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1、第四篇 轴系零、部件,轴承的功用:1.用来支承轴及轴上的零件，并保证轴的旋 转精度。 2.减少轴与支承面间的摩擦与磨损。,.（轴承的反力与轴中心线的位置）： 径向轴承（轴承的支承反力与轴中心线垂直）； 推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线重合）； 向心推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线有一夹角）,.按摩擦性质分：滑动摩擦轴承；滚动摩擦轴承。,分类：,轴承,离合器、联轴器,轴,第十二章 滑动轴承,基本要求： 掌握滑动轴承的结构和材料； 掌握非液体润滑滑动轴承的设计计算； 了解液体润滑工作原理； 掌握雷诺方程及其求解结果分析； 掌握轴承参数对轴承静动特性的影响； 理解轴承的设计步骤。,由于结构与制造
2、的原因，一般说来：滚动轴承摩阻小、起动灵敏；标准化程度高，质优价廉；便于使用与维护；故广泛应用于一般尺寸、中速、中载的一般工作条件下和运动机械中。,但是，在下列情况： 载荷特重,如水轮发电机； 承受巨大冲击载荷和振动载荷如轧钢机； 回转精度要求特高； 转速特大,如汽轮发电机； 尺寸很大或很小； 结构上要求轴承剖分时； 特殊工作条件下（如水、腐蚀介质中）。,滑动轴承更有优势。,一. 滑动轴承的特点及其应用场合,12-1 概述,向心滑动轴承(径向轴承),推力滑动轴承(止推轴承),液体摩擦滑动轴承,非液体摩擦滑动轴承,动压轴承,静压轴承,二.类型,12-2 径向滑动轴承的的主要结构,一.整体式径向滑
3、动轴承,整体式,结构简单 安装困难 间隙不可调,二.剖分式径向滑动轴承,剖分式：结构较繁、间隙可调、广泛采用,结构上可作成水平剖分、倾斜剖分、可调心的以适合不同的用途。轴套是整体的，而轴瓦是分片的。还可以通过增减剖分面上的调整垫片的厚度来调整间隙。,剖分式轴瓦,三、推力滑动轴承 由轴承座和推力轴颈组成; 空心式，单环式，多环式,1,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%
4、。,空心式,单环式,多环式,一.滑动轴承的失效形式,1.磨粒磨损: 硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面(研磨作用），沿旋转方向出现细微磨痕。,2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒或表面粗糙的轮廓峰顶，在轴瓦伤划出线状伤痕。,3.胶合（粘着磨损）：高温和过载使得材料发生粘附和迁移；出现粘附-撕脱-粘附，恶性循环。,12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料,5.腐蚀（化学磨损）： 润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质； 氧对巴氏合金的腐蚀，硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、 润滑油中的水分对铜铅合金的腐蚀，形成凹坑，影响油 膜建立，凹坑容易形成疲劳源。,4.疲劳剥落（疲劳磨损）：产生与滑动方向垂直的不规 则疲劳裂纹
5、,磨 粒 磨 损,咬粘（胶合）,疲劳剥落,腐蚀,气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损,1.对轴承材料的要求,基本要求,耐磨性,磨损少,减摩性,摩擦系数小,其他要求：,抗胶合性,耐腐蚀性,强度,顺应性、嵌入性、跑合性,导热性,工艺性,经济性,2.常用材料,锡基,铅基,锑锡、铜锡金属硬晶粒,锡基体或铅基体,综合性能好,机械强度较低,价昂,轴承合金浇铸在钢或 铸铁的轴瓦基体上,轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。,二.轴瓦及轴承衬材料,应用于重载，中高速场合，作为轴承衬材料,轻载、低速的轴瓦材料,锡青铜 中速、中载或重载,铝青铜 低速重载,铅青铜 高速重载,铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔质结构，能存油具
6、有自润滑作用，用于载荷平稳、低速和加油不便的场合。,石墨、塑料、橡胶、尼龙等,摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大,强度高，承载能力大，耐磨性和导热性优于轴承合金。但其可塑性、嵌入性差，不易跑合，与之相配的轴颈须淬硬。,常用轴瓦及轴承材料的性能见P280表12-2,双金属轴瓦，三金属轴瓦，厚瓦，薄瓦。,12-4 轴瓦结构,一.轴瓦的形式和构造：,结构型式：,整体式,剖分式,整体轴套,卷制轴套,厚壁轴瓦,薄壁轴瓦,厚瓦对孔的要求低，但瓦强度大； 薄瓦对孔的要求高，但瓦强度小；,单金属轴瓦：结构简单，制造成 本低,双金属轴瓦：节省贵重金属,轴瓦内表面结构,为使轴承合金与轴瓦贴附得好,常在轴瓦
7、表面加工出各种形式的榫头、凹沟或螺纹等。,双金属轴瓦的瓦背和轴承衬的联接形式见下表,轴承衬,整体式轴套,剖分式轴瓦,二.轴瓦的定位及 油孔、油槽,定位唇：防止轴瓦在轴承中移动、转动,油孔,油槽,壁厚,定位唇,油室,油孔和油槽：将油引入轴承,油室：存油,凸缘等,双轴向油槽,油槽的尺寸可查相关的手册,油槽（沟）的位置设置（轴向油槽和周向油槽） 不要开在轴承的承载区内，否则将急剧降低轴承的承载能力。,双斜向油槽（用于不完全 液体润滑轴承）,油沟、油孔：不能开在油膜承载区，尽量不要降低或少降低 承载区油膜的承载能力。,油槽长度0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，应留有适当 的油封面,否则漏油。,对开式径
8、向轴承，常把轴向油槽开在剖分面处（剖分面与载荷作用线成90度），如果轴颈双向转动，则在剖分面开双轴向油槽。,双轴向油槽,油封面,12-5 滑动轴承润滑剂的选用,润滑目的：减小摩擦，降低磨损，冷却，防锈，防尘和吸振。 润滑剂分类：流体（液体为主），脂，固体。润滑油为常用。,一.润滑脂的选择,润滑脂：的主要指标是针入度和滴点。,润滑脂是润滑油与金属皂的混合物，呈半固体形态。其稠度大，不易流失，无冷却效果，摩阻大，有缓冲、吸振作用、承载能力大，故只适合低速（ ）重载、难以经常供油的场合。,针入度：重1.5N的锥体，于25C恒温下5s后刺入的深度；,润滑脂越稠 流动性差,表征润滑脂稀稠程度,滴点：在规
9、定的加热条件下，润滑脂从标准测量杯的孔口 滴下第一滴时的温度。表征了润滑脂耐高温的能力。,润滑脂工作温度一般应低于滴点20 30 C,润滑脂有钙基、钠基和锂基之分，一般说来：,钙基,抗水性好、耐热性差、价廉,钠基,抗水性差、耐热性好、防腐性较好,锂基,抗水性和耐热性好,铝基,抗水性好、有防锈作用、耐热性差,润滑脂牌号参看P284表12-3,选择原则,1.压力高、速度低时，选针入度小一些的；反之。 2.轴承的工作温度应低于滴点温度约 2030 。 3.钙基耐水不耐高温，工作温度低于60，钠基耐温 不耐水，工作温度低于120。锂基最好（耐水且抗 高温），但价格稍贵，工作温度在-20145 。,润滑
10、油的物理和化学指标主要有：粘度、油性、凝点、闪点、酸值和残碳量等。对于大多数滑动轴承来讲，粘度是最主要的指标，也是选择轴承用油的主要依据；对混合摩擦状态的滑动轴承来讲，则油性也是很重要的指标。,二.润滑油的选择,1）外载大 难形成油膜 选粘度高的油,2）速度高 摩擦大 选粘度低的油,3）温度高 油变稀 选粘度高的油,4）比压大 油易挤出 选粘度高的油,润滑油选择原则,石墨、MoS2 、聚四氟乙烯树脂等。,f 小，用于特殊场合，如高温介质中、或低速重载条件下。,1. 水：主要用于橡胶轴承、酚醛胶布轴承的润滑。,2. 液态金属：汞、液态钠、锂、钾等。主要用于宇宙飞行 器中的某些轴承。,3.气体：只
11、能用于特别高速轻载之处。,三. 固体润滑剂,四. 其它润滑剂,附：润滑方式与润滑装置,润滑方式可根据 选择， 可用润滑脂或油 杯润滑， 可用针阀式油杯润滑， 可用油 环或飞溅润滑， 宜用压力循环润滑。,12-6 不完全液体摩擦滑动轴承设计计算,工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，轴承得不到足够的润滑剂，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状态。,一. 径向滑动轴承,1. 限制平均压力 ：,是避免压力过大使边界膜破裂从而导致金属直接接触产生的剧烈磨损。对于转速很低或间歇转动的轴，只需进行这项计算。,轴颈直径，mm,轴承所承受的径向载荷，N,轴承宽度，mm,由B/d定,轴瓦材
12、料的许用压力，见P280表12-2,目的,设计的最低要求:维持边界油膜不被破坏（简化的条件性计算）,pv 值与轴承单位面积的摩擦功耗（ ）成正比，因此限制 值也就是限制轴承的温升，从而避免温度过高使润滑失效。对于连续运转轴承，通常都应进行这项计算。,2. 限制值 ：,轴颈的圆周速度，m/s,轴承材料的 许用值，见P280表12-2,轴颈的转速，r/min,3. 限制速度 ：,当 过大，即使 和 值都在允许的范围内，轴 承也可能很快磨损，故还必须限制滑动速度。,见P280表12-2,滑动轴承常用配合,推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的），采用多环轴颈可承受较大的载荷，同时能承受双向载荷
13、。但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。计算内容为：,1.限制平均压强 ：,二. 推力轴承,2.限制 值 ：,轴承材料的 许用值，见P287表12-5,限制pv是为了防止轴承温度过高而发生胶合,2）在一定条件下，利用轴颈转动起来后把油带入摩擦表面，形 成压力油膜将两摩擦表面分开。这种滑动轴承称为液体动压 轴承。,12-7 液体动压润滑径向滑动轴承设计计算,润滑油把两个相对运动表面完全分隔开时的摩擦称为液 体摩擦，由于两固体表面并不接触，因此理论上不存在磨损， 摩擦阻力的大小也仅仅取决于润滑油的性质（主要是粘度）。,1）输入压力油以平衡载荷，由于可在轴承未工作时就将两 表面分开，故称为静压轴承。,静压
14、轴承本身价廉，但附属液压系统昂贵，故应用受限；液体动压应用要广泛得多，但应注意，由于存在起动和停车，所以液体动压轴承还是存在固体间的摩擦和磨损。,实现液体摩擦有两种方法：,轴颈和轴瓦同心时,两平行板的摩擦状况,轴颈和轴瓦偏心时,两倾斜板的摩擦状况,层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进,油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力,润滑油不可压缩,“拥挤”形成压力,一. 压力油膜形成的原理,h,二. 液体动压润滑的基本方程：,假设：,1）粘度与压力和Y值无关。 2）润滑油沿Z向无流动。,4）润滑油是牛顿流体。 5）润滑油无质量。 6）润滑油不可压缩。,取截面x处的一个单元体分析，存在如下静力平衡条
15、件：,3）润滑油油性良好，与固 体表面吸附牢固。,化简后得：,考虑到假设 4）有：,于是：,带入边界条件：,解得：,即：,1.油层的速度分布,积分得：,表示压力沿X方向的变化与速度沿 Y轴方向的变化关系,2.润滑油的流量,假设：无侧漏，z方向尺寸无限大，则通过间隙高度为 的 任意截面上单位宽度( z方向为1)的流量 为：,流体是连续的(各截面的流量相等),一维雷诺方程,当 时，p有极大值 ，此时 ，该截面的流量为：,讨论,对平行板,平行板间油膜压力沿 x 方向无变化，等于入口处压力,对倾斜板,入口处速度图形为凹形,在 处,油膜厚度为,u沿y方向线性分布,油膜压力达,出口处速度图形为凸形,由,1
16、）油膜压力沿 x 方向变化规律,讨论,由,1）两工作表面必须形成收敛的楔 形间隙；,2）液体摩擦形成的必要条件,若,则,2）两工作表面必须有足够的 相对滑动运动，且v方向是 从大口到小口；,无粘度,各油层无速度,两板间油无流动,不能形成油膜压力,3）间隙中必须连续充满具有一定 粘度的润滑油。,(1) 停车,(2) 启动,金属直接接触,摩擦力使 轴颈左移,油膜压力将轴颈托起，其合力将轴颈右推,油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡,三.向心滑动轴承动压油膜形成过程,潘存云教授研制, Fy =F Fx 0, Fy =F Fx = 0,应用实例向心滑动轴承动压油膜的形成过程：,静止,爬升,将轴抬起 转速
