第15章滑动轴承
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 §15-4 润滑剂和润滑装置
§15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 §15-6 动压润滑的基本原理 §15-7 液体动压多油楔轴承简介 §15-8 静压轴承与空气轴承简介
轴承的功用: 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 滑动轴承 优点多,应用广
用于高速,高精度,重载,结 构上要求剖分等场合.
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.
§15-1
摩擦状态
1. 干摩擦 固体表面直接接触,因而 →功耗↑ 磨损↑ 温度↑ →烧毁轴瓦 不用许出现干摩擦! 2. 边界摩擦 运动副表面有一层厚度
vv
设计:潘存云
v
设计:潘存云
v
设计:潘存云
在一般机器中,处于以上三种情况的混合状态.
边界摩擦 f
混合摩擦 液体摩擦
o
摩擦特性曲线
ηn/p
称无量纲参数ηn/p为轴承特性数. η-动力粘度,p-压强 ,n-每秒转数
§15-2
滑动轴承的结构型式
一, 向心滑动轴承 组成:轴承座,轴套或轴瓦,联接螺栓等.
轴承座
联接螺栓 轴承 螺纹孔
轴承盖 整体式向心滑动轴承
剖分轴瓦
榫口
轴承座 剖分式向心滑动轴承
整体轴套
卷制轴套 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦
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.
F 进油孔 油沟
油沟形式
B
d
设计:潘存云
轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直.载荷倾斜时结构如图 大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式,既有利 于形成动压油膜,又起冷却作用.
45
设计:潘存云
宽径比B/d----轴瓦宽度与轴径直径之比.重要参数 液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.5~1 非液体润滑摩擦的滑动轴承: B/d=0.8~1.5
二, 推力滑动轴承 作用:用来承受轴向载荷 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块.其数量 一般为6~12. 用来承受停 固定式 ---倾角固定,顶部预留平台, 车后的载荷. 类型 可倾式 ---倾角随载荷,转速自行调整,性能好.
巴氏合金
设计:潘存云
F
F
设计:潘存云
绕此边线自 行倾斜
§15-3
轴瓦及轴承衬材料
轴承衬
材料要求: 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.
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:t
2)青铜 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或 铸铁轴瓦上. 锡青铜 →中速重载 铅青铜 →中速中载 铝青铜 →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.
铸铁:用于不重要,低速轻载轴承.
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.
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.
缺点:导热性差,膨胀系数大,容易变形.为改善此 缺陷,可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用.
表15-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能
材料及其代号
铸锡锑轴承合金 ZSnSb11Cu6 铸铅锑轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2
[p] Mpa
平稳 冲击 15 15 25 20
[pv] HBS 最高工作 轴径硬度 Mpa.m/s 金属型 砂型 温度℃
20 15 10 15 15 12 27 150 150 280 280 150HBS 150HBS 45HBC 45HBC
30
90
铸锡青铜 ZCuSn10P1 铸锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5
铸铝青铜 ZCuAl10Fe3
80 60 100
8
15
65
110
280
45HBC
§15-4
一, 润滑剂 作用:降低摩擦功耗,减少磨损,冷却,吸振,防锈等. A,B两板之间充满了液体,B板静止,A板水 液体润滑剂----润滑油 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 分类 半固体润滑剂----润滑脂 液体速度为0.两板之间的速度呈线性分布. A 固体润滑剂 y 在用的大部分润滑油为矿物油(石油) o x 1. 润滑油 dy 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----重要参数粘度表征液体流动的内摩擦特性. du 液体层与层之间摩擦切应力: 分析位置y处薄层的受力 B du y ----- 牛顿液体流动定律 实验结果: τ=η dy 时间/长度2 η----液体的动力粘度,简称粘度 量纲:力 单位:N s /m2 (Pa 或泊:1P=1 dyn s /cm2 s) η 单位: m2 / s 或斯St:cm2 /s 运动粘度: ν = ρ 或厘斯cSt:1St=100 cSt
设计:潘存云
润滑剂和润滑装置
我国石
油产品是用运动粘度标定的
表15-2 常用常用润滑油的主要性质
名 称 代号
L-AN7
40 ℃的粘度 凝点 闪点(开式) ≤C mm2/s ≥C
6.12~7.48 9.0~11.0 13.5~16.5 28.8~32.2 41.4~50.6 61.2~74.8 -10 -10 -10 -10 -10 -10 110 125 165 170 180 190
主要用途
用于高速底负荷机械, 精密机床,纺织纱锭的 润滑和冷却.
全损耗 系统用油 GB443-89
L-AN10 L-AN15 L-AN32 L-AN46 L-AN68
普通机床的液压油. 用于一般滑动轴承, 齿轮,蜗轮的润滑
用于重型机床导轨, 矿山机械的润滑.
用于汽轮机,发电机等 高速高负荷轴承和各种 小型液体润滑轴承
L-AN100
90~110
0 -7
210 180
汽轮机油 L-TSA32 28.8~35.2 GB11120-89 L-TSA46 41.4~50.6
润滑油的特性: 粘--温图 1)温度 t ↑ → η ↓ 2)压力p ↑ → η ↑ 但p
设计:潘存云
℃
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. 3. 固体润滑剂 石墨 ---性能稳定,t >350 ℃才开始氧化, 可在水中工作. 聚氟乙烯树脂 -----摩擦系数低,只有石墨的一半. 二硫化钼(MoS2) -----摩擦系数低,使用温度范围广 (-60~300 ℃),但遇水性能下降.
用于润滑油不能胜任工作的场合:高温,低速重载.
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;
其应用日渐广泛
3.混入金属或塑料粉末中烧结成型.
二,润滑装置 1. 油杯
设计:潘存云
压注式油杯 针阀 式油 杯
设计:潘存云
弹簧 盖油 杯
旋盖式油杯
设计:潘存云
脂用
2. 油环
设计:潘存云 设计:潘存云
§15-5
非液体摩擦滑动轴承的计算
在油,脂中加入少量石墨或二硫化钼粉末,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.
一, 向心轴承
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.
1. 轴承的压强p
F p= ≤[p] Bd
F----径向载荷,B----轴瓦宽度,d----轴径,[p]----许用压强.
表15-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能 [p] [pv] HBS 最高工作 轴径硬度 材料及其代号 金属型 砂型 温度℃ Mpa Mpa.m/s
铸锡锑轴承合金 ZSnSb11Cu6 铸铅锑轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 铸锡青铜 ZCuSn10P1 铸锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 平稳 冲击 15 15 8 15 25 20
20 15
10 15 15 12 90
27 30 80 60
150 150 280
150HBS 150HBS 45HBC 45HBC
65 110
280
280
铸铝青铜 ZCuAl10Fe3
100
45HBC
2. 轴承的pv
值 πdn F pv = ≤[pv] Bd 60× 1000 n----转速,[pv]----许用值.
pv与功耗成正比,它表征了轴承的发热因素, pv越大,温升越高,越容易引起油膜的破裂
二, 推力轴承
p
F ≤[p]
d1 d2
F
d2
d1
F
2 (d 2 d12 ) z
4 pvm=[pv]
z----轴环数, 考虑承载的不均匀性, [p],[pv]应降低20~40%
§15-6
动压润滑的基本原理
一,动压润滑的形成和原理和条件 两平形板之间不能形成压力油膜!
动压油膜----因运动而产生的压力油膜. v
设计:潘存云
v c
F F F F
设计:潘存云
v
b h2
F
v
设计:潘存云
a
h0
b
h1
a
c
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.其运动方向必须 保证润滑油从大截面流进,从小截面出来. 向心轴承动压油膜的形成过程:
静止 →爬升 →将轴起抬
F
设计:潘存云
→质心左移 →稳定运转达到工作转速 e ----偏心距
∑ Fy =F ∑ Fx = 0
转速继续升高
e
设计:潘存云
∑ Fy =F ∑ Fx ≠ 0
二,流体动压润滑的基本方程 1.Z向无限长,润滑油在Z向没有流动; 假设条件: 2.压力 p 不随 y 值的大小而变化; 3.润滑油粘度 η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+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz –τdxdz=0 z dp dτ 整理后得: dx = d y 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. dp du d 2u 得: =η 又有: τ=η A dx d y2 dy 1 dp 2 x τ y +C1y+C2 对y积分得: u= p+dp 2η dx p 边界条件:当y=0时,u=-v →C2 = -v B τ+dτ v 1 dp h + 当y=h时,u=0 →C1= 2η h dx y
y- h 1 dp 2 v (y - hy) + 代入得: u= h 2η dx
1 dp 3 hv 任意截面内的流量: q x udy h 12 dx 2 依据流体的连续性原理,通过 0
p pmax
设计:潘存云
h
1 b-b截面内的流量: q x vh0 2 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:
不同截面的流量是相等的 该处速度呈三角形分布,间隙厚度为h0
dp h0-h 得: --- 一维雷诺方程 =6ηv 3 dx h 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.
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.
v c
c
y
z F b h0
x
v
a x
b
a
§15-7
液体动压多油楔轴承简介
将轴瓦内孔做成特殊形状,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 制造时两半之间加垫片,镗出圆孔,使用时拆去垫片即可. 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
F
设计:潘存云 设计:潘存云
O2 ω O1
O2 ω O1 O3
F
设计:潘存云
ω
设计:潘存云
固定式
可倾式
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.
§15-8
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.
静压轴承与空气轴承简介
设计:潘存云
设计:潘存云
特点:静压轴承 载任何工况下都 能胜任工作. 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.
节 流 节流器 器
油台 起密封作用
d0
D ~
常用节流器
d0
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. 制造精度↑ 气膜厚度----20 μm 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.