轴瓦及轴承衬材料课件.ppt

1、本章教学内容本章教学内容15-1 滑动轴承的润滑状态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 非液体润滑滑动轴承的设计计算15-6 动压润滑的基本原理15-7 液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算15-8 其它形式滑动轴承简介第第1515章章 滑动轴承滑动轴承15-1 15-1 摩擦状态摩擦状态 轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。 轴承的分类： 按摩擦性质分滚动轴承优点多，应用广滑动轴承用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。滑动轴承的应用领域：1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机； 2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床； 3.特重

2、型的轴承，如水轮发电机； 4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机； 5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承； 6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承， 如舰艇螺旋桨推进器的轴承； 15-2 15-2 滑动轴承的结构型式滑动轴承的结构型式一、向心滑动轴承一、向心滑动轴承1) 1) 整体式向心滑动轴承整体式向心滑动轴承 组成：轴承座、轴套或轴瓦等。特点：1) 结构简单，成本低廉。2) 因磨损而造成的间隙无法调整。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。3) 只能从沿轴向装入或拆。油杯孔轴承轴承座2) 2) 剖分式向心滑动轴承剖分式向心滑动轴承 将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用

3、联接螺栓。特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。联接螺栓轴承盖剖分轴瓦轴承座榫口螺纹孔二、二、 推力滑动轴承推力滑动轴承 作用：用来承受轴向载荷 结构形式：21F1F2F21F21空心式-轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心 式要好。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。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快。其数量一般为6-12。类型固定式可倾式-倾角固定，顶部预留平台， -倾角

4、随载荷、转速自行 调整，性能好。 F绕此边线自行倾斜F15-3 15-3 轴瓦及轴承衬材料轴瓦及轴承衬材料轴瓦失效实例：轴瓦磨损 表面划伤 疲劳点蚀 汽车用滑动轴承故障原因的平均比率汽车用滑动轴承故障原因的平均比率其它其它气蚀气蚀制造精度低制造精度低腐蚀腐蚀故障原因故障原因6.06.08.18.115.915.911.111.138.338.3比率比率6.76.72.82.85.55.55.65.6比率比率超载超载对中不良对中不良安装误差安装误差润滑油不足润滑油不足不干净不干净故障原因故障原因二、滑动轴承的材料二、滑动轴承的材料( (一一) )轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求 1) 减摩性

5、-材料副具有较低的摩擦系数。 2) 耐磨性-材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。 3) 抗胶合-材料的耐热性与抗粘附性。 4) 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。 5) 嵌入性-材料容纳硬质颗粒嵌入，减轻轴承滑动表面发生 刮伤或磨粒磨损的性能。 6) 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。 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。 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。( (二二) )常用轴承材料常用轴承材料滑动轴承材料 金属材料 非金属材料 铜合金铝基轴承

6、合金铸铁多孔质金属材料 轴承合金工程塑料碳石墨橡胶木材1) 1) 轴承合金（白合金、巴氏合金）轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金， 锡或铅为基体。 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：t120 由于巴式合金熔点低2 2）铜合金）铜合金 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

7、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 3）含油轴承）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。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。木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。 工程塑料：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。 表表12-1 12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能续表续表12-1 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能15-4 15-4 润滑剂和润滑装置润滑

8、剂和润滑装置一、概述一、概述 作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类液体润滑剂-润滑油半固体润滑剂-润滑脂固体润滑剂二、润滑脂及其选择二、润滑脂及其选择 特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及 作摆动运动的轴承中。选择原则：选择原则：当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种； 反之，选择针入度大一些的品种。所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20 30，以免工作时润滑脂过多地流失。在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基 或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基 润滑脂。表表12-4 12-4 滑动

9、轴承润滑脂的选择滑动轴承润滑脂的选择 二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择润滑油的特性：1）温度 t 2）压力p 但但 时可忽略。时可忽略。 变化很小变化很小选用原则：1) 载荷大、转速低的轴承，宜选用粘度大的油；2) 载荷小、转速高的轴承，宜选用粘度小的油；3) 高温时，粘度应高一些；低温时，粘度可低一些。0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32MPa10PMPa表12-5 滑动轴承润

10、滑油的选择 0.1 L-AN68、110、150 9.0 L-AN7、10、15 轴径圆周速度 平均压力 轴径圆周速度 平均压力 m/s p 3 Mpa m/s p (37.5) Mpa 注： 1）表中润滑油是以40时的运动粘度为基础的牌号 2）不完全液体润滑，工作温度350 才开始氧化，可在水中工作。聚氟乙烯树脂二流化钼（MoS2）-摩擦系数低，使用温度范围广 (-60300 )，但遇水性能下降。适用场合：用于润滑油不能胜任工作的场合，如高温、 低速重载、有环境清洁要求。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；3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。15-5 15-5 非

11、液体润滑滑动轴承的设计计算非液体润滑滑动轴承的设计计算工作状态：因采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承的不到足够的润滑剂，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润滑。失效形式：边界油膜破裂。设计准则：保证边界膜不破裂。校核内容：验算平均压力 p p，以保证强度要求；验算摩擦发热pvpv；验算滑动速度vv。一、径向滑动轴承的设计计算一、径向滑动轴承的设计计算 已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm)及轴颈直径d (mm) 验算及设计 ：.验算轴承的平均压力p p= pFBddB-轴瓦宽度， p-许用压强。见下页 .验算摩擦热 pv = FBddn60 1000pv

12、v轴颈圆周速度，m/s；n轴速度，m/s； pv轴承材料的许用值。见下页 F表表12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能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铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜ZCuAl10Fe3pMpapvMpa.m/s平稳冲击25202015HBS金属型 砂型最高工作温度轴径硬度150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC1501502802802802730908065601101001515815101515123.验算滑动速度V v v v材料的许用滑动速

13、度表表12-2 12-2 常用轴瓦及轴承衬材料的性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能二、止推滑动轴承的计算二、止推滑动轴承的计算 已知条件：外加径向载荷F (N)、轴颈转速n(r/mm) 1)根据轴向载荷和工作要求，选择轴承结构尺寸和材料；2)验算平均压力；2221()4Fppddz3)验算pv值 2100060)(21ddnv)(3000012pvddznFpvad2FFd1d215-6 15-6 动压润滑的基本原理动压润滑的基本原理一、动压润滑的形成原理和条件一、动压润滑的形成原理和条件 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。Fh0bbvvh0bb形成动压油膜的必要条件

14、：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。其运动芳方向必须保 证润滑油从大截面流进，从小截面出来。径向滑动轴承动压油膜的形成过程：径向滑动轴承动压油膜的形成过程：静止爬升将轴起抬转速继续升高转速继续升高质心左移 轴承的孔径D和轴颈的直径d名义尺寸相等；直径间 隙是公差形成的。 轴颈最终的平衡位置可用a和偏心距e来表示。 轴承工作能力取决于hlim，它与、和F等有关， 应保证 hlimh。e -偏心距ae为了得到简化形式的流体动力平衡方程（NavierStokes方程），作如下假设： 流体满足牛

15、顿定律，即 ;=dud y 流体的流动是层流; 15-7 15-7 动压润滑的基本方程动压润滑的基本方程 忽略压力对流体粘度的影响; 略去惯性力及重力的影响，故所研究的单元体为 静平衡状态或匀速直线运动，且只有表面力作用 于单元体上； 流体是不可压缩的； A xzyB取微单元进行受力分析：取微单元进行受力分析： pdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0整理后得：=dd ydxdp又有：dydu=dxdpd2ud y2得：得：对y积分得：u= y2+C1y+C2 21dxdp边界条件：当y=0时，时，u=- -vC2 = - -v当当y=hy=h时时，u=0u=0C1=

16、h +h +21dxdphv代入得：u= (y2- - hy) +21dxdpv vhy- -hB BA AxzyVpp+dp+d任意截面内的流量：212130hvhdxdpudyqhx=6vdxdph0- -hh3- 一维雷诺方程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。15-8 15-8 单油锲液体润滑轴承的设计计算单油锲液体润滑轴承的设计计算一、承载量一、承载量设轴孔半径为：R, r 直径为： D， d ，偏心距: e 偏位角：a相对间隙： / r / d 半径间隙： R r /

17、2定义: e / 为偏心率 最小油膜厚度： hmin= e r(1-) 定义连心线OO1为极坐标的极轴： 在三角形 中有：R2 e2+ （r+h)2 2e(r+h)cos v 22sin1cosReRehr解得：Dead略去二次微量 ，并取根号为正号，得：22sinRe)cos1 ()cos1 (rh任意位置油膜厚度： 压力最大处的油膜厚度： )cos1 (00h 0为压力最大处的极角。 =6vdxdph0-hh3 将一维雷诺方程： 改写成极坐标的形式 将dx=rd, v=r，h0, h代入上式得：3002)cos1 ()cos(cos6ddp 积分得： 13002)cos1 ()cos(co

18、s6dp积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力：积分可得轴承单位宽度上的油膜承载力： rdprdppayy)cos(2121ddra)cos()cos1 ()cos(cos62113002 理论上只要将py乘以轴承宽度就可得到油膜总承载能力，但在实际轴承中，由于油可能从轴承两端泄漏出来，考虑这一影响时，压力沿轴向呈抛物线分布。油膜压力沿轴向的分布：理论分布曲线-水平直线，各处压力一样；实际分布曲线-抛物线且曲线形状与轴承的宽径比B/d有关。油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为：油膜沿轴承宽度上的压力分布表达式为： 221BzCppyypy为无限宽度轴承沿轴向单位宽度上的油膜压力；C为取决于宽径比和偏

19、心率的系数; 对于有限宽度轴承，油膜的总承载能力为 pBByCdBdzpF22/2/1或vBFdBFCP222式中Cp为承载量系数，计算很困难，工程上可查表确定。dDFyz B B 最小油膜厚度最小油膜厚度 动力润滑轴承的设计应保证：hminh其中： h=S(Rz1+Rz2)Rz1、Rz2 分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。一般轴承可取为3.2m和6.3m，1.6 m和3.2m。重要轴承可取为0.8m和1.6m，或0.2m和0.4m。S 安全系数，常取S2。15-9 15-9 多油锲滑动轴承的性能多油锲滑动轴承的性能 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

20、度。1、椭圆轴承 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2、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。F F15-10 15-10 静压轴承和空气轴承简介静压轴承和空气轴承简介液体静压轴承液体静压轴承 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。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。节流器节流器D节流器节流器油台d0d0空气轴承空气轴承 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。 气膜厚度-20 m制造精度 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。本章小结本章小结 掌握非液体摩擦滑动轴承的计算 掌握滑动轴承的方式 了解滑动轴承的结构 掌握非液体摩擦滑动轴承的计算 了解滑动轴承的结构和材料