《机械设计基础》课件第12章.ppt

1、第12章 滑动轴承 12.1 摩擦、磨损与润滑基础知识摩擦、磨损与润滑基础知识 12.2 滑动轴承的特点、类型和典型结构滑动轴承的特点、类型和典型结构 12.3 轴瓦的材料和轴瓦结构轴瓦的材料和轴瓦结构 12.4 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 12.5 不完全油膜滑动轴承的设计计算不完全油膜滑动轴承的设计计算 习习 题题 12.1 摩擦、磨损与润滑基础知识摩擦、磨损与润滑基础知识 12.1.1 摩擦状态摩擦状态 图12-1 滑动轴承的摩擦状态 12.1.2 磨损磨损 1.典型磨损过程典型磨损过程 图12-2 一般的磨损过程 （1）跑合磨损阶段。在磨损初期，由于新的摩擦副表面较粗糙，真实接触面积

2、小，比压较大，在开始的较短时间内磨损量较大。经跑合后，表面凸峰高度降低，接触面积增大，磨损速度减缓并趋向稳定。初期跑合是一种有益的磨损，可利用它来改善表面性能，提高使用寿命。（2）稳定磨损阶段。零件经过跑合后磨损速度趋缓，处于稳定状态，这一阶段的时间即为零件的使用寿命。（3）剧烈磨损阶段。磨损量加大，润滑状态恶化，导致零件迅速报废。2.磨损的分类磨损的分类 （1）粘着磨损：由于两摩擦表面间产生粘着现象使材料由一个表面转移到另一个表面而造成的磨损，称为粘着磨损。胶合是粘着磨损中最严重的形式，会造成大片金属被撕脱或表面间完全“咬死”，是齿轮、蜗杆等传动的失效形式之一。（2）磨粒磨损：硬质颗粒或摩擦

3、表面上的硬质突出物，在摩擦过程中引起脱落的现象，称为磨粒磨损。在开式传动中，许多零件与矿石或泥沙等直接接触，磨粒磨损就是其主要的磨损形式。实验表明，当金属材料的硬度比磨粒的硬度大30时，被磨表面的磨损量就非常小。（3）疲劳磨损：这种形式的磨损常出现在滚动轴承、齿轮等高副中。当接触表面受到很大的循环变化接触应力，经过一定工作循环次数以后，可能在局部表面形成小块的甚至是片状的麻点或凹坑，进而导致零件失效。这种失效形式称为表面疲劳磨损，简称点蚀。由此建立的接触疲劳强度准则是机械传动设计的重要的计算方法。12.1.3 润滑剂润滑剂 1.液体润滑剂液体润滑剂 液体润滑剂通常也称润滑油。常用的液体润滑剂有

4、：机油，如动植物油；矿物油，主要是石油产品；化学合成油。润滑油的性能指标主要有粘度、凝点、闪点和油性等。最重要的指标是粘度。2.润滑油的粘度润滑油的粘度 1)动力粘度动力粘度 图12-3所示是两块相距为h的平行平板，中间充满了不可压缩的润滑油。当一块平板固定，另一块平板以速度U沿x轴方向运动时，在层流条件下，沿y坐标的油层将以不同速度u沿x方向移动。根据牛顿提出的粘性流体的摩擦定律，即：各油层间的切应力与其速度梯度成正比。以公式表示为 yu（12-1）式中：流体层单位面积上的剪切阻力，即切应力；u任一流体层上的液体速度；比例常数，即流体的动力粘度，动力粘度的单位为Ns/m2或Pas(帕秒)。图

5、12-3 粘性流体流动模型 2）运动粘度流体的动力粘度与同温度下的密度的比值，称为运动粘度 v（12-2）运动粘度的单位为：m2/s，也常用St或cSt表示，换算关系为：1 m2/s=104 St=106 cSt。3.润滑油的选择润滑油的选择 表表12-1 工业用全损耗通用润滑油粘度牌号工业用全损耗通用润滑油粘度牌号 表表12-2 常用润滑油的牌号、常用润滑油的牌号、性能及应用性能及应用 续表 4.润滑脂的性能指标润滑脂的性能指标 对于轴颈圆周速度小于2m/s的难以经常供油或摆动工作的非液体摩擦轴承，可以采用润滑脂润滑。与选用润滑脂有关的性能指标是锥入度和滴点。(1)锥入度：是衡量润滑脂粘稠程

6、度的指标。将一个标准锥体置于25的润滑脂表面，经5 s后，该锥体沉入脂内的深度(以0.1 mm为单位)值称为该润滑脂的锥入度。锥入度的数值越大，表明润滑脂的流动性越大。(2)滴点：在规定的条件下，将润滑脂加热至从容器口中滴下第一滴时的温度，称为该润滑脂的滴点。选择润滑脂的滴点应比工作温度高2030。润滑剂的种类、牌号及性能可参阅机械工程手册或润滑工程手册。12.2 滑动轴承的特点、类型和典型结构滑动轴承的特点、类型和典型结构 1.径向滑动轴承径向滑动轴承 常用的径向滑动轴承的结构形式可分为整体式(如图12-4(a)和剖分式(如图12-4(b)。轴承座的材料常用铸铁制造，受力很大时可用铸钢件，用

7、螺栓固定在机架上。整体式滑动轴承构造简单，常用于低速、载荷较小的间歇工作机器上，而且轴只能从轴的端部装入。剖分式滑动轴承的轴瓦一般是对开式，当它的轴瓦磨损后可以通过适当地调整垫片或对其剖分面进行刮削、研磨来调整轴与孔的间隙，应用较广。图12-4 径向滑动轴承的结构 2.普通止推滑动轴承的结构普通止推滑动轴承的结构 图12-5 普通止推滑动轴承的结构 表表12-3 普通止推滑动轴承轴颈基本尺寸的计算公式普通止推滑动轴承轴颈基本尺寸的计算公式 3.调心式滑动轴承调心式滑动轴承 当轴承宽度B与轴颈直径d之比Bd1.5时，轴的变形可能会使轴瓦端部和轴颈出现边缘接触，导致轴承过早被损坏。为防止这种情况发

8、生，可将轴瓦与轴承座配合表面做成球面，使其自动适应轴或机架工作时的变形造成轴颈与轴瓦不同轴的情况，避免出现边缘接触。这种轴承称为调心轴承，如图12-6所示。图12-6 轴颈边缘接触与调心式滑动轴承 4.可调间隙式轴承可调间隙式轴承 图12-7 间隙可调式滑动轴承轴承 12.3 轴瓦的材料和轴瓦结构轴瓦的材料和轴瓦结构12.3.1 轴瓦的材料轴瓦的材料 根据轴瓦失效形式及工作时轴瓦不损伤轴颈的原则，轴瓦材料应满足下列要求：良好的减摩性、耐磨性和磨合性；足够的强度；良好的顺应性和嵌藏性；耐腐蚀性；良好的导热性；良好的工艺性。其中顺应性是指轴瓦材料补偿对中误差和其他几何误差的能力。嵌藏性是指轴瓦材料

9、容纳污物和外来微粒，防止刮伤和磨损的能力。1.金属材料金属材料 （1）轴承合金(巴氏合金、白合金)：它是锡、铅、锑、铜的合金，又分为锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两类。它们各以较软的锡或铅作基体，悬浮以锑锡和铜锡的硬晶粒，常用作轴承衬。(2)铜合金：铜合金是传统的轴瓦材料，品种很多，可分为青铜和黄铜两类。青铜的性能仅次于轴承合金的轴瓦材料，应用较多。黄铜为铜锌合金，减摩性不及青铜，但易于铸造及机加工。可作为低速、中载下青铜的代用品。（3）铝合金：这种轴瓦材料强度高，耐腐蚀，导热性良好，但顺应性、嵌藏性、磨合性较差，要求轴颈表面硬度高、粗糙度低以及配合间隙较大。它一般作为轴承衬材料。（4)铸铁：有普

10、通灰铸铁、耐磨铸铁或球墨铸铁，所含石墨具有润滑作用。耐磨铸铁表面经磷化处理可形成一多孔性薄层，有利于提高耐磨性。2.粉末冶金材料粉末冶金材料 粉末冶金材料是由铜、铁、石墨等粉末经压制，烧结而成的多孔隙(约占总体积的1035)轴瓦材料。常用的粉末冶金材料有多孔铁、多孔青铜、多孔铝等。3.非金属材料非金属材料 表表12-4 常用金属轴瓦材料的性能常用金属轴瓦材料的性能 表表12-4 常用金属轴瓦材料的性能常用金属轴瓦材料的性能 12.3.2 轴瓦的结构轴瓦的结构 图12-8 整体式轴套 图12-9 剖分式轴瓦 图12-10 轴承衬背上的沟槽形式 图12-11 常用的油沟形式 12.4 滑动轴承的润

11、滑滑动轴承的润滑 12.4.1 滑动轴承的润滑剂及其选择滑动轴承的润滑剂及其选择 1.润滑油的选择润滑油的选择 表表12-5 滑动轴承常用润滑油牌号选择滑动轴承常用润滑油牌号选择 表表12-6 滑动轴承润滑脂选择滑动轴承润滑脂选择 2.润滑方法和润滑装置润滑方法和润滑装置 图12-12 常用油杯形式(a)压注式压注油杯；(b)旋套式注油杯；(c)针阀式注油杯；(d)油芯式注油杯 图12-13 油环润滑3.润滑方法的选择润滑方法的选择滑动轴承的润滑方法可根据由经验公式求得的k值选择。3pvk（12-3）式中：p轴承压强，单位为MPa；v轴颈圆周速度，单位为ms。当k2时，用润滑脂润滑；2k15，

12、用润滑油润滑(可用针阀式滴油油杯等)；15k30，用油环润滑或飞溅润滑；k30时，必须用压力循环润滑。12.5 不完全油膜滑动轴承的设计计算不完全油膜滑动轴承的设计计算 12.5.1 失效形式和计算准则失效形式和计算准则 不完全油膜滑动轴承工作时，轴颈与轴瓦表面间处于边界摩擦或混合摩擦状态，其主要的失效形式是磨粒磨损和粘附磨损。因此，防止失效的关键是在轴颈与轴瓦表面之间形成一层边界油膜，以避免轴瓦的过度磨粒磨损和因轴承温度上升过高而引起粘附磨损。目前对不完全油膜滑动轴承的设计计算主要是进行轴承压强p、轴承滑动速度v和pv值的验算，使它们不超过轴承材料的相应许用值。12.5.2 不完全油膜滑动轴

13、承的设计计算不完全油膜滑动轴承的设计计算 1.设计步骤设计步骤 设计时，一般已知轴颈直径d，轴的转速n及径向载荷Fr。其设计计算步骤如下：(1)根据轴承使用要求和工作条件，确定轴承的结构形式，选择轴承材料；(2)选定轴承宽径比Bd，一般取Bd0.71.3，确定轴承宽度B；(3)验算轴承的工作能力。2.计算内容计算内容（1）压强p的验算。为防止过度磨损，应限制轴承压强 pBdFpr（12-4）式中：B轴承宽度，单位为mm；p轴承材料的许用压强，单位为MPa，见表12-4。对于低速(v0.1ms)或间歇工作的轴承，当其工作时间不超过停歇时间时，仅需进行轴承压强的验算。2）pv值的验算。轴承工作时摩

14、擦发热量大，温升过高时，易发生粘附磨损。轴承单位投影面积单位时间内的发热量与pv值成正比，因此要限制pv。10019100060pvBnFdnBdFpvrr（12-5）式中：pv轴承材料的许用压强速度值，单位为MPams，见表12-4。（3）滑动速度v的验算。当压强p较小，p与pv值都在许用范围内时，也可能由于滑动速度过高而加速轴承磨损，此时应限制滑动速度v。100060vdnv式中：v轴承材料的许用滑动速度，单位为ms，见表12-4。（12-6）(4)选择轴承的配合。表表12-7 滑动轴承的常用配合及其应用滑动轴承的常用配合及其应用 【例例12-1】试设计一起重机卷筒轴的滑动轴承。已知轴承受

15、径向载荷Fr=150 000 N，轴颈直径d=100 mm，轴的工作转速n=10 rmin。解解(1)选择轴承类型和轴承材料。为装拆方便，轴承采用对开式结构。由于轴承载荷大、速度低，由表12-4选取铸造铜合金CuAl10Fe5Ni5作为轴承材料，其中p=15MPa，pv=12 MPams，v=4ms。(2)轴承宽径比。选取Bd=1.2，则B=1.2100=120 mm，取B=120 mm(3)验算轴承工作能力。验算p 由式（12-4）得 5.12120100000150pMPaMPaBdFpr验算pv值由式（12-5）得/65.0/120100191000015010019100060pvsm

16、MPasmMPaBnFdnBdFpvrr (4)选择轴承配合和表面粗糙度。查表12-7，选取轴承与轴颈的配合为H8f7，轴瓦滑动表面粗糙度为Ra=3.2 m，轴颈表面粗糙度为Ra=1.6m。(5)轴承润滑剂、润滑方法和润滑装置等的选择此处略去。习习 题题 12-1 滑动轴承适用于哪些场合?滑动轴承的常用材料有哪些?12-2 滑动轴承的润滑状态有哪几种?润滑油的主要性能指标是什么?滑动轴承常用的润滑装置有哪些?12-3 滑动轴承的失效形式有哪些?对于非液体摩擦滑动轴承，需要做哪些校核？12-4 空气压缩机主轴向心滑动轴承，轴的转速为300 rmin，轴颈直径为160mm，轴承径向载荷F=50 000N，轴承宽度B=240 mm，试选择轴承材料，并按非液体摩擦滑动轴承的设计准则进行校核计算。12-5 滑动轴承的材料为ZCuSn5Pb5Zn5，用于离心泵。其所承受的径向载荷为2800 N，若轴承的转速为1500rmin，轴的直径为60 mm，宽径比为1.05。试按混合摩擦状态验算该轴承是否合适？是否需要改进？