机械设计第十章 滑动轴承

nullnull第十章 滑动轴承东北大学国家工科机 械基础课程教学基地目录目录§10-1 摩擦磨损润滑基础§10-2 滑动轴承概述 §10-4 流体动压润滑的基本理论§10-5 单油楔向心动压轴承设计计算§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 §10-1摩擦磨损与润滑基础 一、基本概念§10-1摩擦磨损与润滑基础 一、基本概念一、基本概念§10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态§10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态二、摩擦（润滑）状态1、干摩擦 ①摩擦表面间无润滑介质 ②摩擦系数在10-1量级2、边界摩擦 ①表面间形成较薄边界油膜（吸附、反应）， 有局部表面直接接触 ②摩擦系数在10-2量级 ③润滑效果取决于油的油性和极压性 　(粘度起次要作用)§10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态§10-1摩擦磨损与润滑基础 二、摩擦（润滑）状态3、液体摩擦4、混合摩擦①摩擦表面间有足够的润滑油 ②摩擦系数很小10-3量级， 　摩擦阻力为油膜剪切阻力 ③润滑效果取决于油的粘度①表面间边界摩擦、液体摩擦状态共存 ②摩擦系数在10-2～10-3量级 ③润滑效果取决于油的粘度和极压性null三、磨损1、磨损过程 ①跑和磨损：表面凸峰磨掉，粗糙度降低，载荷分布趋于均匀 ②稳定磨损：磨损速度缓慢稳定、决定机械零件的寿命 ③剧烈磨损：磨损速度急剧增加，(磨损量积累到一定程度， 精度下降，动载增加)使零件报废 磨损曲线跑和磨损稳定磨损剧烈磨损磨损量时间§10-1摩擦磨损与润滑基础 三、磨损§10-1摩擦磨损与润滑基础 三、磨损 §10-1摩擦磨损与润滑基础 三、磨损 2、磨损种类 ①粘着磨损：表面微凸体接触，“高压、高温”粘着焊合， （胶合） 相对运动撕脱，材料转移。 ②磨料磨损：表面微凸体脱落、外来硬质颗粒进入摩擦面间， 相对运动时起切削、碾压作用，致表面材料脱落。 ③疲劳磨损：交变接触应力反复作用、局部微裂纹扩展，材料脱 落形成麻点、微坑。 ④腐蚀磨损：表面材料与周围环境发生化学或电化学反应， 相对运动时，反应物脱落，表层材料转移。⑤复合磨损：多种磨损机理共存，磨损接续循环发生。§10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标§10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标四、润滑油的主要性能指标 1、粘度：液体内摩擦阻力大小的度量（粘性大小） b.因油性作用，边界处油与板同速 c.油的流动为层流，层间速度梯度du/dy， 相对滑动的剪切阻力为τNewton内摩擦定律：2、粘度的物理意义--Newton内摩擦定律 a.平行板间充满油，B定，A动（F作用下，速度U） §10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标§10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标动力粘度η： 速度梯度du/dy为1时， 液体内摩擦阻力大小3、粘度的单位 a.动力粘度η： 国际单位：常用单位：§10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标§10-1摩擦磨损与润滑基础 四、润滑油的主要性能指标b.运动粘度υ：国际单位：常用单位：注：国标规定，润滑油牌号按40 度时运动粘度的平均值确定. 例：N100工业齿轮油，40度时运动粘度的平均值为100cSt.(2)粘温特性：温度升高、粘度降低(3)粘压特性：压力升高、粘度增加(4)油性：油在摩擦表面吸附的能力(5)极压性：油膜抗压力破坏的能力§10-2 滑动轴承概述 一、滑动轴承结构特点 §10-2 滑动轴承概述 一、滑动轴承结构特点 一、滑动轴承结构特点1、滑动轴承结构：轴颈+轴瓦① 轴与瓦面接触，承载大、抗冲击； ② 油膜缓冲、减振、降噪； ③ 液体润滑状态摩擦系数小，寿命长； ④ 极限转速高； ⑤ 特殊结构要求：特大结构，滑动轴承成本低； ⑥ 剖分式结构：便于曲轴上安装； ⑦ 径向尺寸小； ⑧ 适合特殊工况：水、油、腐蚀、无润滑介质条件；2、特点§10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类 §10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类 二、滑动轴承分类1、按承载方式： 向心滑动轴承-承受径向载荷 推力滑动轴承-承受轴向载荷向心滑动轴承推力滑动轴承§10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类 §10-2 滑动轴承概述 二、滑动轴承分类 2、按摩擦状态： ① 非液体摩擦滑动轴承（边界、混合摩擦状态） 特点：结构简单、制造方便、成本低廉 应用：低速、一般不重要设备上 静压轴承动压轴承 特点：系统复杂、工作可靠 应用：低速、频繁启动，载荷或转速变化大场合 液动动压润滑轴承： ② 液体摩擦滑动轴承（液体润滑状态） 液体静压润滑轴承：特点：结构简单、要求制造精度高 应用：高速、高旋转精度，高载荷或转速变化小的场合轴径与轴瓦相对动，形成动压油 膜，使轴径与轴瓦由油膜分开 外界高压油输入轴承间隙， 轴径与轴瓦由油膜分开 §10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 一、失效形式与设计准则§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 一、失效形式与设计准则一、失效形式与设计准则1、失效形式：轴瓦的胶合、磨损2、设计准则：要求边界油膜具有足够的强度， 保证油膜存在， 减少轴瓦材料的磨损 （1）限制平均压强：pm<[p]-防止油膜破坏，金属直接接触。（2）限制pmv值：pmv<[pv]-限制摩擦发热过大，防止胶合。（3）限制滑动速度：v<[v]-防止边缘局部胶合磨损。§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计二、非液体摩擦向心滑动轴承设计2、确定轴的直径d：3、轴承宽度B：[p]—轴瓦材料的许用压强，Mpa（表10-5、6、7）1、选择材料§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 二、非液体摩擦向心滑动轴承设计4、验算压强：5、验算pv值：6、验算速度v：§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 三、非液体摩擦推力滑动轴承设计§10-3 非液体摩擦滑动轴承设计 三、非液体摩擦推力滑动轴承设计三、非液体摩擦推力滑动轴承设计2、根据结构和强度确定d2：1、选择材料3、d1=0.5d24、验算压强：5、验算pmvm值：6、验算vm值：FA-轴向载荷, N dm-轴径平均直径，mmK-考虑油沟使承载面积减少的系数§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程一、流体动压润滑基本方程-雷诺方程2、假设：1、模型建立：相互倾斜AB板， B 静止、 A板速度为U(1)忽略油层的重力和惯性力影响； (2)润滑油不可压缩；忽略粘压效应； (3)油压沿膜厚方向不变； (4) 油为牛顿流体，处于层流状态；§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程3、力平衡条件压力沿Ｘ方向与速度沿Ｙ方向的变化关系整理得：由牛顿粘性定律知：§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程对u两次积分：利用边界条件：流速方程：流速沿油膜后方向的分布规律线性项-剪切流非线性项-压力流§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程4、流量连续条件：x方向单位宽度流量为常数（无端泄）对qx求导：整理得：一维雷诺方程：对x积分:§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程§10-4 流体动压润滑基本理论 一、流体动压润滑基本方程雷诺方程的意义：§10-4 流体动压润滑基本理论 二、油楔承载机理§10-4 流体动压润滑基本理论 二、油楔承载机理二、油楔承载机理1、分析 2、形成流体动压润滑必要条件 ⑴两摩擦表面间必须有楔形间隙; ⑵两摩擦表面间必须有相对速度，且相对速度方向 使润滑油从大截面入从小截面出; ⑶润滑油有一定的粘度，且供油充分;§10-4 流体动压润滑基本理论 三、滑动轴承形成动压油膜过程§10-4 流体动压润滑基本理论 三、滑动轴承形成动压油膜过程三、滑动轴承形成动压油膜过程1、n=0时，轴颈处于最低位置，轴与瓦间形成楔形间隙；2、n＞0时，轴径旋转将油带入间隙 当n很小时：带入油量少，轴颈沿孔壁向上爬行； 当n增大时：带油量增加，楔形油膜产生动压力把轴径托起3、n=nw时：轴颈稳定在一个偏心位置上，油膜压力与外载荷平衡4、轴心的位置是外载荷、转速、润滑油粘度的函数。 动压演示n=0n>0n=nw§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 一、向心动压轴承几何参数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 一、向心动压轴承几何参数一、向心动压轴承几何参数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数二、承载能力与轴承特性系数S1、一维雷诺方程的基座标形式2、承载区任意点 处的油膜压力§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数3、 在外载荷方向分量4、无限宽轴承单位宽度油膜承载能力§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数5、有限宽轴承单位宽度油膜承载能力6、有限宽轴承总承载能力§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 二、承载能力与轴承特性系数§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度三、最小油膜厚度hmin§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 三、最小油膜厚度§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算四、轴承温升△t2、非压力供油轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 四、轴承温升计算§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择五、轴承参数选择§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择§10-5 单油楔向心动压润滑轴承的设计计算 五、轴承参数选择五、轴承参数选择 3、滑油黏度η 低速重在高黏油、高速清载低黏油。本章结束本章结束