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1、推力滑动轴承介绍1 总体结构推力滑动轴承主要是用来承受轴向负荷的，按照轴瓦是否可倾分为固定瓦推 力轴承和可倾瓦推力轴承。固定瓦推力滑动轴承又可分为 多油沟推力轴承 （图 1-3）,斜面固定瓦推力轴承（图 1-4）、斜一平面推力轴承（图 1-5）、阶梯面推力轴 承（图 1-6）,螺旋槽推力轴承（图1-7）截面常做成矩形截面。工作时依靠固体表 面的相对运动（当推力轴承固定时，轴上的推力盘相对轴承作顺时针转动带动润 滑剂沿各条螺旋槽向中心流动。由于槽不开通到中心孔，摩擦面在不开槽处的间 隙要小的很多，因此润滑流体在槽的里端处受阻，从而建立压力分布以承受载 荷。在斜面固定瓦轴承中，当工况改变时，轴承入
2、口与出口的间隙值将同时同 量增减，间隙比随之改变，不能始终维持最佳的设计状态。为此，澳大利亚的 Michell 和美国的 Kingsbury 同时于 1905 年独立地提出了解决方案，设计了能 够绕支点自由摆动的瓦块，即可倾瓦轴承。图 1-8 所示即为可倾瓦推力滑动轴承 的总体结构图，由八块可倾瓦轴承组成，相当于有八个油楔，每块瓦都能绕各自 的支点旋转，能够很好适应工况的变化。2 支承结构支承结构是推力轴承的重要组成部分，它对瓦块间负荷的分配有着很大的影 响，除了应满足强度、刚度要求外，还应该保证载荷在各瓦块上分布均匀，制造 容易，安装调整方便。图 1-9为常用的可倾瓦推力滑动轴承支承结构简图
3、。不同 的支承结构，其承载能力不尽相同，对推力瓦的变形起着重要的作用，从而影响 推力轴承运行性能。rA/图13多油沟推力滑动轴承图1山斜面固定瓦推力轴承图1.5斜平面推力轴欢图14阶梯面推力滑动轴承图1-8可倾瓦推力轴承结构图卩勺图17螺旋槽推力轴承闾(fj逋(h)ZW： 7Z（i）图】當用的可倾瓦推力滑动铀承支承踣构简圏【殉3轴承材料轴承材料的合理选择，对轴承能力的发挥起着决定性作用。轴承的失效首先 表现为轴承材料的损坏，以及由此引起相关零件的损坏。所以，对轴瓦材料具有 较高的要求，具体有:足够的抗疲劳强度;良好的减摩性;良好的抗胶合性;一 定的塑性和磨合性;良好的嵌入性;较高的耐磨性和耐腐
4、蚀性。根据这些要求， 轴承常用的材料主要有下列各种:巴氏合金、铜基合金、铝基合金、福基合金、 锌基合金、铸铁、银、橡胶、石墨、工程塑料、粉末烧结轴承材料、薄箔、木材 宝石等。大型推力滑动轴承由于其承受大载荷，主要采用巴氏合金和PTFE作为 轴瓦材料.(1) 巴氏合金巴氏合金是具有减摩特性的锡基和铅基轴承合金，是一种最为常见的轴承材 料。软基保证了摩擦支承有好的磨合性，而锑、铜、碱金属合金的硬粒提高了耐 磨性。在减摩性能方面巴氏合金比所有其它减摩合金都好，但在机械强度方面它 远远不如青铜和铸铁，因此，巴氏合金仅用于在滑动轴承工作表面上存在油膜的 情况，这样可以防止机器在起动和停机时咬住和粘着磨损
5、。在大型推力滑动轴承中，巴氏合金瓦采用单层瓦或双层瓦结构，巴氏合金层 厚度约4-6mm。巴氏合金瓦的进油边形状一般有较大的坡度，以利于轴承启动 时润滑油进入瓦面，同时需要配备高压油顶起装置，便于轴承系统的启动和停机。水轮发电机组的推力滑动轴承普遍采用巴氏合金瓦。截止2002年，仅哈尔 滨大电机公司就己为大、中、小型水电站提供300余台套巴氏合金瓦推力滑动轴 承。(2) PTFEPTFE 全称为聚四氟乙烯，是当今固体材料中摩擦因数最低。它是一个柱形 “流线型”，分子间没有分支而平滑，内聚力低，相互作用力小，易滑移，因此 具有优异的减摩和自润滑特性等优点，但也存在某些缺点，如线膨胀系数大、尺 寸稳
6、定性不好，机械强度性能较低和在干摩擦条件下的耐磨性较差等，只能在限 定的载荷和速度下工作。为了能够在工程上得到应用，特别是用于水轮发电机组 中最关键的推力轴承中，需对其作改性处理，提高机械物理性能和摩擦磨损性能。 PTFE经改性高性能化后，耐磨性能提高7.2倍、压缩弹性模量提高1.8-2倍、 导热性能提高1.3 倍，综合性能均得到提高。在这方面国内外都做了大量工作。 4 轴承失效流体润滑轴承用油膜支承轴颈，不发生金属的直接接触，因此在静载荷下这 类轴承的寿命理论上是无限的，在动载荷下，寿命取决于轴承材料的疲劳寿命。 在预期寿命内，轴承使用性能的劣化或损伤导致不能正常工作，称为失效。滑动 轴承失
7、效的主要类型77,78s2 有刮伤、磨损、疲劳、剥落、腐蚀、侵蚀、烧 瓦。刮伤:与轴一起运动的颗粒在轴承上划出线状伤痕，半嵌入轴承的颗粒也能 在轴承上划出线状伤痕。油膜破裂，轴颈表面轮廓峰将会刮伤轴承，出现许多线 状伤痕。点状伤痕是颗粒嵌入后又脱落后造成的。这些颗粒多半是铁末和砂粒。磨损:嵌入轴承表面的颗粒使轴承表面对轴颈起研磨作用，磨损轴颈。进入 轴承间隙的较大颗粒也将磨损轴颈和轴承表面。当出现边缘接触、缺油或油膜破 裂等情况，将会产生剧烈磨损。磨损导致轴颈和轴承孔的几何形状改变、精度丧 失、间隙加大，使轴承性能在预期寿命前急剧劣化。疲劳:在载荷反复作用下，在与滑动方向垂直的方向上材料开始出
8、现疲劳裂 纹，裂纹垂直于轴承表面向深处发展，到达轴承衬与背层结合面，然后在与轴承 表面平行方向延伸，最后造成疲劳剥落损伤。剥落:制造时衬层与背层结合不良或结合力不足将造成轴承衬剥离。剥离与 疲劳剥落有些相似，但疲劳剥落处的周边不规则，结合不良造成的剥离周边比较 光滑。腐蚀:润滑剂氧化常产生弱的有机酸，它对轴承材料中的铅有腐蚀性，特别 是铸造铜铅合金，其特征是呈铅的点状腐蚀脱落。强的无机酸更易腐蚀钢制轴颈 浙江大学硕士学位论文 第一章绪论 表面，使表面变粗糙。锡基巴氏合金中的锡被氧化后，在轴承表面形成一层黑色 的硬覆盖层，它由SnO:和SnO混合组成，硬度在HBS200-600范围内。这一覆 盖
9、层极为有害，它很硬，能擦伤轴颈表面，并使轴承间隙变小。侵蚀:侵蚀的具体机理有气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等形式。在重 载、高速且载荷和速度变化的情况下常发生气蚀。激烈的压力变化，气泡不断产 生并极快的破裂，破裂时产生高的压力，在金属表面造成机械损伤。气蚀损伤常 出现在轴承的非承载表面，因为那里的油膜压力低。单纯气蚀时，损伤区的组织 粗糙。激烈的流体冲击导致流体侵蚀，使表面出现点状损伤，损伤表面较光滑。 由于电机、电器漏电，在轴承表面形成点状侵蚀、即电侵蚀，其特征是出现在硬 的轴颈表面上。夹紧力不足时，在轴承衬背面或结合面上，由于金属间的反复多 次的微振动，出现微点的表面氧化和剥离，造成微动
10、磨损。烧瓦:是滑动轴承的恶性损伤，它是由于轴承中产生高温造成的。产生高温 的原因有:长时间缺乏润滑油、装配或几何形状误差太大。当滑动轴承持续较长 时间缺乏润滑油时，轴承温度将急剧上升，轴和轴承发生较大的热变形，此时轴 承间隙逐渐减小，金属之间的直接接触更加严重，摩擦系数增大，产生更多的热 量。在高温作用下，轴与轴承的金属发生局部熔化，并粘结在一起。另一方面， 流体动压润滑对轴承间隙的大小十分敏感，当装配或几何形状存在很大误差时， 轴承间隙过小，从而限制润滑油流动，难以形成稳定的油膜，摩擦热不易被带走， 金属直接接触的可能性增大，导致烧瓦;间隙过大，润滑油容易流失，难以形成 足以承载负荷的动压力
11、，导致烧瓦。对于以上这些失效形式，需要在轴承设计制造以及运行的每个环节加以重 视。1.5 本文的主要内容本文的目的是研究可倾瓦推力滑动轴承的弹流润滑性能，建立一套分析软 件，可对推力滑动轴承的润滑性能进行理论分析和数值计算，以此来代替一系列 昂贵的实验研究。另一方面，通过分析轴瓦参数对弹流润滑性能的影响，发现其 中的特点和变化规律，以指导轴承设计。本文的主要内容如下: (1)建立可倾瓦推力滑动轴承弹流润滑的数学模型，并确定边界条件。 (2)对数学方程作无量纲化处理，选择有限差分法将偏微分方程离散为线性代数方程组，并采用超松弛迭代求解线性代数方程组。(3) 采用 FORTRAN 语言编制可倾瓦推力滑动轴承流体动压润滑性能分析软件， 分析了载荷、转速、油品、轴瓦材料以及入口坡形等对可倾瓦推力滑动轴 承润滑性能的影响。
