1、計劃學時：4h 制作人：向敬忠,基本要求及重點、難點 8.1 軸承的分類 8.2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式 8.3 軸承材料及軸瓦結(jié)構(gòu) 8.4 潤滑劑和潤滑裝置 8.5 不完全液體滑動軸承的計算 8.6 動壓潤滑的基本原理 8.7液體動力潤滑徑向軸承的計算,基本要求: 1）掌握摩擦的幾種狀態(tài)。 2）了解滑動軸承結(jié)構(gòu)及軸承材料。 3）掌握不完全液體潤滑軸承的計算。 4）掌握動壓油膜形成的原理。 5）了解液體動力潤滑軸承的計算。,重點： 1）壓油膜形成的原理。 2）不完全液體潤滑軸承的計算。,作業(yè): 習題與思考題：8.1；8.2；8.9 ；8.11,難點： 1）壓油膜形成的原理。 2）液體動力潤滑軸承的

2、計算。,軸承的功能 ：,軸承是支承軸的部件，它可以保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，又可減少軸與支承之間的摩擦和磨損。,8.1 軸承分類,1.根據(jù)軸承所承受載荷的方向分,向心軸承 只承受徑向載荷或同時承受少量的軸向載荷的軸承。,推力軸承 只承受軸向載荷的軸承。,向心推力軸承 同時承受徑向和軸向載荷的軸承。,2.根據(jù)軸承工作時的摩擦性質(zhì)分,滾動軸承,以滾動代替滑動，故具有摩擦阻力小、啟動靈敏、潤滑密封簡便、互換性能好等優(yōu)點。 但相應的承載能力和抗沖擊能力差、高速時噪音大、工作壽命低。 廣泛應用于一般機器中。,滑動軸承,滾動軸承雖具有一系列優(yōu)點，在一般機器中獲得了廣泛應用，但是在高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分

3、等場合下，滑動軸承就顯示出它的優(yōu)異性能。此外，在低速而帶有沖擊的機器中，也常采用滑動軸承。,滑動軸承分類,1）液體潤滑軸承,兩摩擦面完全液體隔開的摩擦。摩擦性質(zhì)主要取決于潤滑油的粘度，此時的摩擦為液體內(nèi)部的摩擦，摩擦系數(shù)很小，一般為0.0010.01。,簡稱動壓軸承。當滿足動壓油膜形成條件，且相應參數(shù)相互匹配時，即可形成承載油膜。,按液體滑動軸承承載機理不同可分為,液體動力潤滑軸承,液體靜壓潤滑軸承,簡稱靜壓軸承?？坑捅眉罢麄€油路系統(tǒng)供給的壓力油承受外載荷的。,2）不完全液體潤滑軸承,軸頸與軸承工作表面雖有潤滑油存在，即存在邊界油膜，但表面凸起部分仍有金屬的直接接觸，此時的摩擦處于邊界摩擦或混

4、合摩擦狀態(tài)下工作。 相應的摩擦系數(shù)為0.010.1。,3）無潤滑軸承,不加任何潤滑劑，摩擦處于干摩擦狀態(tài)，兩摩擦表面直接接觸。摩擦性質(zhì)取決于相配對材料的性質(zhì)。 此時，有大量的摩擦功耗和嚴重的磨損。在滑動軸承中表現(xiàn)為強烈的溫升，甚至把軸瓦燒毀。 在傳統(tǒng)的滑動軸承中是不允許出現(xiàn)干摩擦的。隨著材料科學的發(fā)展，新材料的不斷出現(xiàn)，才使無潤滑軸承成為可能。,一般機器通常處于不完全液體潤滑狀態(tài)下工作。顯然，液體潤滑可以避免摩擦表面的磨損，是最理想的摩擦狀態(tài)。,無潤滑軸承不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且無潤滑油的污染。 廣泛應用于輕工業(yè)機器，如食品機械中。,8.2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式,向心軸承 只承受徑向載荷或同時承受少量

5、的軸向載荷的軸承。,推力軸承 只承受軸向載荷的軸承。,按承載方向的不同，滑動軸承常用的有：,8.2.1 向心滑動軸承,1. 整體式向心滑動軸承,優(yōu)點 ：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。,缺點：軸套磨損后，軸承間隙過大時無法調(diào)整；另外，只能從軸頸端部裝拆，對于重量大的軸或具有中間軸頸的軸，裝拆很不方便，甚至在結(jié)構(gòu)上無法實現(xiàn)。,適用范圍 ：多用在低速、輕載或間歇性工作的機器中。,1軸承座；2整體軸套；3油孔；4螺紋孔,2. 剖分式向心滑動軸承,1軸承座；2軸承蓋；3雙頭螺柱；4螺紋孔；5油溝；6油槽；7剖分式軸瓦,軸承蓋和軸承座的剖分面常做成階梯形，以便對中和防止橫向錯動。軸承蓋上部開有螺紋孔，用于安裝油杯或

6、油管。剖分式軸瓦由上下兩半組成，通常是下軸瓦承受載荷。在軸瓦內(nèi)壁非承載區(qū)的表面上開設油槽。軸承剖分面最好與載荷方向近于垂直，多數(shù)軸承的剖分面是水平的，也有斜著布置。,優(yōu)點：這種軸承裝拆方便，且軸瓦磨損后可以用減少剖分面處的墊片厚度來調(diào)整軸承間隙，同時，調(diào)整后應修刮軸承內(nèi)孔。,3. 調(diào)心軸承,為了彌補軸的位置誤差，適應軸的變形，常采用調(diào)心滑動軸承。,8.2.2 推力滑動軸承,1. 固定式推力軸承,軸上的軸向力應采用推力軸承來承受。,不完全液體滑動軸承,上軸采用推力頭。支承沿軸承止推面均勻分布著若干個扇形塊，并做成楔形，楔形的傾斜角固定不變，在楔形頂部留出平臺，用來承受停車后的軸向載荷。,液體滑動

7、軸承,注意：兩平行平面之間不能形成動壓油膜。,2.可傾式推力軸承,扇形塊的傾斜角能隨載荷、轉(zhuǎn)速的變化而自行調(diào)整，性能更為優(yōu)越。,扇形塊數(shù)一般為612。,8.2.3 滑動軸承的主要應用,1）工作轉(zhuǎn)速特高時，采用液體滑動軸承； 2）對軸承支承位置要求特別精確時，采用液體滑動軸承； 3）載荷特大時； 4）承受巨大沖擊或振動時； 5）根據(jù)裝配要求必須作成剖分式的軸承；如曲軸處； 6）特殊工作條件下，如在水中或腐蝕介子中工作的軸承； 7）徑向尺寸受限制的地方。,8.3 軸承材料及軸瓦結(jié)構(gòu),軸瓦材料應具有的性能： 摩擦系數(shù)?。?導熱性好，熱膨脹系數(shù)小； 耐磨、耐蝕、抗膠合能力強； 具有良好的跑合性和相容性

8、； 有足夠的機械強度和可塑性。,通常用兩層不同的金屬做成軸瓦，兩金屬在性能上取長補短。在工藝上可以用澆鑄或壓合的方法，將薄層材料粘附在軸瓦基體上，并稱其為軸承襯。 不完全液體潤滑軸承的工作能力與使用壽命在很大程度上取決于軸瓦或軸承襯的材料。,8.3.1 軸承材料,1. 軸承合金（又稱巴氏合金或白合金）,1）錫銻軸承合金,摩擦系數(shù)小，抗膠合能力強，耐蝕性好，對油的吸附性強，易跑合，是優(yōu)良的軸承材料。常用于高速、重載的軸承中。但其價格較貴且機械強度較差，只能作為軸承襯材料而澆鑄在鋼、鑄鐵或青銅軸瓦上。 為了較好的帖合，可在軸瓦上開出燕尾槽或螺旋槽。,2）鉛銻軸承合金,各方面性能與錫銻軸承合金相近，

9、但這種材料較脆，不宜承受較大的沖擊載荷。它一般用于中速、中載的軸承。,2. 青銅,優(yōu)缺點：,1）錫青銅 用于中速重載的軸承上。,2）鋁青銅 用于低速重載的軸承上。,3）鉛青銅 用于中速中載的軸承上。,青銅即可單獨制成軸瓦，又可將其澆鑄在鋼或鑄鐵軸瓦內(nèi)壁上。,強度高，承載能力大，耐磨性與導熱性都優(yōu)于軸承合金。但它的可塑性差，不易跑合，與之相配的軸頸必須淬硬。,3. 具有特殊性能的軸承材料,1）粉末冶金 用鐵粉和石墨粉或銅粉和石墨粉調(diào)勻后，直接壓制成軸瓦，然后在高溫下燒結(jié)，即成為多孔性的陶瓷結(jié)構(gòu)形狀的金屬。,含油軸承將其浸在潤滑油中，使燒結(jié)微孔中充滿潤滑油，便成了含油軸承。 粉末冶金韌性較小，只適

10、用于平穩(wěn)的無沖擊載荷及中小速度的情況下。,2）橡膠軸承襯 用硬化橡膠制成的，它具有較大的彈性，能減輕振動使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，并可以用水潤滑。,3）塑料軸承 具有摩擦系數(shù)低，可塑性、跑合性好，耐磨、耐蝕，可以用水、油及化學溶液潤滑等優(yōu)點。但它的導熱性差，膨脹系數(shù)較大，容易變形。為改善此缺陷，可將薄層塑料作為軸承襯材料粘附在金屬軸瓦上使用。,4）碳-石墨 碳-石墨是由不同量的碳和石墨組成的材料，石墨材料越多，材料越軟，摩擦系數(shù)越小。是電機電刷的常用材料，也是不良環(huán)境中的軸承材料。,5）灰鑄鐵或耐磨鑄鐵 價格低，但品質(zhì)不宜控制。用于不重要或低速輕載的軸承中。,8.3.2 軸瓦結(jié)構(gòu),1. 整體式軸瓦,2. 剖

11、分式軸瓦,軸瓦油溝開設原則,為了使?jié)櫥湍芨玫姆植嫉捷S瓦的整個工作表面，在軸瓦的非承載區(qū)或壓力較小的區(qū)域開設油溝和油孔，以利供油，同時避免降低軸承的承載能力。,王字油溝 螺旋槽式油溝 寬槽油溝 縱向油溝,8.4 潤滑劑和潤滑裝置,8.4.1 潤滑劑,潤滑劑的功用 ：降低摩擦功耗、減少磨損、冷卻、吸振和防銹等。,潤滑劑分類：液體潤滑劑潤滑油、半固體潤滑劑 潤滑脂和固體潤滑劑等。,1.潤滑油,粘度表征液體流動的內(nèi)摩擦性能。它是液體流動時內(nèi)摩擦阻力的量度。潤滑油的粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，流動性越差，因此，在壓力作用下，油不易被擠出，易形成油膜，承載能力強，但摩擦系數(shù)大，效率較低。,動力粘度：,運

12、動粘度：,液體密度,國際單位制：,粘-溫曲線：潤滑油的粘度隨著溫度的升高而降低。,潤滑油的粘度隨著壓力的升高而增大，但壓力不太高時（小于10 MPa），變化極小，可忽略不計。,絕對單位制：,牌號：我國的石油產(chǎn)品是用運動粘度（cSt）標定的，GB44389規(guī)定采用潤滑油在40C時的運動粘度中心值作為潤滑油的牌號,選用潤滑油的原則：考慮速度、載荷和工作情況。對于載荷大、溫度高的軸承易選用粘度大的油；載荷小、速度高的軸承宜選粘度較小的潤滑油。,2. 潤滑脂,特點及應用：密封簡單，不需經(jīng)常添加，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以應用。潤滑脂對載荷和速度的變化有較大的適應范圍，受溫度的影響不大，但摩

13、擦功耗較大，機械效率較低，故不宜用于高速。因此潤滑脂主要用于低速或帶有沖擊的機器。,由潤滑油和各種稠化劑（如鈣、鈉、鋁、鋰等金屬皂）混合稠化而成。,分類：,1）鈣基潤滑脂 具有耐水性，常用于60C以下的各種機器中的軸承潤滑，是目前使用最多一種潤滑脂。,2）鈉基潤滑脂 可用于115145C以下，但不耐水。,3）鋰基潤滑脂 性能優(yōu)良，耐水，適用在-20150C范圍內(nèi)工作，并可代替鈣基、鈉基潤滑脂。,2. 固體潤滑劑,分類：,1）石墨 性能穩(wěn)定，在350C以上才開始氧化，并可在水中工作。,2）聚四氟乙稀 摩擦系數(shù)低，只有石墨的一半。,3）二硫化鉬 與金屬表面吸附性強，摩擦系數(shù)低，使用溫度范圍也廣（-

14、60300C），但遇水則性能下降。,應用：一般在超出潤滑油和潤滑脂使用范圍才使用。常將固體潤滑劑調(diào)合在潤滑油中使用，也可以涂覆、燒結(jié)在摩擦表面形成覆蓋膜，或者用固結(jié)成型的固體潤滑劑嵌裝在軸承中使用，或者混入金屬或塑料粉末中燒結(jié)成型。,8.4.2 潤滑裝置,1. 間歇潤滑,可用于小型、低速或間歇運動的軸承。對于重要的軸承，必須采用連續(xù)供油的方法。,1）壓配式注油杯,2）旋套式注油杯,3）旋蓋式油脂杯,2. 連續(xù)潤滑,1）滴油潤滑 針閥油杯；油芯油杯,2）油環(huán)潤滑,3）飛濺潤滑,4）壓力循環(huán)潤滑,8.5 不完全液體潤滑軸承的計算,不完全液體潤滑軸承潤滑方式：,潤滑油潤滑，潤滑脂潤滑。,潤滑原理：,

15、靠吸附在金屬表面上的一層很薄的邊界油膜保護金屬不發(fā)生粘著破壞，這種邊界油膜大大改善了兩金屬表面的摩擦狀況。但仍不能完全避免磨損。,設計依據(jù)：,維持邊界油膜不遭破破裂，是不完全液體滑動軸承設計的依據(jù)。,由于邊界油膜的強度和破裂的溫度受多種因素的影響，十分復雜，其規(guī)律尚未完全被人們掌握。因此目前只能采用間接的條件性的計算方法加以限制。,實驗表明，若能限制pp，可以防止?jié)櫥蛷膬杀砻骈g擠出，造成過度磨損；限制pp，可以限制單位面積上的摩擦功耗fp，即控制溫升，防止邊界油膜的破裂，造成膠合；限制，可以防止局部p值過大，加速軸承磨損。,8.5.1 向心滑動軸承,已知軸承所受徑向載荷F (N)、軸頸轉(zhuǎn)速n

16、 (rpm)及軸頸直徑d (mm) ，軸承有效寬度B(mm)。,1. 軸承的壓強P,2. 軸承的p值,3. 軸承的滑動速度,寬徑比 B/d：軸瓦寬度與軸頸直徑之比。對于液體潤滑滑動軸承，常取B/d = 0.51；對于不完全液體潤滑滑動軸承，常取B/d = 0.81.5，有時可取更大些。,4. 軸承的配合,根據(jù)不同的使用要求，為了保證軸具有一定的旋轉(zhuǎn)精度，必須合理的選擇軸承的配合，以保證一定的間隙。常用的配合有：H9/ d9 ，H8/f7，H7/f6。,式中： p， p， 查書中表8.1。,綜合應用：,8.5.2 推力滑動軸承,實心式：,空心式：,式中：z為軸環(huán)數(shù)； m為軸環(huán)的平均速度,其中dm

17、為平均直徑,2. 軸承的p值,p， p 查表。,1. 軸承的壓強P,8.6 動壓潤滑的基本原理,獲得液體潤滑的主要方法：,利用軸頸本身回轉(zhuǎn)時的泵油作用，把油帶入摩擦面間，建立壓力油膜而把兩表面分開，用這種方法來實現(xiàn)液體潤滑的軸承稱為液體動壓軸承。,1. 液體靜壓軸承,在滑動表面間用足以平衡外載的壓力輸入潤滑油，人為地將兩表面分開，用這種方法來實現(xiàn)液體潤滑的軸承稱為液體靜壓軸承。,2. 液體動壓軸承,8.6.1 動壓油膜形成的機理,圖a）所示A，B兩板平行，板間充滿具有一定粘度的潤滑油，若板B靜止不動，板A以速度沿向左運動，這將造成其中的液體層層錯動。由于潤滑油的粘性及它與平板間的吸附作用，與板

18、B緊貼的流層與板B一致靜止不動，與板A緊貼的流層的流速等于板速，其他各流層的流速則按直線規(guī)律分布。這時板A，B之間帶進的油量等于帶出的油量，因此兩板間油量保持不變，板A不會下沉。若板A上承受載荷F時，油向兩側(cè)擠出 (圖b)，于是板A逐漸下沉，直到與板B接觸。這說明兩平行板之間不可能形成壓力油膜。,當兩板相互傾斜，板間的間隙沿運動方向由大到小呈收斂的楔形，如圖c）所示。當板A運動時，兩端的速度若按照虛線所示的三角形分布，則必然進油多而出油少。由于液體的不可壓縮性，必將在間隙內(nèi)“擁擠”而形成壓力，迫使進口端的速度曲線向內(nèi)凹，出口端的速度曲線向外凸。只要連續(xù)充分地提供一定粘度的潤滑油，并且A，B兩板

19、相對速度值足夠大，間隙內(nèi)形成的液體壓力是能夠穩(wěn)定存在并與外載F平衡的。這種借助相對運動而在軸承間隙中形成的壓力油膜稱為動壓油膜。圖c）還表明從截面a-a到c-c之間，各截面的速度圖各不相同，但必有一截面b-b，油的速度呈三角形分布，此處的油膜厚度為h0，且壓力達到最大值pmax 。,8.6.2液體動壓潤滑的基本方程-雷諾方程,1、液體動壓潤滑基本方程雷諾方程,（1）建模,研究對象：被潤滑油隔開作相對運動的兩剛體，一個以v運動，一個靜止。,為方便研究，作如下假設：,1）忽略p-效應（壓粘效應）,一般情況適用，對高副不適用（如齒輪）,2）油沿z方向無流動，即無限寬軸承,B（無限寬）：一維方程,3）

20、層流（一般中高速情況；特高速“湍流”、“紊流”）,4）油與表面吸附，一起運動或靜止,即：油層流速,y=0，u=v(板速),y=h，u=0(靜止板),5）不計油的慣性力和重力,6）油不可壓縮：=const,B為有限寬時：二維方程,（2）求解,針對“連續(xù)介質(zhì)”，通過取“微單元體”手段：,由于：,邊界條件,連續(xù)流動方程：任何截面沿x方向單位寬度流量qx相等,一維雷諾方程（RE）,2、油楔承載機理,p 積分油膜承載能力 平衡外載,可見，對收斂形油楔，油楔內(nèi)各處油壓大于入口、出口處油壓正壓力承載。,進口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負壓）,不能承載，相反使兩表面相吸。,若二板平行：,若二板無相對

21、運動：,若二板間流體黏度為零：,從公式可看出油膜壓力的變化與潤滑油的粘度、表面間滑動速度、間隙（油膜厚度）有關，利用這一公式可求出油膜上各點壓力P，根據(jù)油壓分布可算出油膜承載能力。,動壓油膜形成的條件：, 兩工作表面間必須構(gòu)成楔形間隙。 兩工作表面間必須有一定的相對滑動速度，其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，小截面流出。 兩工作表面間必須連續(xù)充滿具有一定粘度的液體。 此外，對于一定的載荷F，必須使速度，粘度及間隙等匹配恰當。,1）起動階段。,2）不穩(wěn)定潤滑階段，軸瓦摩擦力作用下“爬坡”。,8.7.1 動力潤滑狀態(tài)的建立過程,8.7 液體動力潤滑徑向軸承的計算,三階段：,8.7.2 幾何關系,1、固定參數(shù),R軸承孔半徑（D）；,r軸頸半徑（d）；,相對間隙：,；寬徑比：B/d。,2、動態(tài)參數(shù)（變參數(shù)）,偏心距：,偏心率：,表示偏心程度,最小油膜厚度：,（hmin）,任一位置處，油膜厚度h：,8.7.3 承載能力和索氏數(shù)S0, 軸承包角，軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對應的角度。,1+2 承載油膜角,1 油膜起始角,2 油膜終止角,p=pmax處：h=h0，=0,當B=，即無限寬軸承時，油沿軸向無流動，一維RE,得：,積分一次得任意處的油膜壓力p：,在1至2區(qū)間內(nèi)，沿外載荷方向單位寬度的油膜力為：,對有限寬軸承，若不計端泄，