 12-5 滑动轴承润滑油的选择
<0.1 L-AN68 、 110 、 150 <0.1 L-AN150
0.1~0.3 L-AN68 、 110 0.1~0.3 L-AN100 、 150
0.3~2.5 L-AN46 、 68 0.3~0.6 L-AN100
2.5~5 L-AN32 、 46 0.3~1.2 L-AN68 、 100
5~9.0 L-AN15 、 22 、 32 1.2~2.0 L-AN68
>9.0 L-AN7 、 10 、 15
轴径圆周速度 平均压力 轴径圆周速度 平均压力 m/s p< 3 Mpa m/s p< (3~7.5) Mpa
注: 1 )表中润滑油是以 40℃时的运动粘度为基础的牌号 2 )不完全液体润滑,工作温度 <60℃
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聚氟乙烯树脂
适用场合:用于润滑油不能胜任工作的场合,如高温、 低速重载、有环境清洁要求。
石墨
二流化钼( MoS2 )
--- 性能稳定、 t >350 ℃才开始氧化, 可在水中工作。
----- 摩擦系数低,使用温度范围广 (-60~300 ℃) ,但遇水性能下降。
----- 摩擦系数低,只有石墨的一半。
使用方式:1. 调和在润滑油中;2. 涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜;3. 混入金属或塑料粉末中烧结成型。
其应用日渐广泛
三、固体润滑剂及其选择特点:可在滑动表面形成固体膜。
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§12-6 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,由于轴承的不到足够的润滑剂,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。
校核内容:
2.验算摩擦发热 pv≤[pv] ;3.验算滑动速度 v≤[v] 。 , 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,故应校核滑动速度 v 。
fpv 是摩擦力,限制 pv 即间接限制摩擦发热。
1.验算平均压力 p ≤[p] ,以保证强度要求;
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二、径向滑动轴承的设计计算 已知条件:外加径向载荷 F (N) 、轴颈转速 n(r/mm)及 轴颈直径 d (mm) 验算及设计 :
1 . 验算轴承的平均压力 p
2 . 验算摩擦热
v— 轴颈圆周速度, m/s ;
B---- 轴瓦宽度, [p]---- 许用压强。见下页
p= ≤[p]F
Bd
F
d
n
[ pv]— 轴承材料的许用值。见下页
pv = · F
Bdπdn
60× 1000 ≤[pv]
n— 轴速度, m/s ;
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3. 验算滑动速度 V
表 12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能
材料及其代号
铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6
铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2
铸锡青铜ZCuSn10P1
铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5
铸铝青铜ZCuAl10Fe3
[p]Mpa
[pv]Mpa.m/s
平稳冲击
25
2020
15
HBS金属型 砂型
最高工作温度℃ 轴径硬度
150HBS
150HBS
45HBC
45HBC
45HBC
150
150
280
280
280
27
30
90 80
65 60
110 100
15
15
8
15
10
15
15
12
[v]— 材料的许用滑动速度v≤ [v]
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表 12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能
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4.选择配合一般可选 : H9/d9 或 H8/f7 、 H7/f6
二、止推滑动轴承的计算
zdd
Fp
)(4
21
22
≤[p]
考虑承载的不均匀性, [p] 、 [pv] 应降低 50% 。
F
d1d2
F
d1
d2
已知条件:外加径向载荷 F (N) 、轴颈转速 n(r/mm)
1) 根据轴向载荷和工作要求,选择轴承结构尺寸和材料;2) 验算平均压力;
3) 验算 pv 值
2100060
)( 21
ddn
v ][
)(30000 12
pvddz
nFpv a
z-- 轴环数
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表 12-7 止推滑动轴承的 [p] 、 [pv]
未淬火钢 青铜 4.0~5.0 1~2.5 铸铁 2.0~2.5
[p] [pv]
轴承合金 5.0~6.0
淬火钢 轴承合金 8.0~9.0 1~2.5 青铜 7.5~8.0
淬火钢 12~15
Mpa.m/s Mpa轴环端面、凸缘 轴承
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FFFF
先分析平行板的情况。板 B 静止,板 A 以速度向左运动,板间充满润滑油,无载荷时, 液体各层的速度呈三角形分布,近油量与处油量相等,板 A 不会下沉。但若板 A 有载荷时,油向两边挤出,板 A 逐渐下沉,直到与 B 板接触。
如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布,且板 A 有载荷, 当板 A 运动时,两端速度若程虚线分布,则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的,必将在板内挤压而形成压力,迫使进油端的速度往内凹,而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹,出油端间隙小而速度曲线外凸,进出油量相等,同时间隙内形成的压力与外载荷平衡,板 A 不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样,从凹三角形过渡到凸三角形,中间必有一个位置呈三角形分布。
v
F
v v v
h1
a
a
h2
c
c
v v
h0
b
b
F
一、动压润滑的形成原理和条件 两平形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。
§12-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算
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形成动压油膜的必要条件:1. 两工件之间的间隙必须有楔形间隙;2. 两工件表面之间必须连续充满润滑油或其它液体;
3. 两工件表面必须有相对滑动速度。其运动芳方向必须保证润滑油从大截面流进,从小截面出来。
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二、流体动力润滑基本方程的建立 为了得到简化形式的流体动力平衡方程( Navier - Stokes方程),作如下假设:
▲流体的流动是层流 ;
▲忽略压力对流体粘度的影响 ; ▲ 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; ▲ 流体是不可压缩的; ▲ 流体中的压力在各流体层之间保持为常数。
▲ 流体满足牛顿定律,即 ;τ=ηdud y
B
实际上粘度随压力的增高而增加;
即层与层之间没有物质和能量的交换;
V
A
x
z
y
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取微单元进行受力分析 :
τ
τ+dτ
p+dpp
pdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz –τdxdz=0
=dτ
d ydxdp
dydu
τ=η
整理后得:
又有: =ηdxdp d2u
d y2得:
任意一点的油膜压力 p 沿 x方向的变化率,与该点 y 向的速度梯度的导数有关。
对 y积分得: u= y2+C1y+C2 2η
1dxdp
边界条件:当 y=0 时, u=-v
→C2 = -v
当 y=h 时, u=0
→C1= h +2η1
dxdp
hv
代入得: u= (y2- hy) +2η
1dxdp
vh
y-h
B
A
x
z
y V
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v vF
a
a
c
c
x
z
y
212
1 3
0
hvh
dx
dpudyq
h
x 任意截面内的流量:依据流体的连续性原理,通过不同截面的流量是相等的
02
1vhqx b-b 截面内的流量:
该处速度呈三角形分布,间隙厚度为 h
0
负号表示流速的方向与 x 方向相反,因流经两个截面的流量相等,故有:
=6ηvdxdp h0-h
h3得: --- 一维雷诺方程
由上式可得压力分布曲线 : p=f(x)
在 b-b 处: h=h0 , p=pmax
速度梯度 du/dy 呈线性分布,其余位置呈非线性分布。流量相等,阴影面积相等。
液体动压润滑的基本方程,它描述了油膜压力 p 的变化与动力粘度、相对滑动速度及油膜厚度 h之间的关系。
pmax
x
p
h0
b
b
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▲ 轴承的孔径 D 和轴颈的直径 d名义尺寸相等;直径间 隙 Δ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 φa 和偏心距 e 来表示。▲ 轴承工作能力取决于 hlim ,它与 η 、 ω 、 Δ 和 F 等有关, 应保证 hlim≥[h] 。
F
∑ Fy =F
∑ Fx ≠ 0
∑ Fy =F
∑ Fx = 0
径向滑动轴承动压油膜的形成过程:静止 →爬升→将轴起抬
转速继续升高
→质心左移 →稳定运转达到工作转速
e ---- 偏心距e
φa
h lim
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三、径向滑动轴承的几何关系和承载量系数
最小油膜厚度: hmin= δ - e = rψ(1-χ)
定义 : χ = e / δ 为偏心率
直径间隙: Δ = D - d
半径间隙: δ= R- r = Δ/ 2
定义连心线 OO1为极坐标的极轴:
相对间隙: ψ = δ / r = Δ / d
h lim
稳定工作位置如图所示 ,连心线与外载荷的方向形成一偏位角,
e
φa
h 0
设轴孔半径为: R, r 直径为: D , d ,偏心距 : e 偏位角: φa
在三角形 中有: R2 = e2+ ( r+h)2 –2e(r+h)cos v
22
sin1cos
R
eRehr解得:
h
Dd
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略去二次微量 ,并取根号为正号,得:22
sin
R
e
)cos1()cos1( rh任意位置油膜厚度:
将 dx=rdφ, v=rω , h0, h代入上式得:
压力最大处的油膜厚度: )cos1( 00 h
φ0为压力最大处的极角。
=6ηvdxdp h0-h
h3将一维雷诺方程: 改写成极坐标的形式
30
02 )cos1(
)cos(cos6
d
dp
积分得:
13
0
02 )cos1(
)cos(cos6 dp
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积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力:
)cos()](180cos[ aay ppp
在外载荷方向的分量:
rdprdpp ayy )cos(2
1
2
1
dd
ra )cos(
)cos1(
)cos(cos6
2
1 13
0
02
理论上只要将 py 乘以轴承宽度就可得到油膜总承载能力,但在实际轴承中,由于油可能从轴承两端泄漏出来,考虑这一影响时,压力沿轴向呈抛物线分布。
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油膜压力沿轴向的分布:理论分布曲线 ---- 水平直线,各处压力一样;实际分布曲线 ---- 抛物线且曲线形状与轴承的宽径比 B/d 有关。
FdD
B B
FdD
B/d=1/4
FdD
B/d=1/3
FdD
B/d=1/2
FdD
B/d=1
FdD
……B/d=∞
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22
1''B
zCpp yy
油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为:
py为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力;C’为取决于宽径比和偏心率的系数 ;
对于有限宽度轴承,油膜的总承载能力为
p
B
B y CdB
dzpF2
2/
2/ 1
'
式中 Cp为承载量系数,计算很困难,工程上可查表确定。
dD
F
y
z
B
或vB
F
dB
FCP
2
22
解释这些参数的含义
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表 12-8 有限宽度滑动轴承的承载量系数 Cp
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四、最小油膜厚度 动力润滑轴承的设计应保证: hmin≥[h]
其中: [h]=S(Rz1+Rz2)
S—— 安全系数,常取 S≥2 。
一般轴承可取为 3.2μm 和 6.3μm , 1.6 μm 和 3.2μm 。重要轴承可取为 0.8μm 和 1.6μm ,或 0.2μm 和 0.4μm 。
Rz1 、 Rz2—— 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。
考虑表面几何形状误差和轴颈挠曲变形等
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五、轴承的热平衡计算 热平衡方程:产生的热量 = 散失的热量 Q=Q1+Q2
其中,摩擦热: Q=fρv W
式中 : q ---- 润滑油流量 m3/s ;ρ ---- 滑油密度 kg/m3 ;c ---- 润滑油的比热容, J/(kg. ℃ ) ;ti ---- 油出口温度℃ ;to ---- 油入口温度℃ ;
α3 ----表面传热系数 W/(m2. ℃ ) 。
滑油带走的热: Q1 = qρc(to-ti) W
轴承散发的热: Q2 =α3πdB (to-ti) W
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温升公式:
vvBdq
c
pf
ttt
3
10
vBd
q
其中 ---- 润滑油流量系数;
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 χ
0.240.220.200.180.160.140.120.100.080.060.04
qψvBd - =0.4B
d
1.3
2.0 1.5
1.0
0.8 0.7 0.6 0.5
0.9
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摩擦系数:
55.0p
f
系数 ξ与宽径比有关,若 B/d<1 ,则 ξ =(B/d)1.5 若 B/d≥ 1 ,则 ξ =1 由于轴承内部各处温度不一样,计算时采用平均温度 :
2/)( 10 tttm 为了保证轴承能正常,其平均温度 : tm≤ 70~80℃
设计时,应使进油温度 : ti=tm-∆t/2 ≤ 35~40℃
当 ti > 35~40℃时,表明轴承承载能力有冗余,可采取如下措施: ▲增大表面粗糙度,以降低成本; ▲减小间隙,提高旋转精度;▲加宽轴承,充分利用轴承的承载能力。
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当 t1 > 35~40℃时,表明轴承的承载能力不足,可采取如下措施:
▲加散热片,以增大散热面积;
▲ 在保证承载能力的不下降的条件下,适当增大 轴承间隙;▲提高轴和轴承的加工精度。
油泵
冷却器
冷却水
风冷
▲ 增加冷却装置:加风扇、冷却水管、循环油冷却 ;
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六、轴承参数的选择
取值范围: B/d=0.3~1.5 影响效果: B/d 小,有利于提高稳定性,增大端排泄量 以降低温度; B/d 大,增大轴承的承载能力。
0.6~1.5---- 电动机、发电机、离心机、 齿轮变速器 ;
1 、宽径比 B/d
应用 : B/d=
0.3~1.0---- 汽轮机、鼓风机 ;
0.8~1.2---- 机车、拖拉机 ;
0.6~0.9---- 轧钢机。 2 、相对间隙 ψ
影响因素:载荷和速度,轴径尺寸,宽度 /直径,调心 能力,加工精度。
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选取原则: 1 )速度高, ψ取大值; 载荷小, ψ取小值; 2 )直径大,宽径比小,调心性能好,加工精度高, ψ取小值;反之, ψ取大值。
应用 : ψ =
0.001~0.0002---- 汽轮机、电动机、发 电机、齿轮变速器 ;
0.0002~0.0015---- 轧钢机铁路机车辆;0.0002~0.00125---- 机床、内燃机。 0.0002~0.00125---- 鼓风机、离心机。
一般轴承,按如下经验公式计算: 9/31
9/4
10
)60/(n
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3 、润滑油粘度 η
6/7
3/1
10
)60/('
n
▲η 对承载能力,功耗、温升都有影响;
▲ 根据平均温度: tm = (ti + to )/2 决定润滑油粘度;
▲ 设计时假设, tm=50~75℃ ,计算所得应在:
ti= 35~40℃ ;▲ 初始计算时,可取:
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七、液体动力润滑径向滑动轴承的设计过程 1.已知条件:外加径向载荷 F(N) ,轴颈转速 n(r/mi
n)
及轴颈直径 d(mm) 。2.设计及验算 ① 保证在平均油温 tm 下 hmin ≥[h]
a) 选择轴承材料,验算 p 、 v 、 pv 。
b) 选择轴承参数,如轴承宽度 (B) 、相对间隙(ψ) 和润滑油 (η) 。c) 计算承载量系数 (Cp) 并查表确定偏心率 (χ) 。
d) 计算最小油膜厚度 (hmin) 和许用油膜厚度 ([h]) 。
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③ 极限工作能力校核a) 根据直径间隙 (Δ) ,选择配合。
b) 根据最大间隙 (Δmax) 和最小间隙 (Δmin) ,校核轴 承的最小油膜厚度和润滑油入口油温。
④ 绘制轴承零件图
② 验算温升 a) 计算轴承与轴颈的摩擦系数 ( f ) 。
c) 计算轴承温升 (Δt ) 和润滑油入口平均温度 ( ti ) 。
b) 根据宽径比 ( B/d) 和偏心率 (χ) 查取润滑油流量系数。
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§12-8 其它形式滑动轴承简介一、无润滑轴承 又称干摩擦轴承
无润滑轴承 ---- 工作时外界不提供润滑剂。 自润滑轴承 ---- 轴承材料本身就是固体润滑剂,或 轴瓦内含有润滑剂。 1 )轴承材料及轴径材料
轴承材料 ----为降低磨损,常用工程塑料和碳—石墨;轴径材料 ----为防止锈蚀或降低摩擦系数,常用不锈 钢、碳钢镀硬铬,使轴承和轴径两者表 面硬度差加大。
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b) 轴瓦厚度 ---- 对于完全塑料的轴瓦, δ =d/(12~20), 以金属轴瓦作瓦背时,可适当减薄。
d)表面粗糙度 ----Ra=0.2~0.4 μm
3 )轴承承载能力 失效形式主要是磨损,设计条件是:
p≤ [p] 以及 pv≤ [pv]
c)直径间隙 ----∆ ≈ 0.05d ,且不小于 0.1 mm
2 )主要设计参数 a )宽径比: B/d=0.35~1.5
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ω ω
将轴瓦内孔做成特殊形状,以产生多个动压油膜,提高轴承的工作稳定性和旋转精度。
1 、椭圆轴承 特点:形成两个动压油膜,提高了稳定性。摩擦损耗加 大、供油量增大、承载能力降低。矢量之合
2 、三油楔轴承特点:形成三个动压油膜,提高了旋转精度和稳定性。 摩擦损耗加大、承载能力降低,制造困难。
ω
固定式 可倾式
O1O3
O2O1
O2
制造时两半之间加垫片,镗出圆孔,使用时拆去垫片即可。
ω
二、多油楔轴承
F
F
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节流器 节流器
D~
三、液体静压轴承 工作原理:依靠供油装置,将高压油压入轴承间隙中,强制形成油膜。
特点:静压轴承载任何工况下都能胜任工作。
d0
d0
常用节流器
关键器件:节流器节流器作用:根据外载荷的变化自动调节各油腔内的压力。
油台 起密封作用
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四、空气轴承 空气也是一种流体润滑剂,其粘度只有 L-AN7 润滑油的 1/4000 , 摩擦力小到可忽略不计,因此可用于数十万转的超高速轴承。 空气轴承的工作原理与液体润滑轴承本质上是一样。分静压和动压两种。
气膜厚度 ----20 μm制造精度↑ 严格过滤
优点: 1) 不随温度变化,可用于高温或低温;2) 没有油污染的危险; 3) 回转精度高,运行噪音低。
缺点:承载能力不大,密封困难。