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1、第15章 滑动轴承,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,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,15-4 润滑剂和润滑装置,15-6 动压润滑的基本原理,15-8 静压轴承与空气轴承简介,15-7 液体动压多油楔轴承简介,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,分类:,滚动轴承,轴承的功用:,滑动轴承,应用实例:汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机、水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等机械常采用滑动轴承。,设计:潘存云,设计:潘存云,设计:潘存云,1. 干摩擦,固体表面直接接触,因而,不用许出现干摩擦!,2. 边界摩擦
2、,15-1 摩擦状态,功耗,磨损,温度,烧毁轴瓦,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,摩擦和磨损极轻,f 0.001 0.01,在一般机器中,处于以上三种情况的混合状态。,摩擦特性曲线,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,一、 向心滑动轴承,组成:轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。,15-2 滑动轴承的结构型式,整体式向心滑动轴承,剖分式向心滑动轴承,螺纹孔,轴承座,轴承,轴承座,轴承盖,联接螺栓,剖
3、分轴瓦,薄壁轴瓦,轴瓦非承载区内表面开有进油口和油沟,以利于润滑油均匀分布在整个轴径上。,进油孔,油沟,厚壁轴瓦,整体轴套,卷制轴套,设计:潘存云,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。,-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。,巴氏合金,材料要求:,15-3 轴瓦及轴承衬材料,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。,能同时满足这些要求
4、的材料是难找的,但应根据具体情况主要的使用要求。,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。,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、重载的轴承。,2)青铜,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,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
5、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)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。,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。,铸铁:用于不重要、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
6、为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。,设计:潘存云,15-4 润滑剂和润滑装置,一、 润滑剂,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,1. 润滑油,在用的大部分润滑油为矿物油(石油),粘度-重要参数,在轴承中,润滑油最重要的物理参数是粘度,它是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦特性。,A、B两板之间充满了液体,B板静止,A板水平移动速度为v。由于液体与金属表面的吸附作用,A板表面的液体速度为v,而B板表面的液体速度为0。两板之间的速度呈线性分布。,液体层与层之间摩擦切应力:,- 牛顿液体流动定律,-液体的动力粘度,简
7、称粘度,量纲:力时间/长度2,单位:N s /m2 (Pa s),或泊:1P=1 dyn s /cm2,运动粘度:,单位: m2 / s,或斯St:cm2 /s,或厘斯cSt:1St=100 cSt,实验结果:,分析位置y处薄层的受力,我国石油产品是用运动粘度标定的,2. 润滑脂,润滑油的特性:,1)温度 t ,2)压力p ,选用原则:,1) 载荷大、温度高的轴承,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;,-润滑油与各种稠化剂(钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成。,优点:密封简单、不需要经常添加、不易流失;对速度和温度不敏感,适用范围广。, ,但p 10 Mpa时可
8、忽略。变化很小, ,粘-温图,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,3. 固体润滑剂,缺点:摩擦损耗较大、机械效率低,不适宜高速场合。,目前使用最多的是钙基脂,有耐水性,常用于60 以下的各种机械设备的轴承。,聚氟乙烯树脂,用于润滑油不能胜任工作的场合:高温、低速重载。,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 (-60300 ),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
9、泛,设计:潘存云,设计:潘存云,设计:潘存云,二、润滑装置,1. 油杯,针阀式油杯,旋盖式油杯 脂用,压注式油杯,弹簧盖油杯,设计:潘存云,设计:潘存云,2. 油环,一、 向心轴承,在油、脂中加入少量石墨或二流化钼粉末,形成边界油膜,填平粗糙表面而减少磨损。不能完全排除磨损。,1. 轴承的压强p,F-径向载荷,B-轴瓦宽度,d-轴径,p-许用压强。,15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算,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渡的磨损。,2. 轴承的pv值 压强限制p以保证润滑剂不被挤出,n-转速,pv-许用值。,pv,pv与功耗成正比,它表征了轴承的发热因素,pv越大
10、,温升越高,越容易引起油膜的破裂,二、 推力轴承,z-轴环数,pvm=pv,p,考虑承载的不均匀性, p、pv应降低2040%,设计:潘存云,设计:潘存云,一、动压润滑的形成和原理和条件,15-6 动压润滑的基本原理,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。,两平形板之间不能形成压力油膜!,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
11、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。,动压油膜-因运动而产生的压力油膜。,设计:潘存云,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
12、截面出来。, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,向心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,稳定运转达到工作转速,e -偏心距,二、流体动压润滑的基本方程,假设条件:,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;,3.润滑油粘度 不随压力而变化;,4.润滑油处于层流状态。,取微单元进行受力分析:,pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0,整理后得:,又有:,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:,边界条件:,当y=0时,u=-v,C2 = -v,当y=
13、h时,u=0,设计:潘存云,代入得:,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,b-b截面内的流量:,该处速度呈三角形分布,间隙厚度为h0,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:,- 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。,设计:潘存云,设计:潘存云,设计:潘存云,15-7 液体动压多油楔轴承简介,将轴瓦内孔做成特殊
14、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。,一、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,二、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。,固定式,可倾式,制造时两半之间加垫片,镗出圆孔,使用时拆去垫片即可。,设计:潘存云,设计:潘存云,15-8 静压轴承与空气轴承简介,一、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。,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。,二、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 m,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。,本 章 要 求,(1) 了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。 (2) 熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料。 (3) 了解润滑剂和润滑装置。,