ch13滑动轴承设计.pptx

20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1 1o12.1 概述o12.2 滑动轴承的结构形式及轴瓦结构o12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料o12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法o12.5 不完全液体滑动轴承的设计计算o12.6 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20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2 213.1 13.1 概述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。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3 3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 12.1 概述概述20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部4 412.2 12.2 滑动轴承的结构型式及轴瓦结构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。轴承座整体轴套螺纹孔油杯孔因磨损而造成的间隙无法调整。只能从沿轴向装入或拆出。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部5 512.2 12.2 滑动轴承的结构型式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)调心式滑动轴承调心式滑动轴承调心式滑动轴承调心式滑动轴承间隙可调式滑动轴承间隙可调式滑动轴承间隙可调式滑动轴承间隙可调式滑动轴承12.2 12.2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部7 712.2 12.2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部8 812.2 12.2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部9 912.2 12.2 滑动轴承的结构型式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%。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部101012.2 12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式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，整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1111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 12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式滑动轴承轴瓦的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部121212.2 12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式滑动轴承轴瓦的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部131312.2 12.2 滑动轴承轴瓦的结构型式滑动轴承轴瓦的结构型式20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1414对开式轴瓦：厚壁轴瓦和薄壁轴瓦对开式轴瓦：厚壁轴瓦和薄壁轴瓦20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部15152、轴瓦的定位、轴瓦的定位20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1616油孔油孔油槽油槽油槽油槽3 3、油孔及油槽、油孔及油槽20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1717目的及原则：目的及原则：目的及原则：目的及原则：对液体动压径向轴承对液体动压径向轴承对液体动压径向轴承对液体动压径向轴承轴向油槽轴向油槽轴向油槽轴向油槽（适用于轴颈单向旋转、载荷变化不大的场合，（适用于轴颈单向旋转、载荷变化不大的场合，（适用于轴颈单向旋转、载荷变化不大的场合，（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）：通常油槽宽度比轴承稍短，防止润滑油从端部大量流失）：通常油槽宽度比轴承稍短，防止润滑油从端部大量流失）：通常油槽宽度比轴承稍短，防止润滑油从端部大量流失）：整体式径向轴承整体式径向轴承整体式径向轴承整体式径向轴承：单轴向油槽，开在最大油膜厚度位：单轴向油槽，开在最大油膜厚度位：单轴向油槽，开在最大油膜厚度位：单轴向油槽，开在最大油膜厚度位置，置，置，置，剖分式径向轴承剖分式径向轴承剖分式径向轴承剖分式径向轴承：双轴向油槽，开在轴承剖分面上。：双轴向油槽，开在轴承剖分面上。：双轴向油槽，开在轴承剖分面上。：双轴向油槽，开在轴承剖分面上。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1818油孔和油沟的位置要放在非油孔和油沟的位置要放在非承载区承载区20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部1919油沟的形状要便于导油油沟的形状要便于导油20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部202012.3 12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料滑动轴承的失效形式和常用材料20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2121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 12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料滑动轴承的失效形式和常用材料20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2222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 12.3 滑动轴承的失效形式和常用材料滑动轴承的失效形式和常用材料20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2323一.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；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 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2424一.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/s12.4 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2525二.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 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2626三.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 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2727四.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 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部28282）连续式供油3）飞溅润滑4）压力循环润滑12.4 12.4 滑动轴承的润滑剂和润滑方法滑动轴承的润滑剂和润滑方法20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部2929不完全液体润滑滑动轴承的设计计算112.5 12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算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。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3030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 p p，以保证强度要求。验算摩擦发热pvpvpvpv，fpvfpv是摩擦力，限制pv即间接限制摩擦发热。验算滑动速度v vv v ，p p，pvpv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 p或pvpv可能不足，校核滑动速度v v。12.5 12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3131二、径向滑动轴承的设计计算 已知条件：外加径向载荷F F(N)(N)、轴颈转速n n(r/mm)(r/mm)及轴颈直径d d(mm)(mm)验算及设计：验算轴承的平均压力p p(MPa)(MPa)B B轴承宽度，mmmm（根据宽径比B/dB/d确定）p p 轴瓦材料的许用压力，MPaMPa。验算摩擦热v v轴颈圆周速度，m/sm/s；pvpv 轴承材料的pvpv许用值，MPaMPam/sm/s12.5 12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3232不完全液体润滑滑动轴承的设计计算2验算滑动速度v v (m/s)(m/s)v v 材料的许用滑动速度选择配合一般可选H9/d9H9/d9或H8/f7H8/f7、H7/f6H7/f612.5 12.5 不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3333液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算112.6 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算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。20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3434vF油压 p 的分布v动压润滑基本原理动压润滑基本原理动压润滑基本原理动压润滑基本原理12.6 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3535VVF形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：形成动压油膜的必要条件：1.1.1.1.两表面必须构成楔形；两表面必须构成楔形；两表面必须构成楔形；两表面必须构成楔形；2.2.2.2.两表面必须有一定的相对速度，两表面必须有一定的相对速度，两表面必须有一定的相对速度，两表面必须有一定的相对速度，油从大口进，小口出；油从大口进，小口出；油从大口进，小口出；油从大口进，小口出；3.3.3.3.两表面间必须连续充满一定粘度的润滑油。两表面间必须连续充满一定粘度的润滑油。两表面间必须连续充满一定粘度的润滑油。两表面间必须连续充满一定粘度的润滑油。V20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3636tdxdzpdydzxyzvxy雷诺方程雷诺方程雷诺方程雷诺方程20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3737Vxyxyh油层的速度分部油层的速度分部20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3838润滑油的流量：润滑油的流量：润滑油的流量：润滑油的流量：-一维雷诺方程一维雷诺方程一维雷诺方程一维雷诺方程油膜压力最大油膜压力最大处的油膜厚度处的油膜厚度Vh020072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部3939液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算32、径向滑动轴承形成流体动力润滑时的状态轴承的孔径D D和轴颈的直径d d名义尺寸相等；直径间隙是公差形成的。轴颈上作用的液体压力与F F相平衡，在与F F垂直的方向，合力为零。轴颈最终的平衡位置可用a a和偏心距e e来表示。轴承工作能力取决于h hlimlim，它与、和F F等有关，应保证h hlimlimh h。初始状态稳定工作状态12.6 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部4040液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算43、径向滑动轴承的几何关系和承载能力最小油膜厚度：h hminmin=e err(1-(1-c)c偏心率，ce/e/为直径间隙，D Dd d为半径间隙，RRr r/2 2r r 和 d d 分别为轴颈的半径和直径。R R 和 D D 分别为轴承的半径和直径。e e 为偏心距相对间隙，/r/r/d/d 其中：12.6 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部4141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，C Cp p 承载量系数，与轴承包角，宽径比B/dB/d和偏心率c有关。F F外载荷，N N；油在平均温度下的粘度，N Ns/ms/m2 2。B B 轴承宽度，m m；v v 圆周速度，m/sm/s。分析思路：1)根据已知条件计算求得 C Cp p。2)根据C Cp p由承载量系数表查取偏心率c 。3)计算最小油膜厚度h hminmin=rr(1-(1-c)。或可得：12.6 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部42424、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 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算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 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算平均温度平均温度如给定平均温度如给定平均温度 ，则控制，则控制入油口温度：入油口温度：油量系数油量系数油量系数油量系数vvBdqcpftttsiypayry+=-=D)(020072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部4545液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算75、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 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部4646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 12.6 液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算20072007年年1010月月机械工程基础部机械工程基础部474712.7 12.7 其他形式滑动轴承简介其他形式滑动轴承简介