第15章滑動(dòng)軸承-遼寧石油化工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院

1、第15章 滑動(dòng)軸承,§15-1 摩擦狀態(tài),§15-2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式,§15-3 軸瓦及軸承襯材料,§15-5 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算,§15-4 潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置,§15-6 動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理,§15-8 靜壓軸承與空氣軸承簡(jiǎn)介,§15-7 液體動(dòng)壓多油楔軸承簡(jiǎn)

2、介,1）支承軸及軸上零件，并保持軸的旋轉(zhuǎn)精度；,2）減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損,分類(lèi)：,滾動(dòng)軸承,軸承的功用：,滑動(dòng)軸承,,應(yīng)用實(shí)例：汽輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、大型電機(jī)、水泥攪拌機(jī)、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等機(jī)械常采用滑動(dòng)軸承。,1. 干摩擦,固體表面直接接觸，因而,不用許出現(xiàn)干摩擦！,2. 邊界摩擦,§15-1 摩擦狀態(tài),→功耗↑,磨損↑,溫度↑,→燒毀軸瓦,運(yùn)動(dòng)副表面有一層厚度<1 μm的薄油膜，不足以

3、將兩金屬表面分開(kāi)，其表面微觀高峰部分仍將相互搓削。,比干摩擦的磨損輕，f ≈ 0.1 ~ 0.3,有一層壓力油膜將兩金屬表面隔開(kāi)，彼此不直接接觸。,3. 液體摩擦,摩擦和磨損極輕，f ≈ 0.001 ~ 0.01,,在一般機(jī)器中，處于以上三種情況的混合狀態(tài)。,摩擦特性曲線,稱(chēng)無(wú)量綱參數(shù)ηn/p為軸承特性數(shù)。 η-動(dòng)力粘度，p-壓強(qiáng) ，n-每秒轉(zhuǎn)數(shù),一、 向心滑動(dòng)軸承,組成：軸承座、軸套或軸瓦、聯(lián)接螺栓等。,§15-2

4、 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式,整體式向心滑動(dòng)軸承,剖分式向心滑動(dòng)軸承,螺紋孔,軸承座,軸承,軸承座,軸承蓋,聯(lián)接螺栓,剖分軸瓦,薄壁軸瓦,軸瓦非承載區(qū)內(nèi)表面開(kāi)有進(jìn)油口和油溝，以利于潤(rùn)滑油均勻分布在整個(gè)軸徑上。,進(jìn)油孔,油溝,,,,,,,,,,厚壁軸瓦,整體軸套,卷制軸套,作用：用來(lái)承受軸向載荷,二、 推力滑動(dòng)軸承,結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 在軸的端面、軸肩或安裝圓盤(pán)做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為6~12。,---傾角

5、固定，頂部預(yù)留平臺(tái)，,類(lèi)型,固定式,可傾式,,用來(lái)承受停車(chē)后的載荷。,---傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行 調(diào)整，性能好。,,巴氏合金,材料要求：,§15-3 軸瓦及軸承襯材料,1）摩擦系數(shù)??；,2）導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)?。?3）耐磨、耐腐蝕、抗膠合能力強(qiáng)；,4）有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和塑性。,能同時(shí)滿足這些要求的材料是難找的，但應(yīng)根據(jù)具體情況主要的使用要求。,工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長(zhǎng)補(bǔ)短。,

6、一、軸承合金（白合金、巴氏合金）,1）錫銻軸承合金,優(yōu)點(diǎn)： f 小，抗膠合性能好、對(duì)油的吸附性強(qiáng)、耐腐蝕性好、容易跑合、是優(yōu)良的軸承材料，常用于高速、重載的軸承。,2）青銅,缺點(diǎn)：價(jià)格貴、機(jī)械強(qiáng)度較差；,只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。,工作溫度：t<120℃ 由于巴式合金熔點(diǎn)低,優(yōu)點(diǎn)：青銅強(qiáng)度高、承載能力大、耐磨性和導(dǎo)熱性 都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達(dá)250 ℃。,缺點(diǎn)：可塑性差、不

7、易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。,青銅可以單獨(dú)制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。,鋁青銅,鉛青銅,錫青銅,→中速重載,→中速中載,→低速重載,3）具有特殊性能的軸承材料,含油軸承： 用粉末冶金法制作的軸承，具有多孔組織，可存儲(chǔ)潤(rùn)滑油。可用于加油不方便的場(chǎng)合。,橡膠軸承：具有較大的彈性，能減輕振動(dòng)使運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可用水潤(rùn)滑。常用于潛水泵、沙石清洗機(jī)、鉆機(jī)等有泥沙的場(chǎng)合。,塑料軸承：具有摩擦系數(shù)低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蝕

8、、可用水、油及化學(xué)溶液等潤(rùn)滑的優(yōu)點(diǎn)。,運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸瓦溫度升高，由于油的膨脹系數(shù)比金屬大， 油自動(dòng)進(jìn)入摩擦表面起到潤(rùn)滑作用。含油軸承加一次油，可使用較長(zhǎng)時(shí)間。,鑄鐵：用于不重要、低速輕載軸承。,缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、膨脹系數(shù)大、容易變形。為改善此 缺陷，可作為軸承襯粘復(fù)在金屬軸瓦上使用。,,§15-4 潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑裝置,一、 潤(rùn)滑劑,作用：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振、防銹等。,分類(lèi),液體潤(rùn)滑劑----潤(rùn)

9、滑油,半固體潤(rùn)滑劑----潤(rùn)滑脂,固體潤(rùn)滑劑,,1. 潤(rùn)滑油,在用的大部分潤(rùn)滑油為礦物油（石油）,粘度----重要參數(shù),在軸承中，潤(rùn)滑油最重要的物理參數(shù)是粘度，它是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦特性。,A、B兩板之間充滿了液體，B板靜止，A板水平移動(dòng)速度為v。由于液體與金屬表面的吸附作用，A板表面的液體速度為v，而B(niǎo)板表面的液體速度為0。兩板之間的速度呈線性分布。,,液體層與層之間摩擦切應(yīng)力：,----- 牛頓液體流動(dòng)

10、定律,η----液體的動(dòng)力粘度，簡(jiǎn)稱(chēng)粘度,量綱：力·時(shí)間/長(zhǎng)度2,單位：N · s /m2 (Pa ·s),或泊：1P=1 dyn · s /cm2,運(yùn)動(dòng)粘度：,單位： m2 / s,或斯St：cm2 /s,或厘斯cSt：1St=100 cSt,實(shí)驗(yàn)結(jié)果：,,分析位置y處薄層的受力,我國(guó)石油產(chǎn)品是用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)定的,2. 潤(rùn)滑脂,潤(rùn)滑油的特性：,1）溫度 t ↑,2）壓力p ↑,,,,,選用原

11、則：,1) 載荷大、溫度高的軸承，宜選用粘度大的油；,2) 載荷小、轉(zhuǎn)速高的軸承，宜選用粘度小的油；,----潤(rùn)滑油與各種稠化劑（鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。,優(yōu)點(diǎn)：密封簡(jiǎn)單、不需要經(jīng)常添加、不易流失；對(duì)速度和溫度不敏感，適用范圍廣。,→ η ↓,但p <10 Mpa時(shí)可忽略。變化很小,→ η ↑,粘--溫圖,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,L-TSA32,3. 固體潤(rùn)滑劑,缺點(diǎn)：摩擦損耗較大、機(jī)械效

12、率低，不適宜高速場(chǎng)合。,目前使用最多的是鈣基脂，有耐水性，常用于60 ℃以下的各種機(jī)械設(shè)備的軸承。,聚氟乙烯樹(shù)脂,用于潤(rùn)滑油不能勝任工作的場(chǎng)合：高溫、低速重載。,石墨,二流化鉬（MoS2）,---性能穩(wěn)定、t >350 ℃才開(kāi)始氧化， 可在水中工作。,-----摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍廣 (-60~300 ℃)，但遇水性能下降。,-----摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,,使用方式：,1.調(diào)和在潤(rùn)滑油中；,2.涂覆、

13、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜；,3.混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,其應(yīng)用日漸廣泛,二、潤(rùn)滑裝置,1. 油杯,針閥式油杯,旋蓋式油杯 脂用,壓注式油杯,彈簧蓋油杯,,,,,,2. 油環(huán),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,一、 向心軸承,在油、脂中加入少量石墨或二流化鉬粉末，形成邊界油膜，填平粗糙表面而減少磨損。不能完全排除磨損。,1. 軸承的壓強(qiáng)p,F----徑向載荷，B----軸瓦寬度，d----軸徑，[p]----許用壓強(qiáng)。,&

14、#167;15-5 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算,限制軸承壓強(qiáng)p，以保證潤(rùn)滑油不被過(guò)大的壓力擠出，從而避免軸瓦產(chǎn)生過(guò)渡的磨損。,2. 軸承的pv值 壓強(qiáng)限制p以保證潤(rùn)滑劑不被擠出,n----轉(zhuǎn)速，[pv]----許用值。,≤[pv],pv與功耗成正比，它表征了軸承的發(fā)熱因素，pv越大，溫升越高，越容易引起油膜的破裂,二、 推力軸承,z----軸環(huán)數(shù),,pvm=[pv],≤[p],考慮承載的不均勻性， [p]、[pv]應(yīng)降低2

15、0~40%,一、動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成和原理和條件,§15-6 動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本原理,先分析平行板的情況。板B靜止，板A以速度向左運(yùn)動(dòng)，板間充滿潤(rùn)滑油，無(wú)載荷時(shí)， 液體各層的速度呈三角形分布，近油量與處油量相等，板A不會(huì)下沉。但若板A有載荷時(shí)，油向兩邊擠出，板A逐漸下沉，直到與B板接觸。,兩平形板之間不能形成壓力油膜！,如兩板不平行板。板間間隙呈沿運(yùn)動(dòng)方向由大到小呈收斂楔形分布，且板A有載荷， 當(dāng)板A運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩端速度若程虛線分

16、布，則必然進(jìn)油多而出油少。由于液體實(shí)際上是不可壓縮的，必將在板內(nèi)擠壓而形成壓力，迫使進(jìn)油端的速度往內(nèi)凹，而出油端的速度往外鼓。進(jìn)油端間隙大而速度曲線內(nèi)凹，出油端間隙小而速度曲線外凸，進(jìn)出油量相等，同時(shí)間隙內(nèi)形成的壓力與外載荷平衡，板A不會(huì)下沉。這說(shuō)明了在間隙內(nèi)形成了壓力油膜。這種因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜稱(chēng)為動(dòng)壓油膜。各截面的速度圖不一樣，從凹三角形過(guò)渡到凸三角形，中間必有一個(gè)位置呈三角形分布。,動(dòng)壓油膜----因運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的壓力油膜。,形

17、成動(dòng)壓油膜的必要條件：,1.兩工件之間的間隙必須有楔形間隙；,2.兩工件表面之間必須連續(xù)充滿潤(rùn)滑油或其它液體；,3.兩工件表面必須有相對(duì)滑動(dòng)速度。其運(yùn)動(dòng)芳方向必須保證潤(rùn)滑油從大截面流進(jìn)，從小截面出來(lái)。,,,∑ Fy =F∑ Fx ≠ 0,∑ Fy =F∑ Fx = 0,向心軸承動(dòng)壓油膜的形成過(guò)程：,靜止,→爬升,→將軸起抬轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,→穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)達(dá)到工作轉(zhuǎn)速,e ----偏心距,,,,,,,,,,二、流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程,假設(shè)條

18、件：,1.Z向無(wú)限長(zhǎng)，潤(rùn)滑油在Z向沒(méi)有流動(dòng)；,2.壓力 p 不隨 y 值的大小而變化；,3.潤(rùn)滑油粘度 η不隨壓力而變化；,4.潤(rùn)滑油處于層流狀態(tài)。,取微單元進(jìn)行受力分析:,pdydz+(τ+dτ)dxdz-(p+dp)dydz –τdxdz=0,整理后得：,又有：,任意一點(diǎn)的油膜壓力p沿x方向的變化率，與該點(diǎn)y向的速度梯度的導(dǎo)數(shù)有關(guān)。,對(duì)y積分得：,邊界條件：,當(dāng)y=0時(shí)，u=-v,→C2 = -v,當(dāng)y=h時(shí)，u=0,代入得：,任意

19、截面內(nèi)的流量：,依據(jù)流體的連續(xù)性原理，通過(guò)不同截面的流量是相等的,b-b截面內(nèi)的流量：,該處速度呈三角形分布，間隙厚度為h0,負(fù)號(hào)表示流速的方向與x方向相反，因流經(jīng)兩個(gè)截面的流量相等，故有：,--- 一維雷諾方程,由上式可得壓力分布曲線: p=f(x),在b-b處：h=h0， p=pmax,速度梯度du/dy呈線性分布，其余位置呈非線性分布。流量相等，陰影面積相等。,液體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程，它描述了油膜壓力p的變化與動(dòng)力粘度、相對(duì)滑動(dòng)

20、速度及油膜厚度h之間的關(guān)系。,§15-7 液體動(dòng)壓多油楔軸承簡(jiǎn)介,將軸瓦內(nèi)孔做成特殊形狀，以產(chǎn)生多個(gè)動(dòng)壓油膜，提高軸承的工作穩(wěn)定性和旋轉(zhuǎn)精度。,一、橢圓軸承,特點(diǎn)：形成兩個(gè)動(dòng)壓油膜，提高了穩(wěn)定性。摩擦損耗加 大、供油量增大、承載能力降低。矢量之合,二、三油楔軸承,特點(diǎn)：形成三個(gè)動(dòng)壓油膜，提高了旋轉(zhuǎn)精度和穩(wěn)定性。 摩擦損耗加大、承載能力降低，制造困難。,固定式,可傾式,制造時(shí)兩半之間加墊片，鏜出

21、圓孔，使用時(shí)拆去墊片即可。,§15-8 靜壓軸承與空氣軸承簡(jiǎn)介,一、靜壓軸承,工作原理：依靠供油裝置，將高壓油壓入軸承間隙中，強(qiáng)制形成油膜。,特點(diǎn)：靜壓軸承載任何工況下都能勝任工作。,,,,,,常用節(jié)流器,關(guān)鍵器件：節(jié)流器,節(jié)流器作用：根據(jù)外載荷的變化自動(dòng)調(diào)節(jié)各油腔內(nèi)的壓力。,二、空氣軸承,空氣也是一種流體潤(rùn)滑劑，其粘度只有L-AN7潤(rùn)滑油的1/4000， 摩擦力小到可忽略不計(jì)，因此可用于數(shù)十萬(wàn)轉(zhuǎn)的超高速軸承。,空

22、氣軸承的工作原理與液體潤(rùn)滑軸承本質(zhì)上是一樣。分靜壓和動(dòng)壓兩種。,氣膜厚度----20 μm,制造精度↑,嚴(yán)格過(guò)濾,優(yōu)點(diǎn)：1)不隨溫度變化，可用于高溫或低溫；,2)沒(méi)有油污染的危險(xiǎn)；,3)回轉(zhuǎn)精度高，運(yùn)行噪音低。,缺點(diǎn)：承載能力不大，密封困難。,本 章 要 求,(1)   了解滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與摩擦狀態(tài)。 (2)   熟悉滑動(dòng)軸承的主要結(jié)構(gòu)型式、軸瓦及軸承材料。 (3)