1、第七篇 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)概述滑動(dòng)軸承:利用摩擦原理設(shè)計(jì)帶傳動(dòng):利用摩擦工作29.1 概述摩擦相互運(yùn)動(dòng)表面的作用主要的能量消耗：摩擦損耗機(jī)械傳動(dòng)的動(dòng)力：帶傳動(dòng)和摩擦輪傳動(dòng)能量轉(zhuǎn)換的中介，摩擦制動(dòng)器摩擦學(xué)研究摩擦、磨損、潤(rùn)滑的科學(xué)分類(lèi)干摩擦:直接接觸, 摩擦系數(shù):0.04 1.5邊界摩擦: 兩表面運(yùn)動(dòng)膜:0.05-0.3流體摩擦: 被流體分離: 0.001-0.01混合摩擦:兩者都有第29章 摩擦學(xué)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)摩擦副摩擦系數(shù)潤(rùn)滑油粘度, 相對(duì)滑動(dòng)速度表面壓強(qiáng)摩擦特性曲線(xiàn)摩擦特性曲線(xiàn)：n/p 與的關(guān)系可以判斷摩擦狀態(tài)。I:邊界潤(rùn)滑,II:混和潤(rùn)滑(含彈流潤(rùn)滑)區(qū);III:流體潤(rùn)滑區(qū)摩擦特性曲線(xiàn)磨損磨損:造成材

2、料缺失或損傷.超過(guò)正常磨損值失效磨損率:磨損過(guò)程:按材料的破壞機(jī)理分為：粘著磨損表面疲勞磨損磨粒磨損腐蝕磨損時(shí)間的磨損量I:跑和磨損區(qū) II:穩(wěn)定磨損區(qū);III:劇烈磨損區(qū)摩擦副的一般磨損過(guò)程潤(rùn)滑目的:減小摩擦和降低磨損摩擦副狀態(tài)混合摩擦/流體摩擦.平行平板流體潤(rùn)滑面積摩擦表面摩擦力:1.2.3.流體沒(méi)有受擠壓,不能 形成壓力油膜,不能承載粘性定律F u uy u y潤(rùn)滑流體動(dòng)壓潤(rùn)滑非平行滑動(dòng)表面 楔形空間有一定壓力的流體流體靜壓潤(rùn)滑利用外部壓力源，形成壓力墊. p ( x ) 6 u h ( x ) h0 ( x ) xh 3 ( x )潤(rùn)滑劑分類(lèi): 流體,氣體,固體1.2.性能指標(biāo):粘度(

3、動(dòng)力粘度和運(yùn)動(dòng)粘度) 關(guān)系：凝點(diǎn),燃點(diǎn),油性,滴點(diǎn),錐入度3. 選用:性能應(yīng)用場(chǎng)合 ( m 2 / s )第30章 滑動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承/滾動(dòng)軸承 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì).1滑動(dòng)軸承的基本特點(diǎn)滑動(dòng)軸承的工作狀態(tài)作用: 傳遞扭矩, 作為機(jī)械支承 支持軸運(yùn)動(dòng)副:滑動(dòng)副,兩園柱面或兩平面具有低副特征傳遞方式:通過(guò)介質(zhì)(潤(rùn)滑油)直接接觸摩擦狀態(tài): 流體或混合30滑動(dòng)軸承的材料結(jié)構(gòu)特點(diǎn)材料要求:(1)足夠的強(qiáng)度 (2)良好的塑性(3)減磨性 (4)抗腐蝕性(5)工藝性和經(jīng)濟(jì)性結(jié)構(gòu): 軸瓦與軸承座分開(kāi),開(kāi)有腔表面有抗磨性好的軸承襯29.2滑動(dòng)軸承的基本特征滑動(dòng)軸承的分類(lèi)1)按軸瓦的安裝方式:整體式剖分

4、式2)按承載能力分為:徑向,軸向,組合型3)按與否徑向軸向, 自動(dòng)擦狀態(tài): 混合摩擦,流體摩擦4)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:混合摩擦(非流體潤(rùn)滑)狀態(tài)的軸承:保證軸瓦材料的使用性能流體潤(rùn)滑軸承:在給定的工況下,構(gòu)造合理幾何特征的軸徑和軸瓦,使之在工作中依賴(lài)流體壓力來(lái)承載30.2 滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)軸承承載面平均壓強(qiáng)的設(shè)計(jì)計(jì)算防止表面壓強(qiáng)影響表面強(qiáng)度而加速磨損:p F p限制:MPaAFp pFMPa對(duì)徑向軸承:DBp pMPa對(duì)推力軸承:(D2 D2 )4211. 非流體潤(rùn)滑狀態(tài)的滑動(dòng)軸承D1D2dD2實(shí)心端面軸徑空心端面軸徑環(huán)狀軸徑推力滑動(dòng)軸承計(jì)算模型徑向滑動(dòng)軸承計(jì)算模型Bd軸承摩擦熱效應(yīng)的限制性計(jì)算1)摩擦功

5、耗:pv pvMPa m / s以轉(zhuǎn)速表示:pv Fn Fn pvMPa601000 B2104 B2)軸承最大滑動(dòng)速度的條件性計(jì)算:v vm / s1. 非流體潤(rùn)滑狀態(tài)的滑動(dòng)軸承滑動(dòng)軸承的幾何參數(shù)軸徑和軸瓦之間的間隙(相對(duì)間隙) cm /sr,精度摩擦,取0.004- 0.012,優(yōu)先選用:H9/d9.H8/f7,D9/h9,F8/H7寬徑比:B/DB ,潤(rùn)滑劑一般:0.51.5,不易保持承載區(qū)1. 非流體潤(rùn)滑狀態(tài)的滑動(dòng)軸承注意:不同的軸承材料其許用值p,pv,v不同低速軸或間隙轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸承只進(jìn)行壓強(qiáng)校核.流體動(dòng)壓軸承在啟動(dòng)和停車(chē)階段處于混合摩擦狀態(tài),所以,設(shè)計(jì)動(dòng)壓軸承時(shí),也需要進(jìn)行上述計(jì)算

6、.補(bǔ)充題:有一混合摩擦向心滑動(dòng)軸承,軸徑直徑d=60mm,軸承寬B=60mm,軸瓦材料ZCuAL10Fe3, 試求: 1)當(dāng) F=36000N, n=150rpm, 校核軸承是否滿(mǎn)足非流體潤(rùn)滑軸承的使用條件?當(dāng)F=36000N時(shí),軸的允許轉(zhuǎn)速n=?當(dāng)n=900rpm時(shí),軸承所允許的載荷F?軸的允許的最大轉(zhuǎn)速nmax試根據(jù)以上計(jì)算數(shù)據(jù)畫(huà)出F-n關(guān)系圖.流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的條件形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件的解釋滑動(dòng)軸承的性能指標(biāo)*流體動(dòng)壓向心軸承的設(shè)計(jì)*2.流體潤(rùn)滑狀態(tài)滾動(dòng)軸承設(shè)計(jì)流體運(yùn)動(dòng)條件滿(mǎn)足如下假設(shè):1)上板以速度u運(yùn)動(dòng), 下板不動(dòng),液體充滿(mǎn);2)流體與上下表面接觸層的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與該表面相同;3)流體處于層

7、流狀態(tài)滿(mǎn)足粘性定律;4)忽略流體慣性力,重力;5)滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)以XOY面為對(duì)稱(chēng),無(wú)Z向6)流體具有不可壓縮性,忽略粘度的影響7)流體膜很薄,壓力沿油膜方向的變化不大,忽略1）流體動(dòng)力潤(rùn)滑基本方程p p dxxp p dxp前后向壓力x dy上下面剪切應(yīng)力y由x方向的力平衡條件，得px粘性流體定律： y u代入yp 2uxy 21 pu y 22 ycc12xy=0 時(shí)，u=v ; y=h 時(shí)，u=0， 得積分常數(shù)c1、c2h h( 2y )u v() yypxh不計(jì)側(cè)漏，沿x方向，任一截面寬度的流量為p h3v h21hqudy12xx0q v hp=pmax處油膜厚度為h0，流量： x02

8、p h3v hv h21012x2p 6 h0hv一維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程xh3 h ph3 ) ( v6對(duì)x取偏導(dǎo)數(shù)：xxx考慮沿z方向的： h p hh33p ) )(x(v 6 二維雷諾流體動(dòng)力潤(rùn)滑方程： z xzx2）油楔承載機(jī)理油壓的變化：潤(rùn)滑油的粘度、表面滑動(dòng)速度、油膜厚度全部油膜壓力之和即為油膜的承載能力0hp 6 hvxh3油膜呈收斂楔形，油楔內(nèi)各處油壓都大于和出口處的壓力，產(chǎn)生正壓力以支承外載兩滑動(dòng)表面平行。平行油膜各處油壓與、出口處相等，不能產(chǎn)生高于外面壓力的油壓支承外載。表明:油膜沿x方向p,大于和出口的p.能產(chǎn)生正壓力以承受外載荷.這決定了油膜呈收斂楔形.潤(rùn)滑油要具有一

9、定的粘度兩摩擦表面要具有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度兩表面的相對(duì)速度使流體從寬闊一側(cè)流向窄側(cè) u h/x0);楔形收斂。足夠的潤(rùn)滑油，合理設(shè)計(jì)兩板間的最小距離保證足夠的潤(rùn)滑油.3）形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑條件:4）向心滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的過(guò)程第一階段:啟動(dòng)以前第二階段:啟動(dòng)階段第三階段:穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段滿(mǎn)足流體動(dòng)壓潤(rùn)滑四個(gè)條件一維雷諾方程(流體潤(rùn)滑力學(xué)方程) p3h u ( h ( x ) h 0 ( x )6 x一維雷諾方程(微分形式):h p h （ x ）3 6 u( x ) x x含義:流體壓力沿x方向的變化量與流體的間隙函數(shù),軸承表面速度,流體黏度的關(guān)系;對(duì)上式,可求出油膜上各點(diǎn)的壓力p,再根據(jù)壓力

10、分布可求出油膜的承載力.雷諾方程的其他形式二維流體潤(rùn)滑力學(xué)方程:h3ph3phx ( x ) z ( x ) 6(u1 u2 ) x無(wú)限短軸承的雷諾方程phh3z ) 6(u1 u2 ) xz ( 無(wú)限長(zhǎng)軸承的雷諾方程phh3x ) 6(u1 u2 ) xx ( 流體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的性能計(jì)算 s承載能力:Fpds q3潤(rùn)滑劑流量dldVluRdFu Fu摩擦力和摩擦功耗P:Fu:(不含金屬散熱)：utCQzv1、幾何關(guān)系 Dd直徑間隙： Rr半徑間隙： 偏心率：偏心距：droo1exe/ 相對(duì)間隙：AOO1根據(jù)余弦定律任意位置的油膜厚度 cosx)r( 1x 1hcos)1）壓力最大處油膜厚度2

11、）油膜最小厚度hmin2、油膜承載能力極坐標(biāo)形式的雷諾方程dpd (f,)從壓力區(qū)起始角1至任意角進(jìn)行積分，得任意角處的壓力py再求壓力在外載荷方向上的分量將上式在壓力區(qū)內(nèi)積分（求和），得到軸承承載能力寬度上的油膜 2Z 2 yp1A p引入修正系數(shù)A，考慮端泄的影響yB 6rB / 2B / 22p dZ 1F f d f d f dZ油膜能承受的載荷 2123yB / 2 B / 21 3B / 22f d f d f dZS0123BB / 2 11 dBF2F dBS 0S 02S0索氏數(shù) 表30-7hmin越?。▁越大），B/d越大，S0越大，軸承的承載能F越大。3、最小油膜厚度hm

12、inhmin不能小于軸頸與軸瓦表面微觀(guān)不平度之和 S (RZ1 RZ 2 )hmin上式與流體動(dòng)力潤(rùn)滑的三個(gè)基本條件流體動(dòng)力潤(rùn)滑的充分必要條件4、軸承的熱平衡計(jì)算1）、軸承中的摩擦與功耗dB油層中摩擦力F由粘性定律 2nF摩擦系數(shù)：30FFp R F摩擦功耗P :R 摩擦特性系數(shù)： 表30-92）、軸承耗油量進(jìn)入軸承的潤(rùn)滑油總流量Q=承載區(qū)端泄流量Q1+ 非承載區(qū)端泄流量Q2+ 軸瓦供油槽兩端流出的附加流量 Q3軸承泄漏量：VqV: 流量系數(shù)。查表3083）、軸承粘度間隙改變，使軸承的承載能力下降會(huì)使金屬軟化發(fā)生抱軸事故熱平衡條件：時(shí)間內(nèi)摩擦產(chǎn)生的熱量H = 端泄?jié)櫥退鶐ё邿崃縃1 + 軸承

13、散發(fā)熱量H2F u不考慮帶走熱量： t t( C )t 21cqVVcVqkgo/一C般，)1;26180 Jo:比定容,熱J容/(/(kg3:泄漏流,量dmVVttm t1 潤(rùn)滑油平均溫度tm2為保證承載要求tm(3545),熱平衡易建立，則應(yīng)降低tm，再行計(jì)算。若t180易過(guò)熱失效，改變相對(duì)間隙和油的粘度重新計(jì)算5、軸承參數(shù)選擇1、軸承的平均比壓PFBd 表12-1、表12-2/2、寬徑比B/dB/d小端泄Q1摩擦功耗和減輕軸頸與軸瓦邊緣接觸但承載能力B/d應(yīng)取小值B/d應(yīng)取大值 / d高速重載軸承低速重載軸承 /r3、相對(duì)間隙大Q 大小 但承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度低b小易形成流體膜承載能力和運(yùn)轉(zhuǎn)精度一般機(jī)器中常用 見(jiàn)書(shū)本向心滑動(dòng)軸承的性能參數(shù):1)軸承