最新徐小斌《机械设计》课件第12章滑动轴承1PPT课件.ppt
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1、徐小斌机械设计课件第徐小斌机械设计课件第1212章滑动轴承章滑动轴承1 1分分类类滚动轴承滚动轴承轴承的功用:轴承的功用:用来用来支承轴及轴上零件支承轴及轴上零件。滑动轴承滑动轴承优点多,应用广优点多,应用广用于高速、高精度、重载、用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。结构上要求剖分等场合。12-1滑动轴承概述滑动轴承概述 1能承担一定的载荷,具有一定的强度和刚度。能承担一定的载荷,具有一定的强度和刚度。2具有小的摩擦力矩,使回转件转动灵活。具有小的摩擦力矩,使回转件转动灵活。3具有一定的支承精度,保证被支承零件的回转精度。具有一定的支承精度,保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要
2、求一、轴承的基本要求 二、轴承的分类二、轴承的分类 按摩擦按摩擦性质分性质分按受载按受载方向分方向分按润滑按润滑状态分状态分向心推力向心推力(径向止推径向止推)轴承轴承向心向心(径向径向)轴承轴承 推力推力(止推止推)轴承轴承不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承不完全液体润滑滑动轴承长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制微动磨损微动磨损发生在名义上相对静止,实际上存在循环发生在名义上相对静止,实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。其它失效形式其它失效形式:气蚀气蚀气流冲蚀零件表面引起的机械磨损;气流冲蚀零
3、件表面引起的机械磨损;流体侵蚀流体侵蚀流体冲蚀零件表面引起的机械磨损;流体冲蚀零件表面引起的机械磨损;电侵蚀电侵蚀电化学或电离作用引起的机械磨损;电化学或电离作用引起的机械磨损;轴瓦失效实例轴瓦失效实例:潘存云教授研制疲劳点蚀疲劳点蚀 潘存云教授研制表面划伤表面划伤 潘存云教授研制轴瓦磨损轴瓦磨损长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制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
4、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1.1.轴承材料性能的要求轴承材料性能的要求(1)(1)减摩性减摩性材料副具有较低的摩擦系数。材料副具有较低的摩擦系数。(2)(2)耐磨性耐磨性材料的抗磨性能,通常以磨损率表示。材料的抗磨性能,通常以磨损率表示。(3)(3)抗胶合抗胶合材料的耐热性与抗粘附性。材料的耐热性与抗粘附性。(4)(4)摩擦顺应性摩擦顺应性材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表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。面初始配合不良的能力。(5)(5)嵌入性嵌入性材
5、料容纳硬质颗粒嵌入,从而减轻轴承滑动表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。面发生刮伤或磨粒磨损的性能。(6)(6)磨合性磨合性轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后,形成相互吻合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。的表面形状和粗糙度的能力。轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料,如轴瓦和轴承衬的材料。长江大学专用 作者:潘存云教授 工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属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。组合在一起,性能上取长补短。轴承衬轴承衬 此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导
6、热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。性、工艺性和经济性。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。滑滑动动轴轴承承材材料料 金属材料金属材料 非金属材料非金属材料 轴承合金轴承合金铜合金铜合金铝基轴承合金铝基轴承合金铸铁铸铁多孔质金属材料多孔质金属材料 工程塑料工程塑料碳碳-石石墨墨橡胶橡胶木材木材2.2.常用轴承材料常用轴承材料长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制(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,是锡、铅、锑、铜等金属的合金,锡或铅为基体。锡或铅为基体。优点:优点:f 小
7、,抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐小,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、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。重载的轴承。缺点:缺点:价格贵、机械强度较差;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。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:工作温度:t6.5 0.5 60 26.5 0.5 60 2号压延机脂号压延机脂注:注:(1)在潮湿环境,温度在在潮湿环境,温度在75 120的条件下,应考虑选用钙的条件下,应考虑选用钙-钠基润滑钠基润滑 脂;脂;(2)在潮湿环境,温度在在潮湿
8、环境,温度在75以下,没有以下,没有3号钙基脂时也可以用铝基脂;号钙基脂时也可以用铝基脂;(3)工作温度在工作温度在110 120可选用锂基脂或钡基脂;可选用锂基脂或钡基脂;(4)集中润滑时,稠度要小些。集中润滑时,稠度要小些。长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制但但p 10 MPa时可忽略。时可忽略。变化很小0.080.080.070.070.060.060.050.050.040.040.030.030.020.020.010.013030 4040 50506060 7070 8080 9090润滑油的特性:润滑油的特性:(1)温度)温度 t (2)压力)压力p 选用原则:选用
9、原则:(1)载荷大、转速低的轴载荷大、转速低的轴承,宜选用粘度大的油;承,宜选用粘度大的油;(2)载荷小、转速高的轴载荷小、转速高的轴承,宜选用粘度小的油;承,宜选用粘度小的油;粘粘温温图图 L-TSA32L-TSA32L-TSA32L-TSA32二、润滑油及其选择二、润滑油及其选择(3)高温时,粘度应高一些;高温时,粘度应高一些;低温时,粘度可低一些。低温时,粘度可低一些。长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制表表12-滑动轴承润滑油的选择滑动轴承润滑油的选择 0.1 L-AN68、110、150 9.0 L-AN7、10、15 轴径圆周速度轴径圆周速度 平均压力平均压力 轴径圆周速
10、度轴径圆周速度 平均压力平均压力 /(m/s)p 3 MPa /(m/s)p350 才开始氧化,可在水中工作。才开始氧化,可在水中工作。摩擦系数低,使用温度范围广摩擦系数低,使用温度范围广 (-60300),但遇水性能下降。,但遇水性能下降。摩擦系数低,只有石墨的一半。摩擦系数低,只有石墨的一半。使用方式:使用方式:1.1.调和在润滑油中;调和在润滑油中;2.2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜;涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜;3.3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。混入金属或塑料粉末中烧结成型。其应用日渐广泛三、固体润滑剂及其选择三、固体润滑剂及其选择特点特点:可在滑动表面形成固体膜。可在滑动表
11、面形成固体膜。长江大学专用 作者:潘存云教授 12-6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算不完全液体润滑滑动轴承的设计计算一、一、失效形式与设计准则失效形式与设计准则 工作状态工作状态:因采用润滑脂、油绳或滴油润滑,由于轴因采用润滑脂、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,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。工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。失效形式失效形式:边界油膜破裂。边界油膜破裂。设计准则设计准则:保证边界膜不破裂。保证边界膜不破裂。因边界膜强度与温度、轴承材料、轴颈和轴承表面粗糙度、润滑油供给等有关,目前尚无精确
12、的计算方法,但一般可作条件性计算。校核内容:校核内容:验算摩擦发热验算摩擦发热pvpv;验算滑动速度验算滑动速度vv。,p,pv的验算都是平均值。考虑到轴瓦不同心,受载时轴线弯曲及载荷变化等的因素,局部的p或pv可能不足,故应校核滑动速度v。fpv是摩擦力,限制pv 即间接限制摩擦发热。验算平均压力验算平均压力 p p,以保证强度要求;,以保证强度要求;长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制二、二、径向滑动轴承的设计计算径向滑动轴承的设计计算 已知条件:已知条件:外加径向载荷外加径向载荷F(N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)及及 轴颈直径轴颈直径d(mm)验算及设计验算及设计:.验
13、算轴承的平均压力验算轴承的平均压力p .验算摩擦热验算摩擦热v轴颈圆周速度,轴颈圆周速度,m/s;B 轴瓦宽度,轴瓦宽度,p 许用压强。许用压强。见下页 p=pFBdFdn pv 轴承材料的许用值。轴承材料的许用值。见下页 pv=FBddn60 1000pvn轴速度,轴速度,m/s;长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制3.验算滑动速度验算滑动速度v表表12-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材料及其代号铸锡锑轴承合金铸锡锑轴承合金ZSnSb11Cu6铸铅锑轴承合金铸铅锑轴承合金ZPbSb16Sn16Cu2铸锡青铜铸锡青铜ZCuSn10P1铸锡青铜铸锡青铜
14、ZCuSn5Pb5Zn5铸铝青铜铸铝青铜ZCuAl10Fe3pMPapvMPam/s平稳平稳冲击冲击25202015HBS金属型金属型 砂型砂型最高工作最高工作温度温度轴径硬度轴径硬度150HBS150HBS150HBS150HBS45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC45HBC150150150150280280280280280280272730309090808065656060110110100100151515158 815151010151515151212 v 材料的许用滑动速度材料的许用滑动速度v v长江大学专用 作者:潘存云教授 表表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的
15、性能常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料材料 牌号牌号类别类别 (名称)(名称)锡基锡基轴承轴承合金合金铅基铅基轴承轴承合金合金ZSnSb11Cu6 ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1锡青铜锡青铜)ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5锡青铜锡青铜)ZCuPb30(30铅青铜铅青铜)ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜铝青铜)15 12 1015 4 1225 12 308 3 1515 10 155 8 520 60 1525 80 201 1 1 51 1 3 53 5 1 13 4 4 25 5 5 2锡青铜锡青铜铅青铜铅
16、青铜铝青铜铝青铜最大许用值最大许用值 性能比较性能比较 平稳载荷平稳载荷用于高速、重载用于高速、重载下工作的重要轴下工作的重要轴承,变载荷下易承,变载荷下易于疲劳,价贵。于疲劳,价贵。用于中速、中等用于中速、中等载荷作的轴承,载荷作的轴承,不宜受显著冲击。不宜受显著冲击。可作为锡锑轴承可作为锡锑轴承合金的代用品。合金的代用品。用于中速重载及用于中速重载及受变载荷的轴承受变载荷的轴承用于中速中载的用于中速中载的轴承轴承用于高速、重载用于高速、重载轴承,承受变载轴承,承受变载和冲击和冲击最宜用于润滑充分最宜用于润滑充分的低速重载轴承的低速重载轴承说说 明明 冲击载荷冲击载荷 p v pvMPa m
17、/s MPa m/s 抗咬抗咬 顺应性顺应性 耐蚀耐蚀 疲劳疲劳粘性粘性 嵌入性嵌入性 性性 强度强度注:注:pvpv为不完全润滑下的为不完全润滑下的许用值许用值 性能比较:性能比较:1 15 5 依次由佳到差依次由佳到差 长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制选择配合选择配合一般可选一般可选:H9/d9或或H8/f7、H7/f6 二、二、止推滑动轴承的计算止推滑动轴承的计算 p考虑承载的不均匀性,考虑承载的不均匀性,p、pv应降低应降低50%。Fd1d2Fd1d2已知条件:已知条件:外加径向载荷外加径向载荷F(N)、轴颈转速、轴颈转速n(r/mm)(1)根据轴向载荷和工
18、作要求,根据轴向载荷和工作要求,选择轴承结构尺寸和材料;选择轴承结构尺寸和材料;(2)验算平均压力;验算平均压力;3)验算验算pv值值 z轴环数轴环数长江大学专用 作者:潘存云教授 表表12-7止推滑动轴承的止推滑动轴承的p、pv 未淬火钢未淬火钢 青铜青铜 4.05.0 12.5 铸铁铸铁 2.02.5 p pv轴承合金轴承合金 5.06.0 淬火钢淬火钢 轴承合金轴承合金 8.09.0 12.5 青铜青铜 7.58.0 淬火钢淬火钢 1215 MPam/s MPa轴环端面、凸缘轴环端面、凸缘 轴承轴承 长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制FFFF先分析
19、平行板的情况。板B静止,板A以速度向左运动,板间充满润滑油,无载荷时,液体各层的速度呈三角形分布,近油量与处油量相等,板A不会下沉。但若板A有载荷时,油向两边挤出,板A逐渐下沉,直到与B板接触。如两板不平行板。板间间隙呈沿运动方向由大到小呈收敛楔形分布,且板A有载荷,当板A运动时,两端速度若程虚线分布,则必然进油多而出油少。由于液体实际上是不可压缩的,必将在板内挤压而形成压力,迫使进油端的速度往内凹,而出油端的速度往外鼓。进油端间隙大而速度曲线内凹,出油端间隙小而速度曲线外凸,进出油量相等,同时间隙内形成的压力与外载荷平衡,板A不会下沉。这说明了在间隙内形成了压力油膜。这种因运动而产生的压力油
20、膜称为动压油膜。各截面的速度图不一样,从凹三角形过渡到凸三角形,中间必有一个位置呈三角形分布。v 潘存云教授研制F v vvh1aah2ccvvh0bbF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!两平形板之间不能形成压力油膜!动压油膜动压油膜因运动而产生的压力油膜。12-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算长江大学专用 作者:潘存云教授 形成动压油膜的必要条件: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;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;两工件表面之间必
21、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。须保证润滑油从大截面流进,从小截面出来。长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制二、二、流体动力润滑基本方程的建立流体动力润滑基本方程的建立 为了得到简化形式的流体动力为了得到简化形式的流体动力平衡方程(平衡方程(NavierStokes方程)方程),作如下假设:,作如下假设:流体的流动是层流流体的流动是层流 忽略压力对流体粘度的影响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略去惯性力及重力的影响,故所研
22、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 于单元体上于单元体上 流体是不可压缩的流体是不可压缩的 流体中的压力在各流体层之间保持为常数流体中的压力在各流体层之间保持为常数 流体满足牛顿定律,即流体满足牛顿定律,即 =dud yB实际上粘度随压力的增高而增加;即层与层之间没有物质和能量的交换;vA Axzy长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制取微单元进行受力分析取微单元进行受力分析:+dp+dpppdydz+(+d)dxdz-(p+dp)dydz dxdz=0=dd ydxdpdydu=整理后得整理后得又有又有=dxdpd2ud
23、 y2得得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。对对y积分得积分得u=y2+C1y+C2 21dxdp边界条件边界条件当当y=0时,时,u=-vC2=-v当当y=h时,时,u=0 0 C1=h h+21dxdphv代入得代入得 u=(y2-hy)+21dxdpv vhy-hBAxzyv长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制vvFaaccxzy任意截面内的流量任意截面内的流量依据流体的连续性原理,通过不同截面的流量是相等的bb截面内的流量截面内的流量该处速度呈三角形分布,间隙厚度为h0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:=6vd
24、xdph0-hh3得:得:一维雷诺方程一维雷诺方程由上式可得压力分布曲线由上式可得压力分布曲线 p=f(x)在在bb处处h=h0,p=pmax速度梯度速度梯度du/dy呈线性分布,其余呈线性分布,其余位置呈非线性分布。位置呈非线性分布。流量相等,阴影面积相等。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。pmaxxph0bb长江大学专用 作者:潘存云教授 潘存云教授研制 轴承的孔径轴承的孔径D和轴颈的直径和轴颈的直径d名义尺寸相等;直径间名义尺寸相等;直径间 隙隙是公差形成的是公差形成的 轴颈上作用的液体压力与轴颈上作用的液体压力与F相平衡,在
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