華理工機械設計教案13滑動軸承

課程名稱：《機械設計》第22講次授課題目第十三章滑動軸承13-1概述13-2徑向滑動軸承的類型和結構13-3滑動軸承的材料13-4軸承潤滑材料及潤滑方法【目的要求】熟練掌握各種滑動軸承的類型、結構、特點；【重點】滑動軸承的類型、結構；【難點】滑動軸承的設計；內容第十三章滑動軸承13-1概述軸承是各種機械中常見的重要零件之一。其功用主要有兩個：支承軸和軸上的零件，并保證軸的旋轉精度。減小轉軸與支承之間的摩擦和磨損。＊在高速、高精度、重載的場合以及結構上要求剖分的場合。經常采用滑動軸承。如軋鋼機，大型發(fā)電機，汽輪機和曲軸上。根據(jù)承受載荷方向的不同，滑動軸承分為：滑動軸承的特點缺點：普通滑動軸承的啟動摩擦阻力比滾動軸承大得多。13-2徑向滑動軸承的類型和結構一、類型徑向滑動軸承有兩種常用的類型：1．整體式：見（圖13-1）P278，是常見的一種整體式軸承。主要由：軸承座和軸套組成：特點：優(yōu)點：結構簡單，加工方便，成本低。缺點：①裝拆不方便（主要指軸的裝拆是以端部進行，對于粗重的軸則不方便；②磨損以后，間隙過大，不能調整。2．剖分式（如圖13-2）P278主要由：軸承座，軸承蓋，剖分的軸瓦，軸承蓋螺栓組成軸承座與軸承之間用螺栓連接，座與蓋通常也是用鑄鐵制造的。剖分面常作成階梯形（做出“止”口），以便于定位，并防止工作時錯動。另外，剖面最好與載荷方向垂直或基本垂直。為此，與軸直接接觸的零件也做成剖分式的結構，稱為軸瓦。正對著徑向力Fr方向上用于支撐軸的半圓周，稱為承載區(qū)；另一半稱為非承載區(qū)。在非承載區(qū)的軸瓦上內表面上開設油溝。潤滑油從油溝流入軸承，對軸承進行潤滑。特點：便于軸的安裝。磨損后，可以修復。缺點：結構復雜，加工麻煩，成本高。實際中，徑向滑動軸承的結構形式很多。球面配合圖14-7所示為自動調心軸承。軸瓦外表面與軸承之間是球面配合。軸瓦可以自動調位以適應軸頸在軸彎曲時所產生的偏斜。主要用于比較寬的軸承（寬徑比為B/d＞1.5的軸承）。球面配合另外，還有間隙可以調節(jié)的滑動軸承等特殊結構，這需要大家在以后的學習和工作中逐漸了解。二、軸瓦的結構為了改善軸瓦表面的摩擦性質，常在軸瓦的內表面上澆鑄一層或兩層摩擦系數(shù)小，抗膠合能力強的材料，稱為軸承襯。這樣的軸瓦通常稱為：雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。軸承襯的厚度很小，一般隨軸承直徑的增大而增大，通常為：零點幾mm到6mm。在非承載區(qū)的軸瓦上開設的油溝，常見形式見（圖13-12）。通常是以進油口（圖中小口）為中心開出縱向，橫向或傾斜的油溝。其作用是：使油進入軸承后能夠均勻的分布在整個軸頸上。（油從軸承的兩端流出去，即端泄）。＊注意：油溝不能開在承載區(qū)，否則，會降低油膜的承載能力。（如圖13-14）所示。對于大型的滑動軸承，常采用（13-13）所示的“油室”結構。潤滑油從兩側導入，它可使?jié)櫥脱剌S向均勻分布，并起著貯油和穩(wěn)定供油的作用。13-3滑動軸承的材料軸瓦是滑動軸承中的重要零件。軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。由于滑動軸承，如果不能保證液體潤滑狀態(tài)，則會產生較大的摩擦和磨損。磨損是滑動軸承的主要失效形式，而摩擦會產生熱量，使溫度升高，導致潤滑失效，進而引起膠合。所以，對滑動軸承材料的基本要求是：1）要求減摩性好。即μ要小，對油的吸附能力要強，利于潤滑。2）要求耐摩性好。3）要求抗膠合能力強。（與軸材料的物理、化學性質相差越大，則抗膠合性能越強；同時，導熱性要好。）4）具有一定的抗壓強度（保證在載荷作用下不壓潰）。5）具有良好的適中性。包括：順應性：靠塑性變形補償適應由于軸的變形或對中性不好引起的局部接觸，或幾何誤差；嵌藏性：即可以嵌藏外來的硬顆粒。防止軸的劃傷。（例如，和好的面表面上如有小石子，則用力一壓，則就嵌入面中。）磨合性：利用軸承的早期磨損，減小表面的粗糙度，適應軸的形狀誤差。6）工藝性好：鑄造性好，切削的工藝性好7）還要求：熱膨脹小，耐腐蝕等二常用材料軸承的材料分為三大類：金屬材料；粉末冶金；非金屬材料1．常用的金屬材料：（1）軸承合金：（白合金，巴氏合金）是以錫或鉛作為基體即錫基軸承合金和鉛基軸承合金，在基體上懸浮銻錫（Sb—Sn）及銅錫（Cu—Sn）的硬晶粒。硬晶粒起耐摩作用，軟的基體則增加材料的塑性、嵌藏性和順應性。（軟基體上有硬支點）。在所有軸承材料中：特點：嵌藏性，順應性最好，很容易飽和，具有幾哦啊好的抗膠合能力。但是，機械強度低，疲勞強度低，價格較貴。因此，通常只用做軸承襯的材料而帖附在軸瓦基體表面上。而軸瓦的基體可以用：軟鋼，鑄鐵或青銅制造。＊注意；錫基合金的熱膨脹系性比鉛基合金好。所以更適合用于高速軸承。（2）銅合金特點：機械強度比軸承合金高，承載能力大，剛性好，耐磨性好，傳熱性好，可直接作成軸瓦。也可以作為軸瓦的基體。在其內表面上流鑄一層軸承合金。但是，嵌藏性和飽和性比軸承合金差。（3）鑄鐵：用于不重要的、低速、輕載的場合。2．粉末合金—含油軸承它是具有多孔組織，小孔中可以貯存潤滑油。當工作中溫度升高時，油受熱膨脹，從小細孔中流出，對軸承進行潤滑（溫度下降后進入小孔）。常用于加油不方便的場合。（加一次油可以使用較長的時間）。3．非金屬材料常用的有：軸承塑料。可以用油，也可以用水潤滑。特點：但導熱性差，耐熱性差。此外還有：木材，橡膠等。13-4軸承潤滑材料及潤滑方法潤滑的目：一、潤滑材料滑動軸承常用的潤滑材料是：潤滑油和潤滑脂。特殊場合，也可以用固體或氣體做潤滑劑。1．潤滑油：主要是礦物油。其主要性能指標是：粘度、粘度指數(shù)、油性、閃點、凝點等。其中：粘度是最重要的指標，也是選擇軸承用潤滑油的主要依據(jù)。潤滑油粘度的選擇可根據(jù)經驗或實驗方法確定。同一機器，在相同的條件下工作，功耗小，溫升低的潤滑油，其粘度大小較合適。根據(jù)軸承的壓強和軸頸圓周速度確定油的型號。2．潤滑脂：是用礦物油與稠化劑（鈣、鈉、鋁等金屬皂）混合而成的。其主要性能指標是：稠度（針入度）和滴點。工業(yè)上應用最廣的是：鈣基潤滑脂（鈣脂）。此外還有：特點：稠度大，不易流失，承載能力大。但性質不如潤滑油穩(wěn)定，摩擦功耗大。所以，不宜在高速和溫度變化大的場合應用。通常用于：如軸頸圓周速度v〈1~2m/s的場合。二、潤滑方法是指向軸承供給潤滑油或潤滑脂的方法。對潤滑油：對脂潤滑：只能間歇供給。最常用的就是：黃油杯（見圖14-16）。也常用黃油槍供給。滑動軸承的潤滑方式可根據(jù)如下系數(shù)選擇：（13-1）P316式中：[本講作業(yè)]思考題13-1、13-2、13-3、13-5

課程名稱：《機械設計》第23講次授課題目第十二章滑動軸承13-5滑動軸承的條件性計算13-6液體動力潤滑徑向軸承的計算【目的要求】熟練掌握各種滑動軸承的滑動軸承的設計方法；【重點】滑動軸承的設計；【難點】滑動軸承的設計；內容第十三章滑動軸承13-5滑動軸承的條件性計算滑動軸承條件計算的準則（或內容）為：對混合潤滑軸承，只需進行這種條件性計算，以確定軸承尺寸。（維持邊界膜不破壞）。對于液體動力潤滑軸承。由于在啟動和停車時，也處于混合摩擦狀態(tài)，所以設計時，也需進行這種條件性計算，以保證工作中，軸承的最低潤滑水平維持在邊界潤滑狀態(tài)。通常，只用類作為初步計算，確定軸承的結構尺寸。此外，還要進行液體動力潤滑的計算。徑向軸承BdBdF（Mpa）式中:F—軸承的徑向載荷：ND、B—軸頸直徑和有效寬度：mm[P]—許用壓強：Mpa（注：低速軸或間歇轉動的軸，其軸承只須進行壓強校核。）2．滑動速度：（m/s）式中：n—軸頸的轉速：r/min＊當p很小時，而v很大時，也會產生較大的磨損，所以也需對v加以限制。3．PV值：（Mpam/s）注：軸承材料的許用[p]、[v]、[pv]值。對于混合潤滑軸承的設計通常是：先由軸的設計確定軸頸直徑d→確定（選擇）寬徑比B/d→確定B→條件性計算→選擇配合＊注：通常取B/d=0.8-1.5選配合時：較精密的可選：H8/f7一般的可選：H8/e7H9/e8粗糙的可選：H9/d8二、推力軸承止推面的形式有：實心端面、空心軸頸和環(huán)狀軸頸實心端面推力軸頸：由于邊緣速度大，磨損快，中心部分則磨損小。邊緣磨損后，則會使中心部分凸出，壓強增大很多。這是它的缺點。所以實際中，常采用空心軸頸和環(huán)狀軸頸，以便克服實心軸端的缺點。FdFd0d222（Mpa）（Mpam/s）式中：[p]、[pv]值見表（13-3）：對多環(huán)軸承，各環(huán)受力不均勻。[p]、[pv]值應降低50％。13-6液體動力潤滑徑向軸承的計算液體動力潤滑的計算：就是要驗算是否能夠實現(xiàn)液體潤滑。徑向滑動軸承是具有間隙的軸頸和孔的配合。孔就是滑動軸承的圓柱孔。如下圖：開始啟動時，軸受到的摩擦力使軸出現(xiàn)上爬現(xiàn)象。隨軸的轉動，把油不斷帶入收斂的間隙，逐漸形成壓力。隨著轉速的升高，軸頸不斷的把油帶入間隙，使間隙內油的壓力越來越高，最后靠油的壓力把軸頸托起來。但是在油壓的作用下，軸很快被推向左側。當軸轉速穩(wěn)定時，形成了穩(wěn)定的壓力油膜，軸位于偏左的位置，油膜的壓力分布如圖所示。垂直方向的合力與外載F平衡，水平方向的分力，左、右自行抵消。形成油膜以后，軸心與軸承上孔的中心O不重合。則稱為偏心距，用e表示。在其他條件相同時，轉速越高，則e越小。注意；分析軸頸逆時針轉動時，軸心位置和動膜壓力分布曲線的形狀。穩(wěn)定運轉狀態(tài)穩(wěn)定運轉狀態(tài)Foo1hmineθpmaxpmaxBRr二、液體動力潤滑徑向軸承的計算1．幾何關系（見P321）直徑間隙：半徑間隙：相對間隙：偏心率：最小油膜的厚度（即最小間隙）： 偏位角：θ（由e和θ確定軸頸在軸承孔中的平衡位置。）軸瓦包角：α即軸瓦完整表面所占的中心角。在此：F—實際上是油膜所承受的外載荷。它的大小表示了動壓油膜的承載能力的大小。（所能承受的外載荷F，則承載能力增大