《机械设计》1.docx
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《机械设计》1
第十三章滑动轴承
基本要求:
了解滑动轴承的主要类型、结构和材料和润滑方式;掌握非液体摩擦滑动轴承设计原理及设计方法;了解液体摩擦动压润滑形成的机理和条件。
重点:
滑动轴承的主要类型、结构和材料;非液体摩擦滑动轴承的设计计算。
难点:
非液体摩擦滑动轴承的设计计算。
学时:
课堂教学:
3学时。
第一节滑动轴承的主要类型、结构和材料
13.1.1滑动轴承的特点与应用
13.1.1.1滑动轴承的特点
与滚动轴承相比,滑动轴承的特点是:
1、结构简单,可制作成剖分式,装拆方便如内燃机曲柄上的滑动轴承;
2、工作平稳、可靠,噪声低;
3、承载能力大,耐冲击;
4、支承旋转精度高;
5、使用寿命长;
6、起动摩擦阻力较滚动轴承大。
13.1.1.2适用场合:
1、高转速,如高速磨床;
2、高速重载、低速重载、冲击载荷,如轧钢机、天文望远镜、码头升船台、水泥搅拌机、破碎机等;
3、径向尺寸较小;
4、特殊工作条件。
13.1.2摩擦状态
摩擦——是指在外力作用下,一物体相对另一物体运动或有运动趋势时,在其接触表面间所产生切向阻力(摩擦力)的现象。
根据两表面之间有油、无油,油多、油少的不同情况,可能产生以下几种摩擦状态(图13-1所示):
图13-1滑动摩擦的几种状态
1.干摩擦
当两摩擦表面间无任何润滑剂时,其接触表面直接接触发生的摩擦,称为干摩擦。
在此状态下,不仅会造成严重的磨损,使得大量的摩擦功损耗,还会发生强烈的温升。
所以,对滑动轴承是不允许出现干摩擦的。
2.边界摩擦
两摩擦表面间有润滑油存在,由于润滑油与金属表面具有吸附作用(这是因为在润滑油中,有一种称之为脂肪酸的元素,是一种极性化合物,它的极性分子的吸附能力很强,能够牢固的吸附在金属的表面上)使金属表面上吸附有一层很薄的油膜——边界油膜
由于边界油膜很薄,一般<1m,不足以把粗糙的金属表面完全隔开,但在一定程度上可以减轻磨损。
3.液体摩擦
有充足的润滑油,摩擦表面被一层流体(液体)完全隔开时的状态。
此时金属表面不直接接触,消除了磨损、减小了摩擦损耗,其摩擦性质仅取决于流体内分子的粘性阻力,是一种比较理想的工作状态
4.混合摩擦状态
在一般机器中,摩擦的表面多处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态,称为混合摩擦状态。
又称非液体摩擦状态
13.1.3滑动轴承的类型
1.按照承受载荷的方向分:
径向轴承,又称向心滑动轴承,主要承受径向载荷;
推力轴承,承受轴向载荷。
2.按摩擦状态分:
液体润滑滑动轴承:
液体动压润滑滑动轴承
液体静压润滑滑动轴承
非液体润滑滑动轴承
3.常用的向心滑动轴承有整体式和剖分式两大类。
A、整体式轴承
如图13-2所示是一种常见的整体式径向滑动轴承。
轴承座用螺栓与机座联接,顶部设有装油杯的螺纹孔。
轴承孔内压入用减摩材料制成的轴套,
轴套上开有油孔,在内表面上开油沟以输送润滑油。
图13-2整体式径向滑动轴承
整体式轴承构造简单,常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上。
缺点:
l)当滑动表面磨损而间隙过大时,无法调整轴承间隙;
2)轴颈只能从端部装入,对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。
B、剖分式
如图13-3所示的剖分式轴承,其结构组成为
轴承座;
轴承盖,顶部有油孔;
剖分轴瓦瓦上有油孔、油沟;
轴承盖与轴承座用螺柱联接。
图13-3剖分式轴承
轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比,它是向心滑动轴承的重要参数之一。
对于液体摩擦滑动轴承,常取B/d=0.5~1。
对于非液体摩擦滑动轴承,常取B/d=0.8~1.5。
4.推力轴承
常见的推力轴承止推面的形状如图13-4所示。
图13-4推力轴承
13.1.4轴瓦及轴承衬材料
轴瓦是滑动轴承中的重要零件。
轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。
1.对轴承材料的要求
根据滑动轴承的工作情况,其主要失效形式为:
1)磨损;
2)疲劳损坏;
3)轴承衬脱落;
4)高温时,发生胶合或“抱轴”。
鉴于以上原因,轴瓦材料应考虑具有以下几方面性能:
1)摩擦系数小
2)导热性好,热膨胀性系数小
3)耐磨性、耐腐蚀性、抗胶合能力强
4)具有良好的塑性、嵌藏性
5)具有足够的机械强度等
由于一种材料很难同时满足上述各项要求,因此为了满足轴承的工作要求,改善轴瓦表面的摩擦性质,在结构上,常在轴瓦内表面上浇铸或压合一层或两层减摩材料——通常称为轴承衬。
如图13-5所示。
图13-5轴承衬
2.常用轴承材料
A、轴承合金又称白合金、巴氏合金
1)锡锑轴承合金
特点:
摩擦系数小,抗胶合性能好,对油的吸附性强,耐腐蚀性好,易跑合。
价格较贵,机械强度较差。
只能做轴承衬。
常用于高速、重载的轴承。
2)铅锑轴承合金
特点:
各方面性能与锡锑轴承合金相同,但材料较脆,不宜承受较大的冲击载荷。
一般用于的中速、中载的轴承。
B、青铜
1)锡青铜
2)无锡青铜:
铝青铜
铅青铜
特点:
强度高,承载能力大,耐磨性、导热性优于轴承合金,可在较高的温度(250°C)下工作。
但可塑性性差,不宜跑合。
可以单独做成轴瓦,也可将青铜浇注在钢或铸铁轴瓦的内壁上,做轴承衬。
在一般情况下可分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承。
C、粉末冶金材料
特点:
用粉末冶金材料(经制粉、成型、烧结等工艺)制成的轴承,具有多孔性组织,孔隙内可以贮存润滑油,常称含油轴承。
常用于加油不方便的场合。
D、铸铁
主要用于不重要的或低速轻载的轴承
E、非金属材料
橡胶轴承——具有较大的弹性,能减轻振动使运转平稳。
常用于如潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。
塑料轴承——具有摩擦系数低,可塑性、跑合性良好,耐磨、耐蚀。
有自润滑性能,可用水、油及化学溶液润滑。
但导热性较差,膨胀系数较大,容易变形。
第二节非液体摩擦滑动轴承的计算
13.2.1设计依据
维持边界油膜不发生破裂为基本要求。
由于边界油膜的强度和导致油膜破裂的因素很复杂,所以,目前在工程上,常用简单的条件性计算来确定非液体摩擦滑动轴承的尺寸。
13.2.2向心轴承:
1、轴承的平均压强(单位面积上的压力)
p≤[p]
目的:
为了使轴承不产生过度磨损。
2、轴承的pv值
pv≤[pv]
目的:
为了限制轴承的温升。
13.2.3推力轴承
式中F—一轴向载荷,N;
v——推力轴颈平均直径处的圆周速度,m/s;
n——轴转速,r/min;
d一轴颈内径,mm;
z一轴环数。
第三节滑动轴承的润滑
13.3.1润滑剂
1、滑动轴承润滑的目的
主要是减小摩擦功耗,降低磨损率,同时还可起冷却、防尘、防锈以及吸振等作用。
滑动轴承能否正常工作,和选择润滑剂正确与否有很大关系。
2、润滑剂的种类:
液体润滑剂——润滑油
半固体润滑剂——润滑脂
固体润滑剂——如石墨、二硫化钼等
3.、润滑油
目前使用的润滑油主要是矿物油。
润滑油最重要的物理性能是粘度,也是选择润滑油的主要依据。
润滑油的选择:
在选用润滑油时,要考虑速度、载荷和工作情况。
载荷大、温度高的轴承,宜选用粘度大的润滑油。
载荷小、速度高的轴承,宜选用粘度小的润滑油。
2、润滑脂
润滑脂是用矿物油与各种稠化剂(钙、钠、铝等金属皂)混合稠化制成。
脂的稠度大,不易流失;
对载荷和速度的变化有较大的适应范围;
摩擦功耗大,机械效率低,不宜在高速下使用;
物理和化学性质不如润滑油稳定,容易变质。
对一般参数的机器,特别是低速或带有冲击的机器,都可以使用润滑脂。
润滑脂的种类:
钙基润滑脂:
有耐水性,在100℃附近开始稠度急剧降低,因此只能在60℃以下使用。
是工业上应用最广的润滑脂;
钠基润滑脂:
不耐水,一般用在110~145℃以下范围;
锂基润滑脂:
有一定的耐水性和较好的稳定性,适用于-20℃~150℃的范围。
3、固体润滑剂
固体润滑剂有:
石墨——性能稳定,在350℃以上才开始氧化,可在水中工作;
二硫化钼(MoS2)——与金属表面的吸附性强,摩擦系数低,使用温度在-60~300℃,遇水则性能下降;
聚氟乙烯树脂——摩擦系数低。
固体润滑剂一般在超出润滑油使用范围才考虑使用,如在高温介质中,在低速重载下。
13.3.2润滑装置
向轴承供给润滑油或润滑脂的方法很重要,尤其是油润滑,轴承的润滑状态与润滑油的供给方法(图13-7所示)有关。
润滑油的供给方法:
间歇供油、连续供油。
图13-7润滑油的供给方法
润滑脂的供给方法:
润滑杯(黄油杯),应用最广的脂润滑装置;黄油枪。
第四节液体摩擦滑动轴承简介
13.4.1获得液体摩擦的方法
获得液体摩擦主要有两种方法:
1)利用轴颈本身回转时的泵油作用,把油带入摩擦面间,建立压力油膜而把摩擦面分开,用这种方法来实现液体摩擦的轴承称为液体动压轴承;
2)在滑动表面间用足以平衡外载的压力输入润滑油,人为地使两个表面分离,或者说,用油压把轴颈顶起,用这种方法来实现液体摩擦的轴承称为液体静压轴承。
13.4.1流体动压轴承
1.形成动压油膜的条件:
1)两摩擦表面要形成楔形间隙;
2)有一定的相对滑动速度,且油从大口进,小口出;
3)要有充足的有一定粘度的油。
13.4.2流体静压轴承
需要一套高压供油装置。
图13-8流体静压轴承
用于低速、重载要求精度高的场合。
本章小结
1.滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和完全液体润滑受轴承。
完全液体润滑轴承又分为动压润滑轴承与静压润滑轴承。
工程上大多用非液体润滑轴承。
2.滑动轴承有多种结构型式:
整体式、剖分式、自动调心式等。
由于滑动轴承本身有一些独特的优势,适用于一些特殊的场合,如高速、重载、高精。
3.轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大,应综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。
4.非液体摩擦滑动轴承计算和校核时,限制压强p,以保证润滑油膜不被破坏;限制pv值,以保证轴承温升不至于太高。
5.根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动轴承,主要用于连续高速运转的场合。
作业
13-1滑动轴承与滚动轴承的根本区别是什么?
13-2滑动轴承的主要失效形式有哪些?
其设计准则是否对失效形式而定出?
13-3常用的轴瓦及轴承衬材料有哪些?
各有何点?
13-4非液体摩擦滑动轴承的主要结构形式有哪几种?
各有何特点?
13-5轴瓦为什么要开油孔和油沟?
对油孔和油沟所在的位置有何要求?
油孔和油沟的功能是否一样?
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