华科机械设计第7章-滑动轴承设计.

《华科机械设计第7章-滑动轴承设计.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《华科机械设计第7章-滑动轴承设计.（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、机械设计 第七章第七章 滑动轴承设计滑动轴承设计 7-1 概 述 按承载方向分 向心滑动轴承向心滑动轴承 推力滑动轴承推力滑动轴承 主要承受径向载荷径向载荷 F F r r 主要承受轴向载荷轴向载荷 F F a a 一、滑动轴承分类一、滑动轴承分类： 按摩擦状态分非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承和液体摩擦滑动轴承液体摩擦滑动轴承； 按结构形式分整体式整体式、剖分式剖分式 和 自动调心式自动调心式等； 滑动轴承(轴瓦) 间隙配合 F F r r 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 二、二、滑动轴承的摩擦状态滑动轴承的摩擦状态： 1、干摩擦状态 应避免此种摩擦状态。应避免此种摩擦状态。 摩擦面间

2、无润滑剂，功率损失严重， 磨损剧烈，温升高，轴瓦易破坏。 摩擦面微观现象 2、边界摩擦状态 摩擦表面间有润滑油存在，油中的 极性分子吸附在金属表面上，形成 了一层极薄的边界油膜边界油膜。 但仍有尖峰部分直接接触。 摩擦系数 f 0.010.1 边界油膜 放大 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 3、液体摩擦状态 两摩擦表面完全被润滑油分隔开， 形成了一定厚度的压力油膜。 是润滑油分子之间的摩擦，摩擦 系数极小， f 0.0010.008。 重要轴承采用这种摩擦状态。重要轴承采用这种摩擦状态。 压力油膜 4、混合摩擦状态 半干摩擦、边界摩擦、半液体摩擦、液体摩擦状态混合 多数滑动轴承处于这种摩擦状

3、态。 非液体摩擦滑动轴承 边界摩擦或混合摩擦状态 液体摩擦滑动轴承 液体摩擦状态 静压轴承动压轴承 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 滑动轴承的适用场合： 低速轻载、精度不高低速轻载、精度不高非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承 高高 速速滚动轴承寿命大为降低滚动轴承寿命大为降低 重重 载载滚动轴承造价高滚动轴承造价高 承受巨大冲击和振动载荷承受巨大冲击和振动载荷油膜的缓冲和阻尼作用油膜的缓冲和阻尼作用 支承精度特别高支承精度特别高滑动轴承零件少滑动轴承零件少 某些特殊场合某些特殊场合径向尺寸受限制、曲轴轴承等径向尺寸受限制、曲轴轴承等 三、滑动轴承的主要特点三、滑动轴承的主要特点： 工作平稳

4、，无噪声；工作平稳，无噪声； 适合于高速适合于高速( (液体摩擦液体摩擦) )； 液体摩擦时功率损失小；液体摩擦时功率损失小； 径向尺寸小而且径向尺寸小而且可剖分可剖分。 连杆 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 体中内摩擦阻力的大小。 常用润滑剂（第十四章）： 润滑油 1、润滑油的性能及选择 黏度黏度: : 四、滑动轴承的润滑四、滑动轴承的润滑 润滑脂 固体润滑剂 表征了流动的液 牛顿流体黏性定律： 动力黏度 油层间的剪应力 速度梯度 u = v 移动件移动件 O x y h y 静止件静止件 u 平行平板间油的流动 v 液体层流 液体，用途最广泛； 半固体，一般用于中、低速； 主要用作油、脂

5、的添加剂，也可单独使用。 黏度越高 内摩擦力越大 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 黏度是最重要的性能指标，是选择润滑油的主要依据。 黏度的单位: 动力黏度动力黏度 运动黏度运动黏度 单位 Pa S（帕秒），1 PaS1N S/m2 主要用于流体动力学计算 同温下流体的密度(kg/m3) 运动黏度单位换算 国际单位制 物理单位 称为 St (斯) 常用单位称为cSt(厘斯) 工业用润滑油的黏度用运动黏度，单位用cSt（厘斯）。 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 注意：注意：润滑油的黏度并不是定值， 随温度温度和压力压力的变化而变化，温度的影响最大 温度的影响最大。 温度升高温度升高 黏度下降黏

6、度下降 压力升高压力升高 黏度上升黏度上升 但压力对黏度的影响较小， 通常忽略不计。 油性油性: : 也称润滑性，表征油 国标规定，4040时黏度的平均 值为该润滑油牌号的黏度。 中的极性分子对金属表面的吸 附性能。油性好则摩擦系数小 黏温曲线黏温曲线 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 润滑油的选择原则： 凝点凝点 反映润滑油的低温低温工作性能。 闪点闪点 反映润滑油高温高温下下工作的安全性。 载荷大难以形成油膜， 速度高摩擦力大， 工作温度高黏度下降， 2、润滑脂的性能及选择 根据根据黏度黏度选择润滑油的牌号选择润滑油的牌号 压强大油易被挤出， 钙基润滑脂钙基润滑脂 抗水性好、耐热性差、价廉

7、抗水性好、耐热性差、价廉 钠基润滑脂钠基润滑脂 抗水性差、耐热性好、防腐性较好抗水性差、耐热性好、防腐性较好 锂基润滑脂锂基润滑脂 抗水性和耐热性好抗水性和耐热性好 铝基润滑脂铝基润滑脂 抗水性好、耐热性差、有防锈作用抗水性好、耐热性差、有防锈作用 选黏度高的油 选黏度低的油 选黏度高的油 选黏度高的油 机械设计第七章 滑动轴承设计概述 针入度针入度 表征润滑脂的稀稠度，类似于油的黏度； 滴滴 点点 表征润滑脂耐高温的性能。 润滑脂的选择原则： 工作环境有水汽，选钙基润滑脂或铝基润滑脂；工作环境有水汽，选钙基润滑脂或铝基润滑脂； 工作温度高，选钠基润滑脂；工作温度高，选钠基润滑脂； 有水汽而且

8、工作温度高，则应选锂基润滑脂。有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。 润滑脂的主要性能指标： 润滑脂越稠针入度 承载能力 摩擦阻力 润滑脂工作温度一般应低于滴点2030 润滑脂常用于低速、轻载的非液体摩擦滑动轴承中 机械设计第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承 一、失效形式一、失效形式 1 1、磨损、磨损导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚 至使轴承不能正常工作。 1、限制轴承的压强 p p 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使 轴瓦表面上的材料焊粘在轴颈表面而出现胶合。 二、设计计算准则二、设计计算准则( (近似计算近似计算) ) 7-2 非液体摩擦滑动轴承的设计 2 2、胶

9、合、胶合 （烧瓦）（烧瓦） 目的目的 防止轴瓦过度磨损。防止轴瓦过度磨损。 l l d d F F r r 向心滑动轴承： 平均压强 p p maxmax 许用压强，查表 7-2 （径向滑动轴承） p 机械设计第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承 z z 推力环的数目推力环的数目 k 考虑油槽使支承面积减小，常取0.80.9 2、限制轴承的 pv 值 目的目的 控制轴承的发热量，防止胶合破坏。控制轴承的发热量，防止胶合破坏。 pv f 单位面积上的摩擦功率损失 所以， pv 值表征了轴承发热量的大小。 pv发热量温升润滑效果胶合失效 d d d d0 0 F Fa a 推力滑动轴承推力滑动轴

10、承: : 向心滑动轴承： n n z z k k 多环时适当降低 f 摩擦系数 v 轴颈线速度 查表 7-2 d 机械设计第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承 p p p p v v v v 防止胶合防止胶合： pvpv pvpv 防止磨损：防止磨损： 许用线速度 查表 7-2 3、限制滑动速度 v 目的目的 防止滑动速度过高而引起磨损防止滑动速度过高而引起磨损 推力滑动轴承: vm端面平均线速度 dm平均直径 取 24 d d d d0 0 F Fa a n n d d mm 机械设计第七章 滑动轴承设计非液体摩擦滑动轴承 三、非液体摩擦滑动轴承设计步骤三、非液体摩擦滑动轴承设计步骤 确定

11、轴承结构形式 确定轴承宽度 l 和孔径 d验算 p、pv、v 选择轴承的配合选择轴承的配合选择润滑剂与润滑装置 选择轴瓦材料 选择宽径比 l /d : l /d = 0.51.5 l /d 承载能力 散热性能 且易偏载 l /d 油易流失 承载能力 l l d d 润滑装置一 针阀式油杯 润滑装置二 油芯式油杯 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 vF 两摩擦表面平行， 不会产生动压油膜 v v p p 两摩擦表面成楔形间隙， 产生了动压油膜 进油口 出油口 进油口 出油口 一、动压油膜的形成机理 F F 压力油膜形成 相对运动（动压油膜） 外界提供压力油（静压油膜） F F 压力油

12、膜压力油膜 7-3 液体摩擦动压向心滑动轴承设计 拥挤使进口流速减慢、 出口流速加快 间隙内的润滑 油形成了拥挤 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 二、液体动压润滑的基本方程雷诺方程雷诺方程 两刚性板形成楔形间隙， 间隙内连续充满润滑油。 假设：假设： 1 1）z z 方向润滑油无流动；方向润滑油无流动； 2 2）润滑油处于层流状态；）润滑油处于层流状态； 3 3）油压）油压 p p 不随不随 y y 值变化；值变化； 4 4）黏度不随压力变化；）黏度不随压力变化； 5 5）润滑油不可压缩。）润滑油不可压缩。 从从油膜中取出微单元体，边长分别为油膜中取出微单元体，边长分别为dxdx

13、、dydy、dzdz，受力如图受力如图 由由x x方向力的平衡得：方向力的平衡得： 根据流体黏性定律：根据流体黏性定律： p p 沿沿 x x 的变化率的变化率 取决于该点速度取决于该点速度 梯度的导数梯度的导数 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 线性分布线性分布 抛物线分布抛物线分布 p p 对 y 积分： 边界条件：边界条件： 任意截面上单位宽度任意截面上单位宽度( ( z z = =1)1)的流量的流量( ( x x方向方向) ) ： 设油膜压力最大处的间隙为设油膜压力最大处的间隙为h h 0 0 ， 润滑油是连续、不可压缩的，各截面流量应相等润滑油是连续、不可压缩的，各截面

14、流量应相等 移动板速度 间隙高度 x x y y v v h h0 0 C C1 1 、C C 2 2 积分常数积分常数 由假设3知， 关于y 是常数。 此处的此处的 =0=0，故，故 h h u u 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 若考虑油的若考虑油的 z z 向流动，可导出二维雷诺方程：向流动，可导出二维雷诺方程： 二维雷诺方程常用数值法求解，如有限差分法。 设计时通常用一维雷诺方程近似计算油膜压力。 得一维雷诺方程：得一维雷诺方程： 即：即： 因假设因假设 p p 只与只与 x x 相关，故一维雷诺方程可写成：相关，故一维雷诺方程可写成： 据此，可求解出间隙 内各点的油膜压

15、强 p 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 讨论之一讨论之一 动压油膜承载机理动压油膜承载机理 两板不平行两板不平行 因hh0，故dp/dx0。 若外界提供的油无压力， 则p0，不能形成动压油膜。 流速线性分布 由于拥挤而产生了压力。 dp/dx0时为负； dp/dx0时为正 雷诺方程雷诺方程 两板平行两板平行 机械设计第七章 滑动轴承设计液体摩擦滑动轴承 讨论之二讨论之二 形成动压油膜的必要条件形成动压油膜的必要条件 v 进油口 出油口 若若 h hh h 0 0 ，则则 dp/dxdp/dx0 0， 油压无变化。油压无变化。 间隙内必须连续充满具有间隙内必须连续充满具有一定黏度一定黏度的润滑油或其他流体；的润滑油或其他流体； 两工作表面必须具有一定的两工作表面必须具有一定的相对滑动速度相对滑动速度； 运动方向应保证润滑油从运动方向应保证润滑油从大口流进、小口流出大口流进、小口流出。 为了使油膜压力与外载平衡，还必须使为了使油膜压力与外载平衡，还必须使黏度黏度 、滑滑 动速度动速度v v、间隙大小间隙大小等匹配适当等匹配适当 。