《滑动轴承 》PPT课件.ppt
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1、第十二章第十二章滑动滑动轴承轴承(Sliding Bearings)n1 1、了解摩擦和磨损的机理、物理特征及影响因素;、了解摩擦和磨损的机理、物理特征及影响因素;n2 2、了解滑动轴承的工作原理、特点和应用场合;、了解滑动轴承的工作原理、特点和应用场合;n3 3、掌握整体式和剖分式滑动轴承的结构特点,了解自动调心轴承的结构特点;、掌握整体式和剖分式滑动轴承的结构特点,了解自动调心轴承的结构特点;n4 4、了解滑动轴承对轴瓦材料的基本要求;、了解滑动轴承对轴瓦材料的基本要求;n5 5、掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计计算;、掌握不完全液体润滑滑动轴承的设计计算;n6 6、掌握液体动力润滑轴承的
2、基本概念及其基本方程,和油楔承载机理;、掌握液体动力润滑轴承的基本概念及其基本方程,和油楔承载机理;n7 7、掌握液体动力润滑径向滑动轴承的设计。、掌握液体动力润滑径向滑动轴承的设计。一一.教学目标教学目标二二.重点和难点重点和难点重点:重点:n1 1、掌握整体式和剖分式滑动轴承的结构特点;、掌握整体式和剖分式滑动轴承的结构特点;n2 2、掌握非流体润滑滑动轴承的设计计算;、掌握非流体润滑滑动轴承的设计计算;n3 3、掌握流体动力润滑轴承的基本方程式及径向滑动轴承的设计。、掌握流体动力润滑轴承的基本方程式及径向滑动轴承的设计。难点:难点:n流体动力润滑径向滑动轴承的设计。流体动力润滑径向滑动轴
3、承的设计。一、摩擦一、摩擦2 2、滑动轴承的摩擦状态、滑动轴承的摩擦状态 第一节第一节 摩擦、磨损和润滑基础知识摩擦、磨损和润滑基础知识两个物体表面在外力作用下发生相互接触两个物体表面在外力作用下发生相互接触,并作相对运动并作相对运动(或运动趋势或运动趋势)时,在接触面之间产生的切向运动阻力(摩时,在接触面之间产生的切向运动阻力(摩擦力),这种现象就是摩擦。擦力),这种现象就是摩擦。1 1、定义、定义 干摩擦:干摩擦:两摩擦表面之间即无润滑剂又无湿气或保护膜两摩擦表面之间即无润滑剂又无湿气或保护膜的纯金属接触摩擦。的纯金属接触摩擦。边界摩擦(即边界润滑):边界摩擦(即边界润滑):以具有边界膜(
4、吸附膜或反应以具有边界膜(吸附膜或反应膜)隔开相对运动表面时的摩擦。膜)隔开相对运动表面时的摩擦。流体摩擦(即流体润滑):流体摩擦(即流体润滑):以流体层隔开相对运动表面时以流体层隔开相对运动表面时的摩擦,即由流体内部分子间的粘性阻力引起的摩擦。的摩擦,即由流体内部分子间的粘性阻力引起的摩擦。混合摩擦(即混合润滑):混合摩擦(即混合润滑):半干摩擦和半流体摩擦的统称。半干摩擦和半流体摩擦的统称。半干摩擦半干摩擦:边界摩擦和干摩擦同时发生的摩擦。边界摩擦和干摩擦同时发生的摩擦。半流体摩擦:半流体摩擦:流体摩擦和边界摩擦或流体摩擦和干摩擦同流体摩擦和边界摩擦或流体摩擦和干摩擦同时发生的摩擦。时发生
5、的摩擦。3、影响摩擦的因素、影响摩擦的因素1)材料性质)材料性质2)表面性质)表面性质金属摩擦副的摩擦因数随配对材料的性质不同而异。金属摩擦副的摩擦因数随配对材料的性质不同而异。一般说来,相同金属或互溶性较大的金属摩擦副,容易发生粘着,一般说来,相同金属或互溶性较大的金属摩擦副,容易发生粘着,其摩擦因数较大;反之,摩擦因数较小。其摩擦因数较大;反之,摩擦因数较小。由于污染、化学热处理、电镀和润滑剂的作用等,在金属表面形成一层由于污染、化学热处理、电镀和润滑剂的作用等,在金属表面形成一层极薄的表面膜(如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、锢膜、镉膜、铝极薄的表面膜(如氧化膜、硫化膜、磷化膜、氯化膜、
6、锢膜、镉膜、铝膜等),使表层具有与基体不同的性质。膜等),使表层具有与基体不同的性质。3)温度)温度温度变化会引起表层材料性质发生变化温度变化会引起表层材料性质发生变化 试验表明,许多金属(如钼、钨、钦等)及其化合物的摩擦因数,在试验表明,许多金属(如钼、钨、钦等)及其化合物的摩擦因数,在周围介质温度为周围介质温度为700800时出现最小值。时出现最小值。4)相对速度)相对速度一般情况下,滑动速度会引起表层发热和温升,从而改变表层的性质,一般情况下,滑动速度会引起表层发热和温升,从而改变表层的性质,因此摩擦因数必将随之变化。因此摩擦因数必将随之变化。一般情况下,金属摩擦副的摩擦因数随载荷增大而
7、降低,然后趋于稳一般情况下,金属摩擦副的摩擦因数随载荷增大而降低,然后趋于稳定。定。5)载荷)载荷6)表面粗糙度)表面粗糙度在塑性接触情况下,摩擦因数几乎不受表面粗糙度的影响。在塑性接触情况下,摩擦因数几乎不受表面粗糙度的影响。对于弹性或弹塑性接触的干摩擦副,当表面粗糙度值很小时,机械作对于弹性或弹塑性接触的干摩擦副,当表面粗糙度值很小时,机械作用也就较小,而分子力作用较大;反之亦然。可见,摩擦因数随表面用也就较小,而分子力作用较大;反之亦然。可见,摩擦因数随表面粗糙度的变化会有一个极小值。粗糙度的变化会有一个极小值。以上各种因素对摩擦因数的影响都不是孤立的,而是相互联系相互影以上各种因素对摩
8、擦因数的影响都不是孤立的,而是相互联系相互影响的。响的。二、磨损二、磨损1 1、磨损的定义、磨损的定义由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失的现象。由于表面的相对运动而使物体工作表面的物质不断损失的现象。2 2、磨损的分类、磨损的分类粘着磨损:粘着磨损:摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用,使材摩擦表面的微凸体在相互作用的各点发生粘着作用,使材料由一表面转移到另一表面的磨损。料由一表面转移到另一表面的磨损。磨粒磨损:磨粒磨损:摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰尖在较软的材料摩擦表面间的游离硬颗粒或硬的微凸体峰尖在较软的材料表面上犁刨出很多沟纹的微切削过程。表面上犁刨出很多沟
9、纹的微切削过程。疲劳磨损:疲劳磨损:也称为疲劳点蚀。也称为疲劳点蚀。腐蚀磨损:腐蚀磨损:在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。在摩擦过程中金属与周围介质发生化学反应而引起的磨损。流体磨粒磨损:流体磨粒磨损:由流动的液体或气体中所夹带的硬质颗粒作用引起的磨损。由流动的液体或气体中所夹带的硬质颗粒作用引起的磨损。流体侵蚀磨损:流体侵蚀磨损:由液流或气流的冲蚀作用引起的磨损。由液流或气流的冲蚀作用引起的磨损。3 3、磨损过程、磨损过程一个零件的磨损过程大体可分为三个阶段:一个零件的磨损过程大体可分为三个阶段:磨合磨损阶段磨合磨损阶段、稳定磨损阶段稳定磨损阶段及及剧烈磨损阶段。剧烈磨损阶
10、段。(1 1)跑合磨损阶段。跑合磨损阶段。在磨损初期,在磨损初期,由于新的摩擦副表面由于新的摩擦副表面较粗糙,较粗糙,真实接触面积小,比压较大,真实接触面积小,比压较大,在开始的较短时间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,接触面积增内磨损量较大。经跑合后,表面凸峰高度降低,接触面积增大,大,两摩擦表面贴合得更好两摩擦表面贴合得更好。因而,有利于延长机器的使用因而,有利于延长机器的使用寿命,寿命,是一种有益的磨损。是一种有益的磨损。(2 2)稳定磨损阶段。稳定磨损阶段。零件经过跑合后磨损速度趋缓,零件经过跑合后磨损速度趋缓,处处于稳定状态,于稳定状态,这一阶段的时间即为零件
11、的使用寿命。这一阶段的时间即为零件的使用寿命。(3 3)剧烈磨损阶段。剧烈磨损阶段。当磨损达到一定量时,进入剧烈磨当磨损达到一定量时,进入剧烈磨损阶段。此时,摩擦条件将发生很大的变化,温度急剧升损阶段。此时,摩擦条件将发生很大的变化,温度急剧升高,磨损速度大大加快,机械效率明显降低,精度丧失,高,磨损速度大大加快,机械效率明显降低,精度丧失,并出现异常的噪声和振动,最后导致完全失效。并出现异常的噪声和振动,最后导致完全失效。三、润滑三、润滑1.液体润滑剂(润滑油)液体润滑剂(润滑油)常用的润滑油有:机油,常用的润滑油有:机油,如动植物油;矿物油,主要是石如动植物油;矿物油,主要是石油产品;油产
12、品;化学合成油。润滑油的性能指标主要有粘度、凝化学合成油。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。点、闪点和油性等。最重要的指标是粘度。粘度表示了液体流动的内摩擦性能,或者说是流体抵粘度表示了液体流动的内摩擦性能,或者说是流体抵抗剪切变形的能力。抗剪切变形的能力。(1 1)动力粘度)动力粘度A、B两板间充满了不可压缩两板间充满了不可压缩的润滑油。当一块平板固定,的润滑油。当一块平板固定,另一块平板以速度另一块平板以速度u沿沿x轴方向轴方向运动时,在层流条件下,沿运动时,在层流条件下,沿y坐标的油层将以不同速度坐标的油层将以不同速度u沿沿x方向移动。方向移动。u根根据
13、据牛牛顿顿提提出出的的粘粘性性流流体体的的摩摩擦擦定定律律,即即:各各油油层层间间的的切切应应力与其速度梯度成正比。以公式表示为:力与其速度梯度成正比。以公式表示为:流体层单位面积上的剪切阻力,即切应力;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;任一流体层上的液体速度;比例常数,即流体的动力粘度,单位为比例常数,即流体的动力粘度,单位为Ns/m2或或Pas(帕帕秒秒)。绝对单位制中,动力粘度的单位为或绝对单位制中,动力粘度的单位为或P(泊泊)或或cP(厘泊)(厘泊)。1Pas=1Ns/m2=10P=1000cP流体的动力粘度流体的动力粘度与同温度下该液体的密度与同温度下该
14、液体的密度的比值。的比值。运动粘度的单位为:运动粘度的单位为:m2/s,也常用,也常用St(斯)或(斯)或cSt(厘斯)表示,(厘斯)表示,换算关系为:换算关系为:1m2/s=104St=106cSt。(2 2)运动粘度运动粘度 根据粘度的不同,每种油又分为不同的牌号,油号越大粘度根据粘度的不同,每种油又分为不同的牌号,油号越大粘度越高。越高。我国工业用润滑油的粘度等级是以我国工业用润滑油的粘度等级是以40C时的运动粘度分级的,时的运动粘度分级的,参见参见P53表表4-1。(3)润滑油粘度的影响因素)润滑油粘度的影响因素A、温度、温度液体分子的粘性主要来源于分子间的内聚力。温度升高时,液体分子
15、液体分子的粘性主要来源于分子间的内聚力。温度升高时,液体分子间距离增大,内聚力随之下降而使粘度下降。间距离增大,内聚力随之下降而使粘度下降。参见参见P54图图4-7.B、压力、压力在常压下,压强对润滑油粘度的影响很小,在常压下,压强对润滑油粘度的影响很小,可以忽略不计。但在高压可以忽略不计。但在高压强及真空条件下,压强对润滑油粘度则有较大影响。一般而言,强及真空条件下,压强对润滑油粘度则有较大影响。一般而言,流体流体的粘度都随压强的增大而增大。的粘度都随压强的增大而增大。由于润滑油使用部位通常处于大负荷之下,由于润滑油使用部位通常处于大负荷之下,因此高压下润滑油的粘度因此高压下润滑油的粘度被认
16、为是摩擦的表面失效预测和摩擦控制的重要参数。被认为是摩擦的表面失效预测和摩擦控制的重要参数。2 2、润滑脂润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成的。作为基础油的大多数是矿物油,金属皂)混合稠化而成的。作为基础油的大多数是矿物油,也有合成油。也有合成油。1)锥入度:锥入度:用质量为用质量为150g的标准圆锥体在的标准圆锥体在250C的恒温下,的恒温下,由脂表面经由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。是表征润滑脂稀稠度秒钟后沉入脂内的深度。是表征润滑脂稀稠度的指标。锥入度越大,流动越大。的指标。锥入度越大,流动越大。
17、润滑脂的主要性能有:润滑脂的主要性能有:2)滴点:滴点:在规定的加热条件下,润滑脂从标准量杯的孔口滴在规定的加热条件下,润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。润滑脂能工作的温度应低于滴点下第一滴时的温度。润滑脂能工作的温度应低于滴点200C300C,低于,低于400C600C更好。更好。第二节第二节 滑动轴承概述滑动轴承概述一、滑动轴承的特点及应用一、滑动轴承的特点及应用滑动轴承还具有滑动轴承还具有噪声低、工作平稳、噪声低、工作平稳、结构简单、易于制造、结构简单、易于制造、便于安装便于安装等独特的优点。等独特的优点。(1)工作转速很高,如汽轮发电机。工作转速很高,如汽轮发电机。(5)要求对
18、轴的支承位置特别精确,如精密磨床。要求对轴的支承位置特别精确,如精密磨床。(3)承受巨大的冲击与振动载荷,如轧钢机。承受巨大的冲击与振动载荷,如轧钢机。(2)特重型的载荷,如水轮发电机。特重型的载荷,如水轮发电机。(4)径向尺寸受到限制(如多辊轧钢机),或根据装配要求径向尺寸受到限制(如多辊轧钢机),或根据装配要求必须制成剖分式的轴承,如曲轴轴承。必须制成剖分式的轴承,如曲轴轴承。(6)在特殊条件下在特殊条件下(水、腐蚀性介质)工作的轴承,如军舰推水、腐蚀性介质)工作的轴承,如军舰推进器的轴承。进器的轴承。三、滑动轴承的类型三、滑动轴承的类型按所承按所承受载荷受载荷的方向的方向分为分为径向轴承
19、径向轴承(radial/journalbearing)按按润润滑滑分分液体润滑轴承液体润滑轴承(flowlubricationbearing)液体动压润滑轴承液体动压润滑轴承不完全液体润滑不完全液体润滑轴承轴承(non-flowlubricationbearing)液体静压润滑液体静压润滑轴承轴承推力推力轴承轴承(axial/thrustbearing)按按结结构构分分整体式整体式(solid)剖分式剖分式(split)自动调心式自动调心式第三节第三节 径向滑动轴承的结构径向滑动轴承的结构一、整体式径向滑动轴承一、整体式径向滑动轴承(solidradialslidingbearing)轴承座轴
20、承座螺纹孔螺纹孔轴套轴套特点:特点:1)结构简单、成本低)结构简单、成本低(simpleconstructionandlowcost);2)轴套)轴套(sleeve)磨损后,间隙无法调整;磨损后,间隙无法调整;3)装拆不便(只能从轴端装拆);)装拆不便(只能从轴端装拆);4)适于低速、轻载或间隙工作的机器。)适于低速、轻载或间隙工作的机器。1、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。、润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。2、油槽(沟)开在非承载区。、油槽(沟)开在非承载区。3、油槽轴向不能开通,以免油从油槽端部大量流失、油槽轴向不能开通,以免油从油槽端部大量流失油孔、油沟开设原则:油孔、油沟开设原则:
21、单轴向油槽开在单轴向油槽开在最大油膜厚度处最大油膜厚度处双轴向油槽开在非承载区双轴向油槽开在非承载区(在轴承剖分面上)(在轴承剖分面上)二、剖分式径向滑动轴承二、剖分式径向滑动轴承(splitbearing)1、轴承座、轴承座(house)5、油孔、油孔(oilhole)2、轴承盖、轴承盖(cover)3、双头螺柱、双头螺柱(double-headbolt)4、剖分轴瓦、剖分轴瓦(splitbushing)轴承剖分面常为阶梯形,以便定位轴承剖分面常为阶梯形,以便定位与防止错动。载荷最好与剖分面垂与防止错动。载荷最好与剖分面垂直,直,一般不超过剖分面垂线左右一般不超过剖分面垂线左右35的范围,否
22、则应该使用斜剖分面轴的范围,否则应该使用斜剖分面轴承。承。轴瓦的形式与结构轴瓦的形式与结构整整体体式式轴轴瓦瓦剖剖分分式式轴轴瓦瓦为使轴瓦既有一定的强度,又有良好的减磨性,常在轴瓦内表面浇铸为使轴瓦既有一定的强度,又有良好的减磨性,常在轴瓦内表面浇铸一层减磨性好的材料(如轴承合金),称为轴承衬(一层减磨性好的材料(如轴承合金),称为轴承衬(bearingliner)。)。轴承衬应可靠的贴合在轴瓦表面上。轴承衬应可靠的贴合在轴瓦表面上。三、自动调心式轴承三、自动调心式轴承(automaticcenterregulatingbearing)当轴颈较长(宽径比当轴颈较长(宽径比B/d大于大于1.51
23、.75),轴的刚度较小,或由于两轴),轴的刚度较小,或由于两轴承不是安装在同一刚性机架上,同心度较难保证时,都会造成轴瓦端部的承不是安装在同一刚性机架上,同心度较难保证时,都会造成轴瓦端部的局部接触,使轴瓦局部严重磨损。为此可采用能相对轴承自行调节轴线位局部接触,使轴瓦局部严重磨损。为此可采用能相对轴承自行调节轴线位置的滑动轴承,称为自动调心式滑动轴承。置的滑动轴承,称为自动调心式滑动轴承。B第四节第四节 滑动轴承的材料滑动轴承的材料一、滑动轴承的材料一、滑动轴承的材料 主要失效形式:主要失效形式:磨料磨损、刮伤、胶合(烧瓦)疲劳剥落和腐蚀磨料磨损、刮伤、胶合(烧瓦)疲劳剥落和腐蚀1 1、对轴
24、承材料的要求、对轴承材料的要求 轴瓦轴瓦(bushing)和轴承衬和轴承衬(liner)的材料统称为轴承材料。的材料统称为轴承材料。针对以上所述的失效形式,轴承材料性能应着重满足以下主要要求:针对以上所述的失效形式,轴承材料性能应着重满足以下主要要求:1)良好的减摩性、耐磨性)良好的减摩性、耐磨性(resistancetowear)和抗胶合性和抗胶合性2)良好的摩擦顺应性、嵌入性)良好的摩擦顺应性、嵌入性(embeddability)和磨合性和磨合性3)足够的强度和抗腐蚀能力)足够的强度和抗腐蚀能力(anti-corrosion)4)良好的导热性)良好的导热性(thermalconductiv
25、ity)、工艺性、经济性等、工艺性、经济性等n 减摩性是指材料副具有低的摩擦系数。减摩性是指材料副具有低的摩擦系数。n 耐磨性是指材料的抗磨性能(通常以磨损率表示)。耐磨性是指材料的抗磨性能(通常以磨损率表示)。n 抗胶合性是指材料的耐热性和抗粘附性。抗胶合性是指材料的耐热性和抗粘附性。n 摩擦顺应性是指材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑摩擦顺应性是指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。动表面初始配合不良的能力。n 嵌入性是指材料容纳硬质颗粒嵌入,从而减轻轴承滑动嵌入性是指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。表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。
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