機(jī)械設(shè)計(jì)：第十七章滑動(dòng)軸承

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1、第十七章第十七章滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承17.1概述概述滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)滑動(dòng)軸承的主要特點(diǎn)：工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲；工作平穩(wěn)，無(wú)噪聲；運(yùn)轉(zhuǎn)精度高；運(yùn)轉(zhuǎn)精度高；形成液體潤(rùn)滑時(shí)摩擦損失小，適合于高速；形成液體潤(rùn)滑時(shí)摩擦損失小，適合于高速；徑向尺寸小而且可剖分。徑向尺寸小而且可剖分。工作轉(zhuǎn)速很高，如汽輪發(fā)電機(jī)。工作轉(zhuǎn)速很高，如汽輪發(fā)電機(jī)。要求對(duì)軸的支承位置特別精確，如精密磨床。要求對(duì)軸的支承位置特別精確，如精密磨床。承受巨大的沖擊與振動(dòng)載荷，如軋鋼機(jī)。承受巨大的沖擊與振動(dòng)載荷，如軋鋼機(jī)。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機(jī)。特重型的載荷，如水輪發(fā)電機(jī)。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，

2、如曲軸軸承。根據(jù)裝配要求必須制成剖分式的軸承，如曲軸軸承。在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進(jìn)器的軸承。在特殊條件下工作的軸承，如軍艦推進(jìn)器的軸承。徑向尺寸受限制時(shí)，如多輥軋鋼機(jī)。徑向尺寸受限制時(shí)，如多輥軋鋼機(jī)?；瑒?dòng)軸承使用場(chǎng)合：滑動(dòng)軸承使用場(chǎng)合：軸承軸承 滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承 滾動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承 按承受載荷的方向分按承受載荷的方向分 按潤(rùn)滑狀態(tài)分按潤(rùn)滑狀態(tài)分 液體摩擦軸承液體摩擦軸承 徑向軸承徑向軸承 推力軸承推力軸承 不完全液體摩擦軸承不完全液體摩擦軸承 徑向軸承徑向軸承推力軸承推力軸承邊界摩擦狀態(tài)邊界摩擦狀態(tài)摩擦表面間有潤(rùn)滑油存在，金屬表摩擦表面間有潤(rùn)滑油存在，金屬表面上形成了一層極薄的邊界油膜

3、。面上形成了一層極薄的邊界油膜。但尖峰部分仍直接接觸。但尖峰部分仍直接接觸。多數(shù)滑動(dòng)軸承都是這種摩擦狀態(tài)。多數(shù)滑動(dòng)軸承都是這種摩擦狀態(tài)。液體摩擦狀態(tài)液體摩擦狀態(tài)兩摩擦表面完全被潤(rùn)滑油分隔開(kāi)，兩摩擦表面完全被潤(rùn)滑油分隔開(kāi)，形成了一定厚度的壓力油膜。形成了一定厚度的壓力油膜。這種摩擦狀態(tài)是潤(rùn)滑油分子之間這種摩擦狀態(tài)是潤(rùn)滑油分子之間的摩擦，摩擦系數(shù)極小。的摩擦，摩擦系數(shù)極小。重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。重要軸承采用這種摩擦狀態(tài)。非液體摩擦非液體摩擦滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承液體摩擦滑液體摩擦滑動(dòng)軸承動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容：滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)包括的內(nèi)容：1、軸承的型式和結(jié)構(gòu)軸承的型式和結(jié)構(gòu)2、軸瓦和軸承襯的結(jié)構(gòu)及

4、材料選擇軸瓦和軸承襯的結(jié)構(gòu)及材料選擇3、軸承的剛度和強(qiáng)度軸承的剛度和強(qiáng)度4、潤(rùn)滑劑的選擇和供應(yīng)潤(rùn)滑劑的選擇和供應(yīng)5、軸承溫度和壓力分布及軸承間隙軸承溫度和壓力分布及軸承間隙6、軸承的熱平衡軸承的熱平衡17.2徑向滑動(dòng)軸承的主要類型徑向滑動(dòng)軸承的主要類型17.2.1整體式軸承整體式軸承特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，但軸套磨損后軸承間廉，但軸套磨損后軸承間隙過(guò)大無(wú)法調(diào)整，不便裝隙過(guò)大無(wú)法調(diào)整，不便裝拆粗重的軸拆粗重的軸。應(yīng)用：應(yīng)用：低速、輕載或間歇低速、輕載或間歇性工作的機(jī)械中。性工作的機(jī)械中。17.2.2剖分式軸承剖分式軸承17.3滑動(dòng)軸承的材料滑動(dòng)軸承的材料軸瓦和軸承襯的材料

5、統(tǒng)稱為軸承材料軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料滑動(dòng)軸承的主要失效形式：滑動(dòng)軸承的主要失效形式：軸瓦的膠合和磨損軸瓦的膠合和磨損特點(diǎn)：特點(diǎn)：軸承裝拆方便，軸瓦磨損后便于調(diào)整軸承間隙。軸承裝拆方便，軸瓦磨損后便于調(diào)整軸承間隙。17.3.1對(duì)軸承材料的要求：對(duì)軸承材料的要求：金屬材料 多孔質(zhì)金屬材料 非金 屬材料對(duì)對(duì)材材料料性性能能要要求求良好的減摩性、耐磨性和咬粘性。良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合。足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕的能力。良好的工藝性、經(jīng)濟(jì)性等。常常用用軸軸承承材材料料軸承合金、銅合金、鑄鐵、鋁基合金。多孔鐵、多孔質(zhì)青銅。酚醛樹(shù)脂、尼龍、聚四氟乙烯。17.3.2軸承材料的分類軸承材料的分類 軸承

6、合金軸承合金類類 型型錫基軸承合金鉛基軸承合金特特 點(diǎn)點(diǎn) 嵌入性和摩擦順應(yīng)性最好，易于軸頸磨合，但強(qiáng)度低，價(jià)格較貴。應(yīng)應(yīng) 用用重載、中高速場(chǎng)合。銅合金銅合金特特 點(diǎn)點(diǎn)錫青銅減摩性和耐磨性最好，鉛青銅抗粘附能力強(qiáng)，鋁青銅強(qiáng)度及硬度較高。應(yīng)應(yīng) 用用錫青銅適用于重載、中速場(chǎng)合，鉛青銅適用于高速、重載場(chǎng)合，鋁青銅適用于低速、重載場(chǎng)合。類類 型型錫青銅鉛青銅鋁青銅剖分式整體式單金屬雙金屬17.4軸瓦結(jié)構(gòu)軸瓦結(jié)構(gòu)17.4.1軸瓦和軸承襯軸瓦和軸承襯軸瓦的定位軸瓦 凸緣凸緣 緊定螺釘緊定螺釘 銷釘銷釘 整體式軸承開(kāi)在最大油膜厚度位置。油槽的形狀 剖分式軸承開(kāi)在軸承分面處。17.4.2油孔、油溝和油室油孔、油

7、溝和油室設(shè)計(jì)油溝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：設(shè)計(jì)油溝時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題：1、油溝長(zhǎng)度一般為軸承長(zhǎng)度的油溝長(zhǎng)度一般為軸承長(zhǎng)度的80%；2、油孔、油溝應(yīng)開(kāi)在非承載區(qū)。油孔、油溝應(yīng)開(kāi)在非承載區(qū)。目的：把潤(rùn)滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面。目的：把潤(rùn)滑油導(dǎo)入軸頸和軸承所構(gòu)成的運(yùn)動(dòng)副表面。17.5軸承潤(rùn)滑材料軸承潤(rùn)滑材料17.5.1潤(rùn)滑油潤(rùn)滑油特點(diǎn)：特點(diǎn)：有良好的流動(dòng)性，可形成動(dòng)壓、靜壓或邊膜界潤(rùn)滑膜。有良好的流動(dòng)性，可形成動(dòng)壓、靜壓或邊膜界潤(rùn)滑膜。適用場(chǎng)合：適用場(chǎng)合：不完全液體滑動(dòng)軸承和完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。不完全液體滑動(dòng)軸承和完全液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承。粘度選擇的原則：粘度選擇的原則：1、轉(zhuǎn)速高，比壓小時(shí)，選粘度低的

8、油；反之，選粘度高的油；轉(zhuǎn)速高，比壓小時(shí)，選粘度低的油；反之，選粘度高的油；2、加工表面粗糙度高時(shí)，選粘度大的油；加工表面粗糙度高時(shí)，選粘度大的油；3、根據(jù)潤(rùn)滑方式不同，選擇不同粘度的油；根據(jù)潤(rùn)滑方式不同，選擇不同粘度的油；4、在較高溫度下工作的軸承，所用油的粘度比通常高一些；在較高溫度下工作的軸承，所用油的粘度比通常高一些；5、低溫工作的軸承應(yīng)選用凝點(diǎn)低的油。低溫工作的軸承應(yīng)選用凝點(diǎn)低的油。17.5.2潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑脂特點(diǎn)：特點(diǎn)：無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜。無(wú)流動(dòng)性，可在滑動(dòng)表面形成一層薄膜。適用場(chǎng)合適用場(chǎng)合：要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速重載以及作擺動(dòng)要求不高、難以經(jīng)常供油，或者低速

9、重載以及作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承中。運(yùn)動(dòng)的軸承中。選擇潤(rùn)滑脂品種的一般原則選擇潤(rùn)滑脂品種的一般原則1、單位壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小一些的品種；單位壓力高和滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小一些的品種；2、所用潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)高于軸承工作溫度約所用潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)高于軸承工作溫度約2030C;3、在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性強(qiáng)的鈣基或鋁基在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應(yīng)選擇防水性強(qiáng)的鈣基或鋁基脂；在溫度較高時(shí)應(yīng)選用鈉基或鋰基脂。脂；在溫度較高時(shí)應(yīng)選用鈉基或鋰基脂。間歇供油17.6潤(rùn)滑方法潤(rùn)滑方法17.6.1油潤(rùn)滑油潤(rùn)滑芯捻或線紗潤(rùn)滑芯捻或線紗潤(rùn)滑 油環(huán)潤(rùn)滑油環(huán)潤(rùn)滑 浸油潤(rùn)滑浸油潤(rùn)滑 壓力循環(huán)

10、潤(rùn)滑壓力循環(huán)潤(rùn)滑連續(xù)供油17.6.2脂潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑供油方式可根據(jù)系數(shù)供油方式可根據(jù)系數(shù)k選定。選定。k2用潤(rùn)滑脂，油杯潤(rùn)滑用潤(rùn)滑脂，油杯潤(rùn)滑k=216針閥式注油油杯潤(rùn)滑針閥式注油油杯潤(rùn)滑k=1632油環(huán)或飛濺潤(rùn)滑油環(huán)或飛濺潤(rùn)滑k32壓力循環(huán)潤(rùn)滑壓力循環(huán)潤(rùn)滑17.7滑動(dòng)軸承的條件性計(jì)算滑動(dòng)軸承的條件性計(jì)算2、限制軸承限制軸承pv值值限制軸承的溫升限制軸承的溫升3、限制滑動(dòng)速度限制滑動(dòng)速度v限制局部的過(guò)度磨損限制局部的過(guò)度磨損17.7.1徑向軸承徑向軸承1、限制軸承平均壓強(qiáng)限制軸承平均壓強(qiáng)p避免過(guò)度磨損避免過(guò)度磨損失效形式失效形式1 1、磨損、磨損導(dǎo)致軸承配合間隙加大，影響軸的旋轉(zhuǎn)精度，甚導(dǎo)致軸承配

11、合間隙加大，影響軸的旋轉(zhuǎn)精度，甚至使軸承不能正常工作。至使軸承不能正常工作。高速重載且潤(rùn)滑不良時(shí)，摩擦加劇，發(fā)熱多，使高速重載且潤(rùn)滑不良時(shí)，摩擦加劇，發(fā)熱多，使軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合。軸承上較軟的金屬粘焊在軸頸表面而出現(xiàn)膠合。2 2、膠合、膠合設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證邊界油膜不致破裂保證邊界油膜不致破裂混合潤(rùn)滑軸承的條件性計(jì)算；混合潤(rùn)滑軸承的條件性計(jì)算；及液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的初步計(jì)算。及液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的初步計(jì)算。17.7.2推力軸承推力軸承1）驗(yàn)算軸承的平均壓力驗(yàn)算軸承的平均壓力）驗(yàn)算軸承的）驗(yàn)算軸承的pV 值值dd0A推力滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承n17.8液體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程

12、式液體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程式1、液體靜壓軸承液體靜壓軸承2、液體動(dòng)壓軸承液體動(dòng)壓軸承17.8.1雷諾潤(rùn)滑方程式雷諾潤(rùn)滑方程式基本假設(shè)基本假設(shè)1、兩板間潤(rùn)滑油做層流運(yùn)動(dòng)；兩板間潤(rùn)滑油做層流運(yùn)動(dòng)；2、兩板間潤(rùn)滑油是牛頓流體；兩板間潤(rùn)滑油是牛頓流體；3、與兩板相接觸的流體層與板間無(wú)滑動(dòng)；與兩板相接觸的流體層與板間無(wú)滑動(dòng)；4、流體的重力和流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力流體的重力和流動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的慣性力與壓力相比很小，可以忽略；與壓力相比很小，可以忽略；5、壓力沿壓力沿y方向大小不變；方向大小不變；6、平板沿平板沿z方向無(wú)限長(zhǎng)。方向無(wú)限長(zhǎng)。一階雷諾方程式一階雷諾方程式二階雷諾方程式二階雷諾方程式17.8.2油楔承

13、載機(jī)理油楔承載機(jī)理vF兩摩擦表面平行，兩摩擦表面平行，不會(huì)產(chǎn)生壓力油膜不會(huì)產(chǎn)生壓力油膜vp兩摩擦表面成楔形間隙，兩摩擦表面成楔形間隙，產(chǎn)生了壓力油膜產(chǎn)生了壓力油膜間隙內(nèi)的潤(rùn)滑間隙內(nèi)的潤(rùn)滑油形成了擁擠油形成了擁擠進(jìn)進(jìn)油油口口出出油油口口形成動(dòng)壓油膜的必要條件形成動(dòng)壓油膜的必要條件 兩摩擦表面必須形成楔形兩摩擦表面必須形成楔形 潤(rùn)滑油必須從大口進(jìn)小口出潤(rùn)滑油必須從大口進(jìn)小口出 必須具有足夠的滑動(dòng)速度必須具有足夠的滑動(dòng)速度 必須充滿足夠粘度的潤(rùn)滑油必須充滿足夠粘度的潤(rùn)滑油17.9液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向軸承的計(jì)算液體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向軸承的計(jì)算17.9.1幾何關(guān)系幾何關(guān)系半徑間隙：半徑間隙：相對(duì)間隙：相對(duì)間隙：偏

14、心率：偏心率：最小油膜厚度：最小油膜厚度：圖圖17.15 徑向軸承幾何關(guān)系徑向軸承幾何關(guān)系17.9.2動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)的建立動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)的建立no1oo1oo1oo1onn靜止靜止起動(dòng)起動(dòng)不穩(wěn)定運(yùn)行不穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行RRRR1、動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)建立的過(guò)程動(dòng)力潤(rùn)滑狀態(tài)建立的過(guò)程2、校核層流條件校核層流條件17.9.3承載能力和索氏數(shù)承載能力和索氏數(shù)在允許情況下降低相對(duì)間隙，提高潤(rùn)滑油粘度都有利于獲得在允許情況下降低相對(duì)間隙，提高潤(rùn)滑油粘度都有利于獲得滿意的承載能力，前者效果更顯著。滿意的承載能力，前者效果更顯著。17.9.4流量計(jì)算流量計(jì)算=承載區(qū)端泄流量承載區(qū)端泄流量Q1 +非承載區(qū)端泄流量非

15、承載區(qū)端泄流量Q2 +軸瓦供油槽兩端流出的附加流量軸瓦供油槽兩端流出的附加流量 Q3進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油總流量進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油總流量Q Q117.9.6 熱平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算（1）粘度）粘度間隙改變，使軸承的承載能力下降間隙改變，使軸承的承載能力下降（2）會(huì)使金屬軟化）會(huì)使金屬軟化發(fā)生抱軸事故發(fā)生抱軸事故摩擦產(chǎn)生的熱量摩擦產(chǎn)生的熱量H=端泄?jié)櫥退鶐ё邿崃慷诵節(jié)櫥退鶐ё邿崃縃1+軸承散發(fā)熱量軸承散發(fā)熱量H2熱平衡條件：熱平衡條件：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)單位時(shí)間內(nèi)軸承溫升軸承溫升潤(rùn)滑油平均溫度潤(rùn)滑油平均溫度tm為保證承載要求為保證承載要求tm(3545),熱平衡易建立，則應(yīng)降低熱平衡易建立，則應(yīng)降低tm，再行

16、計(jì)算。，再行計(jì)算。b)若若t180易過(guò)熱失效，易過(guò)熱失效，改變相對(duì)間隙和油的粘度改變相對(duì)間隙和油的粘度重新計(jì)算重新計(jì)算17.9.7保證液體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件保證液體動(dòng)力潤(rùn)滑的條件除上述油楔承載機(jī)理四條件外，還需保證最小油膜厚度大于除上述油楔承載機(jī)理四條件外，還需保證最小油膜厚度大于兩表面不平度之和。兩表面不平度之和。17.9.8參數(shù)選擇參數(shù)選擇1、寬徑比寬徑比一般軸承的寬徑比為一般軸承的寬徑比為0.51.5。大大Q大大 溫升小溫升小 但承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度低但承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度低 小小易形成流體膜易形成流體膜承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度 2、相對(duì)間隙相對(duì)間隙3、平均壓強(qiáng)平均壓強(qiáng)B/d小小 端

17、泄端泄Q1摩擦功耗和溫升摩擦功耗和溫升 減輕軸頸與軸瓦邊緣接觸但承載能力減輕軸頸與軸瓦邊緣接觸但承載能力 高速重載軸承，高速重載軸承，因其工作時(shí)溫升高，寬徑比宜取因其工作時(shí)溫升高，寬徑比宜取小小值；值；高速輕載軸承，高速輕載軸承，如對(duì)軸承剛性無(wú)過(guò)高要求，宜取如對(duì)軸承剛性無(wú)過(guò)高要求，宜取小小值；值；低速重載軸承，低速重載軸承，為提高軸承的整體剛性，宜取為提高軸承的整體剛性，宜取大大值；值；對(duì)軸有較大支承剛性的對(duì)軸有較大支承剛性的機(jī)床軸承機(jī)床軸承，宜取，宜取大大值。值。壓強(qiáng)壓強(qiáng)，軸承尺寸，軸承尺寸，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但軸承易損壞。，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但軸承易損壞。設(shè)計(jì)步驟設(shè)計(jì)步驟確定軸承結(jié)構(gòu)形式確定軸承結(jié)構(gòu)形式確定軸承寬度確定軸承寬度 B 和直徑和直徑 d驗(yàn)算驗(yàn)算p、pv、v選擇軸承的配合選擇軸承的配合選擇潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑裝置選擇潤(rùn)滑劑與潤(rùn)滑裝置選擇軸瓦材料選擇軸瓦材料