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1、第第8 8章章 滑动轴承滑动轴承 教学基本要求 重点与难点 1 了解摩擦状态 滑动轴承的类型 特点和应用 2 了解滑动轴承的结构 材料及润滑 3 掌握滑动轴承的失效形式及设计准则 4 掌握油膜承载机理及液体滑动轴承的设计计算方法 1 滑动轴承的失效形式及设计准则 2 压力油膜承载机理 滑动轴承的分类 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
2、承 简称动压轴承和静压 轴承 液体静压轴承 是利用外界液压泵 将具有一定压力的润滑油送入轴 颈与轴承之间 靠液体的静压力将工作表面完全隔开 并承受外载荷 液体动压轴承 由于运动形成液体动压力的油膜 将工作表面完全 隔开 并承受外载荷 相对运动的表面完全被液体隔开 则运动时摩 擦系数小 寿命长 实际使用中很难得到完全液体润滑的运动副 8 1概述 一 摩擦 1 干摩擦 如果两物体的滑动表面为无任何润滑剂或保护膜的纯金属 2 液体摩擦 两摩擦表面不直接接触 被油膜隔开 根据摩擦副表面间的润滑状态将摩擦状态分为四种 8 1 1 摩擦与磨损 二 磨损及其过程 运动副之间的摩擦将导致零件表面材料的逐渐损失
3、 这 种现象称为磨损 单位时间内材料的磨损量称为磨损率 工 程上常利用磨损的原理来减小零件表面的粗糙度 如磨削 研磨 抛光 跑合等 3 边界摩擦 两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开 4 混合摩擦 处于摩擦 液体摩擦与边界摩擦的混合状态 磨损过程大致可分为以下三个阶段 1 跑合 磨合 磨损阶段 2 稳定磨损阶段 3 剧烈磨损阶段 此阶段的特征是磨损速度及磨损率都急剧增大 在跑合阶段结束后应清洗零件 更换润滑油 1 磨粒磨损 由于摩擦表面上的硬质突出物或从外部进入摩擦表面的硬 质颗粒 对摩擦表面起到切削或刮擦作用 从而引起表层材 料脱落的现象 称为磨粒磨损 减轻磨粒磨损 满足润滑条件 合理地选择摩
4、擦副的材料 降低表面粗糙度值以及加装防护密封装置等 磨损分类 按照磨损的机理以及零件表面磨损状态的不同把磨损分 为 2 粘着磨损 粘着作用引起的磨损 称为粘着磨损 粘着磨损按程度不同可分为五级 轻微磨损 涂抹 擦 伤 撕脱 咬死 涂抹 擦伤 撕脱又称为胶合 往往发生于高速 重载的 场合 合理地选择配对材料 采用表面处理 限制摩擦表面的 温度 控制压强及采用含有油性极压添加剂的润滑剂等 都可减轻粘着磨损 3 疲劳磨损 点蚀 两摩擦表面为点或线接触时 由于局部的弹性变形形成 了小的接触区 这些小的接触区形成的摩擦副如果受变化 接触应力的作用 则在其反复作用下 表层将产生裂纹 合理地选择材料及材料的
5、硬度 选择粘度高的润滑油 加入极压添加剂或及减小摩擦面的粗糙度值等 可以提抗 疲劳磨损的能力 4 腐蚀磨损 在摩擦过程中 摩擦面与周围介质发生化学或电化学反 应而产生物质损失的现象 称为腐蚀磨损 实际上大多数磨损是以上述四种磨损形式的复合形式出 现的 8 1 2 滑动轴承的特点 应用及分类 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 径向尺寸受限制时 如多辊轧钢机 滑动轴承面 接触 承载 能力高 零 件数少制造 更精确 滑动轴承的
6、特点 径向尺寸小 对于大型 轴 滚动 轴承不好 装拆 可 采用滑动 轴承剖分 结构 滑动轴承的特点 径向尺寸小 在特殊无 润滑介质下 也能胜任 滑动轴承的特点 各类滑动轴承 1 整体式 一 向心滑动轴承的结构类型 特点 1 结构简单 成本低 2 轴套磨损后 间隙无法调整 3 装拆不便 只能从轴端装拆 适于低速 轻载或间隙工作的机器 8 2滑动轴承的结构 材料和润滑 8 2 1滑动轴承的结构 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 剖分式轴承 整体轴套 对开式轴承 剖分轴套 2 剖分式 3 调心滑动轴承 二 推力滑动轴承的结构型式 普通推
7、力轴承 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 空心式单环式多环式 滑动轴承的失效形式 磨粒磨损 胶合 重载 油膜破裂或润滑不良 产生 粘附和迁移 点蚀 疲劳剥落 腐蚀 8 2 2 轴承材料和轴瓦结构 磨 粒 磨 损 咬粘 胶合 疲劳剥落 腐蚀 气蚀 流体侵蚀 电侵蚀和微动磨损气蚀 流体侵蚀 电侵蚀和微动磨损 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
8、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 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
9、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 1 常用轴承材料 轴承合金 n主要是锡 铅 锑 铜的合金 具有良好的减摩性和抗 胶合能力 顺应性 嵌入性和跑合性也很好 但强度低 硬度低 价格高 不能单独制成轴瓦 只能作为轴承 衬材料使用 主要用于重载和中 高速的工作场合 n铜合金 它是铜与锡 铅 锌 铝的合金 是广泛使用 的轴承材料 铜合金分青铜和黄铜两类 铜合金具有较 高的强度和较好的减摩性和耐磨性 但顺应性 嵌入性 和跑合性不如轴承合金 青铜的减摩性和耐磨性比黄铜 好 故是最常用的轴承材料 青铜有锡青铜 铅青铜和 铝青铜等几种 其中锡
10、青铜的减摩性 耐磨性和抗腐蚀 性能最好 适用于中速 重载的场合 铅青铜具有较高 的抗胶合能力和冲击强度 适用于高速 重载的场合 铝青铜的强度和硬度都较高 适用于低速 重载的场合 黄铜适用于低速 中载的场合 铜合金 n它是铜与锡 铅 锌 铝的合金 是广泛使用的 轴承材料 铜合金分青铜和黄铜两类 n铜合金具有较高的强度和较好的减摩性和耐磨性 但顺应性 嵌入性和跑合性不如轴承合金 n青铜的减摩性和耐磨性比黄铜好 故是最常用的 轴承材料 n青铜有锡青铜 铅青铜和铝青铜等几种 其中锡 青铜的减摩性 耐磨性和抗腐蚀性能最好 适用 于中速 重载的场合 铅青铜具有较高的抗胶合 能力和冲击强度 适用于高速 重载
11、的场合 铝 青铜的强度和硬度都较高 适用于低速 重载的 场合 黄铜适用于低速 中载的场合 铸铁 n铸铁包括普通灰铸铁或加有镍 铬 钛等合 金成分的耐磨铸铁和球墨铸铁 铸铁具有一 定的减摩性和耐磨性 价格低廉 易于加工 但塑性 顺应性 嵌入性差 故适用于轻 载 低速和不受冲击的场合 粉末冶金材料 n粉末冶金材料是指金属粉末经压制和烧结而成的 多孔结构材料 该材料制成的轴承工作前经热油 浸泡 使孔隙内充满润滑油 又称含油轴承 具 有自润滑作用 工作时由于热膨胀以及轴颈转动 的抽吸作用 使油自动进入润滑表面 不工作时 因毛细管作用 油被吸回轴承内部 若能定期浸 油 效果更佳 这种材料耐磨性好 价格比
12、青铜 低 但强度较差 故适用于不便加油的中低速 平稳无冲击载荷的场合 非金属材料 n非金属材料主要有塑料 石墨 陶瓷 木材 和橡胶等 塑料轴承的塑性 跑合性 耐腐 蚀性 耐磨性好 具有一定的自润滑作用 但其导热性差 所以要注意冷却 可用于不 宜使用润滑油的机器中 n橡胶轴承是用硬化橡胶制成 由于橡胶弹性 大 所以可用于有振动的机器 也用于水润 滑且有灰尘或泥沙的场合 2 轴瓦结构 整体式轴瓦 整体 单层 双层 多层卷制轴瓦 可在内表面镶嵌金属或非金属的轴承衬 剖分式轴瓦 厚壁与薄壁 厚壁用铸造方法制造 将轴承合金用离心铸造法浇铸 在其表面 轴瓦内表面制出各种形式的榫头 沟槽 薄壁用双金属板轧制
13、方法制造 用于汽车发动机 轴瓦 刚性小 受力后形状取决于轴承座的形状 轴瓦与轴承座 需精密加工 轴瓦结构 由1 3层材料制成 轴瓦内表面结构 n整体式轴瓦 n轴瓦的固定 剖分式 整体式 单金属 双金属 轴瓦结构 整体式轴瓦 轴套 一般开有油沟以便润滑 剖分式轴瓦 由上 下两半瓦组成 上轴瓦开有油沟以便润滑 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 整体轴套 油槽开在油膜厚度最大位置 对于液体动压径向轴承油槽有周向和轴向两种 剖分式 油槽开在剖分面处 非承载区 承载区 油沟与油槽的位置 不要开在轴承的承载区内 否则将急剧降低轴
14、 承的承载能力 油沟与油槽的形状与位置 在轴瓦剖分面处开有较大的油沟 油 室 以便稳定供油容纳污物 润滑的主要作用是 减小摩擦系数 提高机械效率 减轻磨损 延长机械的使用寿命 还可起到冷却 防 尘以及吸振等作用 8 2 3润滑方式及润滑装置 一 润滑剂 主要有矿物油 合成油 动植物油等 其中应用最 广泛的为矿物油 粘度的大小表示了液体流动时其内摩擦阻力的大小 粘度愈大 内摩擦阻力就愈大 液体的流动性就愈差 1 润滑油 粘度可用动力粘度 运动粘度 条件粘度 恩氏粘度 等 表示 我国的石油产品常用运动粘度来标定 1 粘度 牛顿的粘性液体的摩擦定律 流体中任意点处的剪应力均 与其剪切率 或速度梯度
15、成正比 为剪应力 为为流体沿垂直运动动方向的 速度梯度 式中 号表示 随y的增大而减小 比例常数 即流体的动力粘度 国际单位 1帕 秒 Pa S 1 动力粘度 长宽高各1米的液体 若 使上下面发生1m s的相对 滑动所加的力为1N时 液 体的粘度为 1个国际单位 制的动力粘度 粘度愈大 内摩擦阻力就愈大 液 体的流动性就愈差 2 运动粘度 国际单位 m2 s 液体的温度升高 粘度下降 液体的压力增大 粘度增大 动力粘度与同温度下液体的密度的比值 工业用 但当压强小于20MPa时 其影响甚 小 可不予考虑 一般润滑油的牌号就是该润滑油在40 C 或100 C 时 运动粘度 以 为单位 的平均值
16、3 相对粘度 用润滑油与水做比较所测得的粘度 以 表示恩氏粘度 即为相对粘度 运动粘度和恩氏粘度之间可通过下式进行换算 当1 35 E 3 2时 当 E 3 2时 2 油性 在金属摩擦表面形成吸附膜的性能 3 凝点 冷却到不能流动的温度 4 闪点 润滑油蒸气在火焰下闪烁的温度 2 润滑脂 润滑脂是在润滑油中加入稠化剂 如钙 钠 锂等金属 皂基 而形成的脂状润滑剂 又称为黄油或干油 润滑脂的流动性小 不易流失 所以密封简单 不需 经常补充 润滑脂对载荷和速度变化不是很敏感 有较大 的适应范围 但因其摩擦损耗较大 机械效率较低 故不 宜用于高速传动的场合 1 滴点 是指润滑脂受热后从标准测量杯的孔口滴下 第一滴油时的温度 2 锥入度 即润滑脂的稠度 目前使用最多的是钙基润滑脂 其耐水性强 但耐 热性差 3 润滑剂的选择 润滑剂选用的基本原则是 在低速 重载 高温 间隙 大的情况下 应选用粘度较大的润滑油 而在高速 轻载 低温 间隙小的情况下应选粘度较小的润滑油 润滑脂 主要用于速度低 载荷大 不需经常加油 使用要求不高 或灰尘较多的场合 气体 固体润滑剂主要用于高温 高 压 防止污染等一般
