7章-滑动轴承设计

du τ = −η dy
速度梯度 y
静止件
动力粘度 油层间的剪应力
粘度越高 → 内摩擦力越大
机械设计
粘度是最重要的性能指标，是选择润滑油的主要依据。 粘度是最重要的性能指标，是选择润滑油的主要依据。 粘度的单位: 粘度的单位 的流体， 动力粘度η ），1 设长宽高各为 1m ＝ 的流体，若上下 动力粘度η 单位 Pa•S（帕秒）， Pa•S＝1N•S/m2 （帕秒）， F=1N 1m v=1m/s 的相对滑动， 两面发生 1m/s 的相对滑动，所需 主要用于流体动力学计算 时， 则该流体的 1m 施加的力为 1N 运动粘度ν 运动粘度ν
η υ= ρ
施加的力为 1N 时， 则该流体的 粘度为 1 个国际单位制的动力粘度 2 m记为 Pa.s /s
国际单位制 m2/s 运动粘度单位换算 物理单位 cm2/s 2 常用单位 mm /s
工业用润滑油的粘度用运动粘度，单位用 （厘斯）。 工业用润滑油的粘度用运动粘度，单位用cSt（厘斯）。
1m
—— 半干摩擦、边界摩擦、半液体摩擦状态混合 半干摩擦、边界摩擦、 多数滑动轴承处于这种摩擦状态。 多数滑动轴承处于这种摩擦状态。 非液体摩擦滑动轴承 —— 边界摩擦或混合摩擦状态 液体摩擦滑动轴承 —— 液体摩擦状态 动压轴承和静压轴承
机械设计
3、滑动轴承的主要特点： 滑动轴承的主要特点：
滑动轴承的适用场合： 滑动轴承的适用场合：
Fr Fr n πdn ≤ [ pv ] • = dl 60 × 1000 19100 l
查表 7-2 -
机械设计
4 Fa πd m n pv m = • ≤ [ pv ] 推力滑动轴承: 推力滑动轴承 2 2 zπ ( d − d 0 )k 60 × 1000
vm－端面平均线速度 dm－平均直径 3）限制滑动速度 v ） 目的 — 防止滑动速度过高而引起磨损 πdn v= ≤ [v ] m/s 60 × 1000 防止磨损： 防止磨损： p≤[p] v≤[v] 防止胶合： 防止胶合： pv ≤ [ pv ]
承载能力↑ 承载能力 散热性能↓ 散热性能 且易偏载 油易流失 承载能力↓ 承载能力
润滑装置一 润滑装置二
d
三、液体摩擦动压向心滑动轴承设计
压力油膜形成 相对运动（动压油膜） 相对运动（动压油膜） 外界提供压力油（静压油膜） 外界提供压力油（静压油膜） p F v
进 油 口 出 油 口 压力油膜
机械设计
机械设计
润滑脂的主要性能指标： 润滑脂的主要性能指标： 针入度 — 表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度； 表征润滑脂的稀稠度，类似于油的粘度； 承载能力↑ 承载能力 针入度↓ 针入度 润滑脂越稠 摩擦阻力↑ 摩擦阻力 滴 点 — 表征润滑脂耐高温的性能。 表征润滑脂耐高温的性能。 润滑脂工作温度一般应低于滴点20℃～30℃ 润滑脂工作温度一般应低于滴点 ℃ ℃ 润滑脂的选择原则： 润滑脂的选择原则： 润滑脂常用于低速、 润滑脂常用于低速、轻载的非液体摩擦滑动轴承中 ● 工作环境有水汽，选钙基润滑脂或铝基润滑脂； 工作环境有水汽，选钙基润滑脂或铝基润滑脂； 工作温度高，选钠基润滑脂； ● 工作温度高，选钠基润滑脂； ● 有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。 有水汽而且工作温度高，则应选锂基润滑脂。
同温下流体的密度(kg/m3) 同温下流体的密度
称为 St (斯) 斯 称为cSt(厘斯 厘斯) 称为 厘斯
1 cSt = 10−2 St = 10−6 m2/s
机械设计
注意：润滑油的粘度并不是定值， 注意：润滑油的粘度并不是定值， 温度和压力的变化而变化 温度的影响最大。 的变化而变化， 随温度和压力的变化而变化，温度的影响最大。 温度升高 粘度下降
机械设计
第七章
向心轴承
滑动轴承设计
滚动轴承 外 圆 磨 床 砂 轮 架
轴承
机械设计
一、
概
述
1、滑动轴承分类： 滑动轴承分类： 按承载方向分— 向心滑动轴承 —主要承受径向载荷 按承载方向分 主要承受径向载荷 主要承受 主要承受轴向载荷 主要承受 推力滑动轴承 —主要承受轴向载荷 按摩擦状态分—非液体摩擦滑动轴承和液体摩擦滑动轴承； 非液体摩擦滑动轴承和 按摩擦状态分 非液体摩擦滑动轴承 液体摩擦滑动轴承；
1、动压油膜的形成机理 、 F
进 油 口
v
出 油 口
F
两摩擦表面平行， 两摩擦表面平行， 不会产生动压油膜
间隙 的 油形成了
两摩擦表面成楔形间隙， 两摩擦表面成楔形间隙， 滑 产生了动压油膜 、
机械设计
2、液体动压润滑的基本方程——雷诺方程 、液体动压润滑的基本方程 雷诺方程 两刚性板形成楔形间隙， 两刚性板形成楔形间隙， 间隙内连续充满润滑油。 间隙内连续充满润滑油。 假设： 假设： 1）z 方向润滑油无流动； 方向润滑油无流动； 2）润滑油处于层流状态； 润滑油处于层流状态； 3）油压 p 不随 y 值变化； 值变化； 4）粘度不随压力变化； 粘度不随压力变化； 5）润滑油不可压缩。 润滑油不可压缩。 从油膜中取出微单元体，边长分别为dx、dy、dz，受力如图 从油膜中取出微单元体，边长分别为dx、dy、dz， ∂p ∂τ 方向力的平衡得： 由x方向力的平衡得： =− p 沿 x 的变化率 ∂x ∂y ∂p ∂2u = η 2 取决于该点速度 ∂x ∂y 梯度的导数 根据流体粘性定律： 根据流体粘性定律： τ = −η ∂u
单环式
多环式
机械设计
2、滑动轴承的摩擦状态
1）干摩擦状态 摩擦面间无润滑剂，功率损失严重， 摩擦面间无润滑剂，功率损失严重， 磨损剧烈，温升高，轴瓦易破坏。 磨损剧烈，温升高，轴瓦易破坏。 应避免此种摩擦状态。 应避免此种摩擦状态。
摩擦面微观现象
2）边界摩擦状态 ） 摩擦表面间有润滑油存在， 摩擦表面间有润滑油存在，油中的 极性分子吸附在金属表面上， 极性分子吸附在金属表面上，形成 边界油膜。 了一层极薄的边界油膜 了一层极薄的边界油膜。 但仍有尖峰部分直接接触。 但仍有尖峰部分直接接触。 摩擦系数 f ＝0.01～0.1 ～ 边界油膜
机械设计
二、
1）磨损
非液体摩擦滑动轴承的设计
导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度， 导致轴承配合间隙加大，影响轴的旋转精度，甚 至使轴承不能正常工作。 至使轴承不能正常工作。
1、失效形式
高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多， 2）胶合 高速重载且润滑不良时，摩擦加剧，发热多，使 烧瓦） 轴瓦上较软的金属焊粘在轴颈表面而出现胶合。 （烧瓦） 轴瓦上较软的金属焊粘在轴颈表面而出现胶合。
滑动轴承(轴瓦) 滑动轴承(轴瓦)
Fr
间隙配合
按结构形式分—整体式 整体式、 自动调心式等 按结构形式分 整体式、剖分式 和 自动调心式等；机械设计 ① 向心轴承
间隙可调式
整体式
结构简单 安装困难 间隙不可调
剖分式 结构较繁 间隙可调 广泛采用
自动调心式
机械设计
② 推力轴承
中间比压大 实心式
空心式
l
2、设计计算准则 d 1）限制轴承的压强 p ） 目的 — 防止轴瓦过度磨损。 防止轴瓦过度磨损。
Fr
p
pmax Fr 向心滑动轴承： 向心滑动轴承：平均压强 p = ≤ [ p] MPa dl 径向滑动轴承） （径向滑动轴承） 许用压强， 许用压强，查表 7-2 -
机械设计
推力滑动轴承 推力滑动轴承: 动轴承:
取 2~4 4
d + d0 dm = 2
d Fa
n
d0
许用线速度 查表 7-2 -
机械设计
3、非液体摩擦滑动轴承设计步骤 确定轴承结构形式 确定轴承宽度 l 和孔径 d 选择轴承的配合 l 选择轴瓦材料 验算 p、pv、v 、 、 选择润滑剂与润滑装置 选择宽径比 l /d : l /d = 0.5~1.5 l /d↑ l /d ↓
∂y
∂p ∂2u =η 2 ∂x ∂y
积分： 对 y 积分：u =
y = 边界条件： 边界条件： y =
1 2η
∂2u 1 ∂p 由假设 知，∂p 关于 是常数。 由假设3知 关于y 是常数。 = 2 ∂x ∂y η ∂x C1、C2－积分常数 ∂p 2 y + C1 y + C 2 1 ∂p v ∂x u= ( y − h) y + ( h − y ) 2η ∂x h 0 ⇒ u = v p 线性分布 抛物线分布 h ⇒ u = 0
p=
z
π
4
Fa
2 (d 2 − d 0 ) k
≤ [ p] MPa
d Fa
z － 推力环的数目 推力环的数目
2）限制轴承的 pv 值 ）
多环时降低 50％ ％ d0
n
k － 考虑油槽使支承面积减小，常取 考虑油槽使支承面积减小，常取0.8~0.9
目的 — 控制轴承的发热量，防止胶合破坏。 控制轴承的发热量，防止胶合破坏。 v － 轴颈线速度 f pv － 单位面积上的摩擦功率损失 f － 摩擦系数 所以， 值表征了轴承发热量的大小。 所以， pv 值表征了轴承发热量的大小。 pv↑ → 发热量 → 温升 → 润滑效果 → 胶合 发热量↑ 温升↑ 润滑效果↓ 向心滑动轴承： 向心滑动轴承： pv =
低速轻载、 低速轻载、精度不高 高 速 重 载 支承精度特别高 承受巨大冲击和振动载荷 某些特殊场合
连杆
● 工作平稳，无噪声； 工作平稳，无噪声； 适合于高速； ● 适合于高速； 径向尺寸小而且可剖分 可剖分。 ● 液体摩擦时功率损失小； ● 径向尺寸小而且可剖分。 液体摩擦时功率损失小；
非液体摩擦滑动轴承 滚动轴承寿命大为降低 滚动轴承造价高 滑动轴承零件少 油膜的缓冲和阻尼作用 径向尺寸受限制、曲轴轴承等 径向尺寸受限制、
机械设计
3）液体摩擦状态 ） 两摩擦表面完全被润滑油分隔开， 两摩擦表面完全被润滑油分隔开， 形成了一定厚度的压力油膜 压力油膜。 形成了一定厚度的压力油膜。 是润滑油分子之间的摩擦， 是润滑油分子之间的摩擦，摩擦 系数极小， 系数极小， f ＝0.001~0.008。 。 重要轴承采用这种摩擦状态。 重要轴承采用这种摩擦状态。 4）混合摩擦状态 ） 压力油膜
机械设计
▲凝点 — 反映润滑油的低温工作性能。 反映润滑油的低温工作性能。 低温工作性能 反映润滑油高温 工作的安全性。 高温下 ▲闪点 — 反映润滑油高温下工作的安全性。 润滑油的选择原则： 润滑油的选择原则： 根据粘度 粘度选择润滑油的牌号 当润滑油在标准仪器中 根据粘度选择润滑油的牌号 加热后所蒸发出的油汽 载荷大—难以形成油膜， ● 载荷大—难以形成油膜， 选粘度高的油 与火焰接近时有闪光发 速度高—摩擦力大， ● 速度高—摩擦力大， 选粘度低的油 生时的油温 ,工作温度一 工作温度一 工作温度高—粘度下降， ● 工作温度高—粘度下降， 选粘度高的油 般应低于闪点30℃ 般应低于闪点 ℃～ 压强大—油易被挤出， ● 压强大—油易被挤出， 选粘度高的油 40℃ ℃ 2）润滑脂的性能及选择 ） 钙基润滑脂 钠基润滑脂 锂基润滑脂 铝基润滑脂 ——抗水性好、耐热性差、 ——抗水性好、耐热性差、价廉 抗水性好 ——抗水性差 耐热性好、 ——抗水性差、耐热性好、防腐性较好 抗水性差、 ——抗水性和耐热性好 ——抗水性和耐热性好 ——抗水性好 耐热性差、 ——抗水性好、耐热性差、有防锈作用 抗水性好、
粘－温曲线
国标规定，40℃ 国标规定，40℃时粘度的平 均值为该润滑油牌号的粘度。 均值为该润滑油牌号的粘度。 压力升高 粘度上升
但压力对粘度的影响较小， 但压力对粘度的影响较小， 通常忽略不计。 通常忽略不计。 ▲油性: 也称润滑性，表征油 油性: 也称润滑性， 中的极性分子对金属表面的吸 附性能。油性好则摩擦系数小。 十四章） 常用润滑剂（第十四章）： 液体，用途最广泛； 润滑油 — 液体，用途最广泛； 液体层流 半固体，一般用于中、低速； 润滑脂 — 半固体，一般用于中、低速； 主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。 固体润滑剂 — 主要用作油、脂的添加剂，也可单独使用。 平行平板间油的流动 1）润滑油的性能及选择 ） 移动件 u=v 粘度: ▲粘度: 表征了流动的液 O x v y τ 体中内摩擦阻力的大小。 体中内摩擦阻力的大小。 u 牛顿流体粘性定律： 牛顿流体粘性定律： τ h