机械设计之结构设计PPT 第三章 摩擦学设计

一.失效形式

磨粒磨损与粘着磨损为主、多种失效形式并存的情况
二.设计准则

边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在
三.径向滑动轴承的计算 四.推力滑动轴承的设计计算（自学）
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三.不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题
1.已知条件：轴颈的直径d（mm）； 轴转速n（r/min）； 轴承的径向外载荷F（N）。 2.设计的目的：确定轴承的材料与宽度B 1）验算轴承的平均压力p--防止磨损
§3-4液体动力润滑径向滑动轴承的 设计计算
一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程
（图3-12）
二.形成液体动力润滑的条件和基本方程 三.径向滑动轴承的几何参数 四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 五.轴承参数的选择
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二.流体膜压力分布的微分方程----雷诺方程
p F p Bd MPa
式（3-13）
2）验算轴承的pV值--限制温升
pv pv MPa m / s
式（3-14）
3）验算滑动速度V--防止磨损
v v
m/ s
p、 、 pv v
见表3-3
式（3-15）
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Bdpv 106 t Qc p sdB ( Q ) c s Bdv p v p 106 d s 2qv c p B v
流量系数，图3-17
( ) p 106

式(12-28)
为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75℃。
五.轴承参数的选择

相对间隙 宽径比
表3-6、表3-7
(0.6 ~ 1.0) 4 v 103
式（3-36）

润滑油动力粘度
表3-8
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一组重要的调查数据
•全世界工业能源的1/3被摩擦损耗掉 •失效零件的80%是由于磨损造成的 •20世纪80年代，我国在冶金、煤炭、农机等五个 行业的调查表明：由于磨粒磨损缩小好的备件用 钢材达到100万吨以上，如考虑停机等费用造成的 损失每年达到几亿元。
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3.形成液体动力润滑的条件 （图4-17）
1）润滑油要有一定的粘度，且其它条件不变时，粘度越高，承载能力越高。 2）两相对运动表面要有相当的相对滑动速度。 3）相对滑动表面形成收敛的油楔。 4）有充足的供油。
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三.径向滑动轴承的几何参数
1.直径间隙 D d 2.半径间隙 R r 3.相对间隙
摩擦学发展的重要历史阶段
•史前人类的钻木取火 •祖先们在春秋时代（公元前770~221年）对摩擦、磨损现象 有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑—— 诗经中相关的记载 •西晋时代张华所著《博物志》最早记载了人类使用矿物油做 润滑剂 •15世纪，意大利的列奥纳多· 达芬奇才开始把摩擦学引入理 论研究的途径 • 18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20 世纪60年代摩擦学成 为一门独立的交叉学科 •应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音 乐、体育等
1.假设条件：
1）忽略重力、磁力、惯性力的影响；
o 移动件 Uh x
2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油 层速度与界面速度相同；
3）沿油膜厚度方向上，不计油膜压力的变 化； p
y 0
z y
静止件
微元体受力分析
4）润滑油沿膜厚方向没有流动； 5）流体为牛顿流体； 6）润滑油流动为层流； 7）润滑油不可压缩。
§3-1 摩擦学基本知识
一.摩擦



定义 摩擦的类型：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦 摩擦状态的判定：表3-1、图3-2
二.磨损


定义 磨损的过程：图3-3 磨损的类型：
粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、摩擦化学磨损

改善摩擦副耐磨性能的措施
选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、控制易损件的工作条件
v y
V 0
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2.一维雷诺方程 根据层流运动的流体膜中一微元体的受力平衡、流量连续 的分析，并利用假设条件及必要的边界条件，可得到如下的流 体膜压力分布方程，即：一维雷诺方程。
最大压力处对应的油膜 p 6V 3 ( h h0 ) 厚度。 式（12-8） x h
hmin r (1 ) hmin
式（3-35）
hmin S (Rz1 Rz 2 )
安全系数 表3-5
式（3-34）
S2
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4.轴承热平衡计算
根据能量守恒：每秒产生的热量 H 带走热量 H1 H 2 达到热平衡时的润滑油温度差
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等效温度：
中等载荷和一切非稳 定载荷下：
t out t in te 2
式（3-32）
高速重载条件：
1 t e (t in 2t out ) 3
式（3-33）
入口油温tin一般为30~45°C
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d r
4.偏心距
空气 润滑油 油楔 油膜压力
e
5.偏心率

e
6.最小油膜厚度
7.偏位角

hmin e (1 ) r (1 )

8.任意位置的油膜厚度h
h (1 cos ) r (1 cos )
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S0
S0 ( , B ) d
F
其中：
F
2
Bd
图3-15
式（3-25）
S 0 Bd
2
为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，N· 2 s/m 为轴颈的转速，rad/s B为轴承的宽度，m；d为轴颈的直径，m。
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2.轴承的摩擦力及摩擦功耗计算
轴瓦的形式和构造--整体铸造、对开式 油孔及油槽（p476，图15-27、15-28） 轴瓦的定位--保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的
相对移动 （图15-28）
2.轴瓦的材料

选用原则 常用的轴瓦材料（p75，表3-3）
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§3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算
三.润滑
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§3-2 滑动轴承的结构与材料
一.滑动轴承的典型结构（p471-15.3.1）

整体式（图15-16）、剖分式（图15-17）
二.轴瓦的结构与材料
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二.轴瓦的结构与材料
1.轴瓦的结构


四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算 1.轴承承载力计算 2.摩擦力及摩擦功耗的计算 3.轴承的最小油膜厚度 4.轴承的热平衡计算 5.工作能力计算的一般步骤
图3-18 数值计算机算方法见p81-82
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1.轴承的承载力计算
总承载量计算的无量纲参数----索氏数定义：
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第三章 摩擦学设计及其应用 ——滑动轴承设计
3-1摩擦学基本知识简介 § 3-2滑动轴承的结构与材料 § 3-3不完全液体润滑滑动轴承设计计算 § 3-4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算 小结：滑动轴承设计的内容
§
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定义：轴承的摩擦特性系数

图3-16
摩擦力： F F
摩擦功耗：
P F v F v
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3.轴承中的最小油膜厚度计算
轴承中的最小油膜厚度，不能无限制地减小。它受到轴颈与轴 承内表面的粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的影 响。