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滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

作者:机械圈日期:2022-06-29浏览:554分类:机械设计

14.8 滑动轴承概述

14.8.1滑动轴承类型、特点及应用

1、滑动承类型

按承载分:向心轴承(受Fr);推力轴承(受Fa)

润滑状态分:流体润滑轴承;非流体润滑轴承;无润滑轴承(不加润滑剂)

2、滑动轴承的特点及应用

优点:

(1)承载能力高

(2)工作平稳可靠、噪声低

(3)径向尺寸小

(4)精度高

(5)流体润滑时,摩擦磨损较小

(6)油膜有一定的吸振能力

缺点:

(1)非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大,磨损严重

(2)流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦

(3)流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高。

应用:

(1)n特高或特低

(2)对回转精度要求特别高的轴

(3)承受特大载荷

(4)冲击、振动较大时

(5)特殊工作条件下的轴承

(6)径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构

例:机床汽轮机、发电机轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等。

14.8.2滑动轴承的典型结构

(一)向心滑动轴承

1、整体式滑动轴承

轴承座、整体轴套、油孔等组成

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

特点:

1)结构简单、成本低

2)轴套磨损后,间隙无法调整

3)装拆不便(只能从轴端装拆)

适于低速、轻载或间隙工作的机器。

2、剖分式滑动轴承

由轴承座,轴承盖,剖分轴瓦(附轴承衬)、双头螺柱(调整垫片)等,轴瓦表面有油沟,油通过油孔、油沟而流向轴颈表面,轴瓦一般水平部分,也有倾斜部分。

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

特点:装拆方便、轴瓦磨损后间隙可调整。

3、自动调心轴承

适于宽径比B/d>1.5轴承,可避免轴弯曲变形或轴承孔倾斜时造成轴颈与轴瓦两端边缘接触加剧磨损和发热。

特点:轴瓦外表面做成球面。

4、调隙式滑动轴承

外表面为圆锥面的轴套上开一个缝口,另在圆周上开三个槽(以减小刚性),使之易变形,轴瓦两端各装一个调节螺母,通过松紧调节螺母3.5,使锥形轴套轴向移动,从而调整轴套与轴间的间隙——用于一般机床主轴。

(二)推力滑动轴承

推力滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成,用于承受轴向载荷。常用的轴颈形式有:实心端面轴颈、空心端面轴颈、单环轴颈和多环轴颈。实心端面轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀, 以致轴心部分压强极高, 所以很少采用。空心端面轴颈与环状轴颈的推力轴承工作情况较好。

14.8.3轴瓦的结构和滑动轴承的材料

轴瓦的形式:整体式、剖分式

结构:单金属;双金属(有轴承衬1~2层);三金属;钢—青铜—轴承衬

整体式轴瓦――轴套

部分式轴瓦:厚壁轴瓦(铸造形成)、薄壁轴瓦(用双金属板连续轧制,质量好,成本低,但轴瓦刚性差—在汽车发动机、柴油机上应用广泛)。

轴承衬厚度S<0.5mm时,可不做沟槽

实践证明,衬厚度愈薄(S<0.36mm)轴承合金的疲劳强度愈高;∴轴承衬要尽可能做薄一些。

轴承衬和瓦背的结合形式:

(1)烧结、喷涂和轧制(2)浇注(3)刷度

油孔、油槽和油室:

油孔——用来供应润滑油

油槽(沟)——用来使润滑油散布到轴颈表面:轴向油槽;周向油槽

油孔、油槽开设原则:

(1)润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。

(2)油槽(沟)开在非承载区,否则会降低油膜的承载能力。

(3)油槽轴向不能开通,以免油从油槽端部大量流失。

(4)水平安装轴承油槽开半周,不要延伸到非承载区,全周油槽应开在轴承端高处。

油室——使润滑油沿轴向均匀分布,同时起到贮油、稳定供油和改善轴承散热条件的作用

位置:开在非承载区,如轴颈经常正反向转时,也可在两侧开设。

2、滑动轴承的材料

滑动轴承的主要失效形式:磨损和胶合、疲劳破坏等

对轴承材料的要求:良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性;良好的顺应性,嵌入性和磨合性;足够的强度和必要的塑性;良好的耐腐蚀性、热化学性能(传热性和热膨胀性)和调滑性(对油的吸附能力);良好的工艺性和经济性等。

常用材料:金属材料;粉末冶金;非金属材料

(1)金属材料

1)铸铁:灰铁;球铁(中有游离的石墨能有润滑作用)——性能较好,适于轻载、低速,不受冲击的场合。

2)轴承合金(又称巴氏合金或白合金)——由锡(Sn)、铜(Pb)、锑(Sb)、铜(Cu)等组成。

以锡或铅为基体(软)——其中含有锑锡(Sb-Sn)或铜锡(Cu-Sn)的硬晶粒。硬晶粒起耐磨作用,软基体则增加材料的塑性

特点:嵌入性、顺应性最好,抗胶合性好,但机械强度较低

3)铜合金

锡青铜——减摩、耐磨性最好,应用较广,强度比轴承合金高,适于重载、中速

铅青铜——抗胶合能力强,适于高速、重载

铝青铜——强度及硬度较高,抗胶合性差,适于低速、重载传动

4)铝基合金——强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性好:低锡—用于高速中小功率柴油机轴承;高锡—用于高速大功率柴油机轴承。

可做成单金属轴瓦,也可做成双金属轴瓦的轴承衬,用钢作衬背。

多孔质金属材料(粉末冶金)——含油轴承

它是利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合经压型、烧结、整形、浸油而制成的,其特点是组织疏松多孔,孔隙中能大量吸收润滑油,称含油轴承,具有自润滑的性能。

精末冶金: 铜基粉末冶金——减摩、抗胶合性好

铁基粉末冶金——耐磨性好,强度高 适于低速,载荷平稳,加油不便的场合。

(2)非金属材料

1)塑料——f小,耐腐蚀,具有自润滑性能,但导热性差,易变形,承载能力差

2)橡胶——弹性大,允许轴线一定偏斜,用水作润滑剂且环境较脏污处,例如:水泵、水轮机和其它水下机械用轴承。

14.8.4滑动轴承的摩擦状态及润滑

(一)滑动轴承的摩擦状态

1、干摩擦

两摩擦表面直接接触,不加入任何润滑剂的摩擦

2、边界摩擦(边界润滑)

摩擦面上有一层边界膜起润滑作用

物理吸附膜、化学吸附膜、化学反应膜

减小边界摩擦的措施:

1)控制PV(控制摩擦发热,防止脱附)

2)合理选择摩擦副材料及润滑剂

3)降低表面粗糙度

4)在润滑剂中加入油性润滑剂和极压添加剂,提高边界膜的强度。

3、混合摩擦(润滑)

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

越大,油膜承载比例截止大,此时虽仍有一些微凸体直接接触,但其摩擦阻力小得多,f也比边界摩擦小得多。

4、流体摩擦(润滑)――摩擦表面间的润滑膜厚度大到足以将两个表面的轮廓完全隔开时,即形成了全液体摩擦,f极小,是理想摩擦状态。

(二)润滑剂及其性能指标

1、润滑剂的作用

降低摩擦,减小磨损外,还起到冷却、降温,减缓锈蚀,缓冲吸振、清污和密封等作用。

2、润滑剂的种类

润滑剂——油、脂、固体润滑剂

(1)润滑油

选择原则:

1)在压力大、温度高、载荷冲击变动大时→应选用粘度大的润滑油;

2)滑动速度高时,容易形成油膜(转速高时),为减少摩擦应选用粘度较低的润滑油;

3)加工粗糙或未经跑合的表面,应选用粘度较高的润滑油。

(2)润滑脂

特点:稠度大,不易流失,承载能力高,但稳定性差,摩擦功耗大,流动性差,无冷却效果,适于低速重载且温度变化不大处,难于连续供油时

选择原则:

1)轻载高速时选针入度大的润滑脂,反之选针入度小的润滑脂

2)所用润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高约20~30℃。如:高点温度较高的钙基或复合钙基润滑脂

3)在有水淋或潮湿的环境下应选择防水性强的润滑脂——铝基、润滑脂、钙润滑脂

(3)固体润滑剂

轴承在高温,低速、重载情况下工作,不宜采用润滑油或脂时,可采用固体润滑剂,在摩擦表面形成固体膜。

常用:石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等。

润滑方法

油润滑:间歇供油——小型、低速、间歇运动的场合

连续供油——重要的轴承

脂润滑——间歇供油脂:旋盖式油脂杯;黄油枪补充油脂

3、润滑剂的性能指标

(1)润滑油的性能指标:

粘度—表征润滑油流动时油层内摩擦阻力大小的一个主要指标。

油性—润滑油的极性分子与金属表面吸附形成的边界油膜的吸附能力。

凝点—润滑油冷却到不能流动时的温度。

闪点—蒸发的油气,遇火焰闪光时的最低温度。

极压性能——是指加入含硫、磷、氯的有机极性化合物后,油中极性分子在金属表面生成抗腐,耐高压化学反应边界膜的性能。

氧化稳定性——防止高温下润滑油氧化成酸性物质而影响润滑油的性能并腐蚀金属。

1)动力粘度η

长、宽、高各为1m的液体,如果使上、下平面发生1m/s的相对滑动速度,所需施加的力F为1N时,该液体的粘度为1N·s/m2或1Pa·s(帕·s)(国际单位制)

2)运动粘度v——动力粘度η与同温度下该液体的密度ρ的比值

润滑油的牌号即是以运动粘度以厘斯为单位的平均值为其牌号

老国标是以50℃时的平均运动粘度值为其牌号 GB443-64

新国际是以40℃时的平均运动粘度值为其牌号 GB443-89

3)条件粘度(相对粘度)—恩氏粘度°Et

我国采用恩氏粘度作为相对粘度单位,即把200cm3试油在规定温度下(一般为20℃,50℃,100℃),流过恩氏粘度计的小孔所需的时间(S)与同体积蒸馏水在20℃时流过同一小孔所需时间(S)的比值,以符号°Et表示。其中下标t表示测定时的温度。

影响润滑油粘度的主要因素

温度 温度↑→η↓

压力 压力P↑→ηP↑

(2)润滑脂的性能指标

1)锥入度——表示润滑脂稀周度的指标,是润滑脂的一项主要指标,润滑脂牌号即为其针入度的等级,牌号越小,针入度等级越高。

2)滴点——反映润滑脂的耐高温性能,润滑脂的工作温度应低于滴点20~30℃。

3)安全性——反映润滑脂在贮存和使用过程中维持润滑性能的能力,包括抗水性,抗氧化性和机械安全性。

14.8.5非液体摩擦滑动轴承的计算

大多数轴承实际处在边界润滑与液体润滑同时存在的状态,其可靠工作的条件是:维持边界油膜不受破坏,以减少发热和磨损(计算准则),并根据边界膜的机械强度和破裂温度来决定轴承的工作能力。但影响边界膜的因素很复杂,所以采用简化的条件性计算。

(一)向心滑动轴承的计算

1、限制平均比压P

目的:避免在载荷作用下润滑油被完全挤出,导致轴承过度磨损

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

Mpa

2、限制轴承的p、v值

目的:限制pv是控制轴承温升,避免边界膜的破裂。

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

Mpa. m/s

3、限制滑动速度v

目的:当p较小时,避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损。

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

m/s

(二)推力滑动轴承的计算

推力轴承实心端面由于跑合时中心与边缘磨损不均匀,愈近边缘部分磨损愈快,空心轴颈和环状轴颈可以克服此缺点。载荷很大时可以采用多环轴颈。

1、限制轴承平均比压p

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

Mpa

Fa——轴向载荷(N)

d0,d——止推环内、外直径mm

Z——轴环数

ξ——考虑油槽使支承面积减小的系数,通常取ξ=0.85~0.95

[P]——许用比压Mpa。

2、限制轴承的pvm值

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

Mpa.m/s

动力润滑的滑动轴承,(初步计算时也要验算p、pv、v)在起动和停车过程中往往处于混合润滑状态,因此,在设计液体动力润滑轴承时,常用以上条件性计算作为初步计算。

14.8.6 液体摩擦滑动轴承简介

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

(一)动压承载油膜形成条件

油楔承载机理

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

中可看出油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油膜厚度的变化有关,利用该式可求出油膜中各点的压力p,全部油膜压力之和即为油膜的承载能力。

如果两滑动表面平行,h=h0。这表示平行油膜各处油压总是与入口、出口处相等,即不能产生高于外面压力的油压支承外载。

若两表面呈扩散楔形,即移动件带着润滑油从小口走向大口,则油膜压力必低于出口和入口处的压力,则不仅不能产生油压支承外载,而且会使两表面相吸。

∴形成流体动力润滑(即形成动压油膜)的必要条件是

(1)相对运动两表面必须形成一个收敛楔形

(2)被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度vs,其运动方向必须使润滑从大口流进,小口流出。

(3)润滑油必须有一定的粘度,供油要充分。

v越大,

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

越大,油膜承载能力越高。

(二)液体动压向心轴承

流体动力润滑的工作过程:起动、不稳定运转、稳定运转三个阶段

1、起动时(n>0)由于速度低,轴颈与孔壁金属直接接触,在摩擦力作用下,轴颈沿孔内壁向右上方爬开。

2、不稳定运转阶段,随n↑,进入油楔腔内油逐渐增多,形成压力油膜,把轴颈浮起推向左下方。

3、稳定运转阶段:油压与外载F平衡时,轴颈部稳定在某一位置上运转。n越高,轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。

建立液体动压润滑的条件:1,有充分的油量供应到轴承间隙,使相对滑动的表面能自动形成收敛油楔;2,保证最小油膜厚度hmin不能小于轴颈与轴瓦表面微观不平度之和。

∴油膜不致破坏的条件

滑动轴承的特点、类型、材料、轴瓦结构及滑动轴承的计算

小结:

1、滑动轴承的特点、分类和主要结构。

2、滑动轴承的材料、润滑方式。

作业与思考:

1、滑动轴承有哪几种类型?各适合于什么场合?

2、对轴瓦、轴承衬的材料有哪些基本要求?

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