滑動(dòng)軸承(南航王曉雷)

1、滑滑 動(dòng)動(dòng) 軸軸 承承南京航空航天大學(xué) 王曉雷主要內(nèi)容主要內(nèi)容： 摩擦和磨損；摩擦和磨損； 潤(rùn)滑的一般知識(shí)；潤(rùn)滑的一般知識(shí)； 滑動(dòng)軸承的類(lèi)型及其結(jié)構(gòu)形式；滑動(dòng)軸承的類(lèi)型及其結(jié)構(gòu)形式； 流體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本理論；流體動(dòng)壓潤(rùn)滑基本理論； 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑。滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑。概 述 摩擦：摩擦：在正壓力作用下，相互接觸的兩個(gè)在正壓力作用下，相互接觸的兩個(gè)物體在相對(duì)滑動(dòng)或有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在物體在相對(duì)滑動(dòng)或有相對(duì)滑動(dòng)趨勢(shì)時(shí)，在接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗滑動(dòng)的阻力的現(xiàn)接觸表面上就會(huì)產(chǎn)生抵抗滑動(dòng)的阻力的現(xiàn)象。象。 磨損：磨損：摩擦表面的物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移。摩擦表面的物質(zhì)喪失或轉(zhuǎn)移。 潤(rùn)滑：潤(rùn)滑：為了減少磨損和摩擦能量消耗

2、的手為了減少磨損和摩擦能量消耗的手段。段。公元前1800年，埃及達(dá)芬奇達(dá)芬奇 (1452 1519) 一、 摩擦摩擦的二重性 在發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率中，摩擦損失占48%，高于加速的35%，巡航的17%。 摩擦表面表面積與真實(shí)接觸面積 滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)1）干摩擦干摩擦：兩摩擦表面間：兩摩擦表面間無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純無(wú)任何潤(rùn)滑劑或保護(hù)膜的純凈金屬接觸時(shí)的摩擦凈金屬接觸時(shí)的摩擦（ f=0.70.8)。工程上通常。工程上通常把不出現(xiàn)顯著潤(rùn)滑現(xiàn)象的摩把不出現(xiàn)顯著潤(rùn)滑現(xiàn)象的摩擦作為干摩擦（擦作為干摩擦（ f=0.150.2) 。粘著2）流體摩擦流體摩擦：兩摩擦表面完：兩摩擦表面完全被流體層隔開(kāi)

3、。摩擦發(fā)生全被流體層隔開(kāi)。摩擦發(fā)生在固體與流體之間、流體內(nèi)在固體與流體之間、流體內(nèi)部，摩擦系數(shù)極小（部，摩擦系數(shù)極?。╢=0.01)。流體摩擦也稱為流體潤(rùn)滑。流體摩擦也稱為流體潤(rùn)滑。 滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)3）邊界摩擦邊界摩擦：兩摩擦表面各附：兩摩擦表面各附有一層極薄的邊界膜，兩表面仍有一層極薄的邊界膜，兩表面仍有凸峰接觸。有凸峰接觸。邊界膜：吸附膜（物理吸附邊界膜：吸附膜（物理吸附分分子引力，化學(xué)吸附子引力，化學(xué)吸附化學(xué)鍵力）、化學(xué)鍵力）、化學(xué)反應(yīng)膜（化合物）?；瘜W(xué)反應(yīng)膜（化合物）。 滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)4）混合摩擦混合摩擦：兩摩擦表面間同時(shí)存在干摩擦、：兩摩擦表面間同時(shí)存在干

4、摩擦、流體摩擦、邊界摩擦。流體摩擦、邊界摩擦。 滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)滑動(dòng)摩擦的分類(lèi)摩擦特性曲線摩擦特性曲線摩擦系數(shù)粘度 速度/壓力二、磨損時(shí)間磨損率跑和，磨合正常磨損劇烈磨損浴盆曲線粘著磨損切削磨損疲勞磨損腐蝕磨損Ploughing Wedge formation Cuttingn軸頸軸頸n軸瓦軸瓦滑動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)滑動(dòng)軸承的基本結(jié)構(gòu)按承載能力分為按承載能力分為：1）向心滑動(dòng)軸承（承受徑向載荷）；）向心滑動(dòng)軸承（承受徑向載荷）；2）推力滑動(dòng)軸承（承受軸向載荷）；）推力滑動(dòng)軸承（承受軸向載荷）；3）向心推力滑動(dòng)軸承（承受徑向和軸向載荷）。）向心推力滑動(dòng)軸承（承受徑向和軸向載荷）?；瑒?dòng)軸承的類(lèi)型？滑動(dòng)軸

5、承的類(lèi)型？向心滑動(dòng)軸承向心滑動(dòng)軸承整體式、剖分式和調(diào)心式。整體式、剖分式和調(diào)心式。上軸瓦軸承座軸承蓋下軸瓦螺柱軸承座軸承蓋 推力滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承 端面推力軸承、軸環(huán)推力軸承。端面推力軸承、軸環(huán)推力軸承。dFadd0FaFadd0Fadd0(a)(b)(c)(d)實(shí)心端面實(shí)心端面 空心端面空心端面dFadd0FaFadd0Fadd0(a)(b)(c)(d)單環(huán)及多環(huán)式軸環(huán)推力軸承單環(huán)及多環(huán)式軸環(huán)推力軸承單環(huán)式單環(huán)式 多環(huán)式多環(huán)式軸瓦結(jié)構(gòu)軸瓦結(jié)構(gòu)在結(jié)構(gòu)上有整體式（軸套）和剖分式。在結(jié)構(gòu)上有整體式（軸套）和剖分式。薄壁軸瓦薄壁軸瓦厚壁軸瓦厚壁軸瓦整體軸瓦整體軸瓦卷制軸套卷制軸套 為了具有足夠的強(qiáng)

6、度和良好的減磨性，軸為了具有足夠的強(qiáng)度和良好的減磨性，軸瓦通常由多種材料制成（軸承襯為瓦通常由多種材料制成（軸承襯為0.56mm)。軸承襯軸承襯 為了將潤(rùn)滑劑引入整個(gè)摩擦區(qū)，在軸瓦為了將潤(rùn)滑劑引入整個(gè)摩擦區(qū)，在軸瓦的非承載區(qū)開(kāi)有油孔、油溝和油室。的非承載區(qū)開(kāi)有油孔、油溝和油室。 四、軸承材料四、軸承材料( (軸瓦和軸承襯）軸瓦和軸承襯）失效形式：磨損、膠合、疲勞、軸承襯脫落。失效形式：磨損、膠合、疲勞、軸承襯脫落。軸瓦材料具有性能：軸瓦材料具有性能：強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度和塑性減磨性和耐磨性減磨性和耐磨性容易跑合容易跑合良好的導(dǎo)熱、防腐蝕和抗膠合性能良好的導(dǎo)熱、防腐蝕和抗膠合性能工藝性好工藝性好價(jià)格便

7、宜價(jià)格便宜常用的軸瓦和軸承襯材料1、軸承合金巴氏合金，工作溫度150C錫銻軸承合金ZSnSb11Cu6, ZSnSb8Cu4鉛銻軸承合金ZPbSb16Sn16Cu2ZPbSb15Sn5Cu32、銅合金鑄造鋁青銅鑄錫鋅鉛青銅鑄錫磷青銅鑄造黃銅3、鑄鐵4、粉末冶金多孔鐵多孔鋁多孔青銅5、非金屬材料滑動(dòng)軸承油潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑固體潤(rùn)滑，含油潤(rùn)滑，無(wú)潤(rùn)滑流體摩擦滑動(dòng)軸承非流體摩擦滑動(dòng)軸承流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承流體靜壓潤(rùn)滑軸承非流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的失效非流體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的失效失效：主要為磨損或失效：主要為磨損或膠合膠合。疲勞點(diǎn)蝕疲勞點(diǎn)蝕 表面劃傷表面劃傷 軸瓦磨損軸瓦磨損流體動(dòng)壓潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的承載原理流體動(dòng)壓潤(rùn)滑滑動(dòng)軸

8、承的承載原理 利用摩擦表面的幾利用摩擦表面的幾何形狀和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，何形狀和相對(duì)運(yùn)動(dòng)，并借助粘性流體動(dòng)并借助粘性流體動(dòng)力學(xué)的作用，使?jié)櫫W(xué)的作用，使?jié)櫥瑒┻M(jìn)入兩摩擦表滑劑進(jìn)入兩摩擦表面之間形成壓力油面之間形成壓力油膜，從而將兩摩擦膜，從而將兩摩擦表面分開(kāi)。表面分開(kāi)。 1. 流流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程體動(dòng)壓潤(rùn)滑的基本方程 考慮兩塊剛性平板考慮兩塊剛性平板A和和B中間充滿潤(rùn)滑油，板中間充滿潤(rùn)滑油，板B靜止不動(dòng)，板靜止不動(dòng)，板A以速度沿以速度沿x方向移動(dòng)。方向移動(dòng)。在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)的基本假設(shè)：在建立數(shù)學(xué)模型時(shí)的基本假設(shè)：1）層流；）層流；2）不可壓；）不可壓；3）忽略油的質(zhì)量；）忽略油的質(zhì)量；4）摩擦面為

9、理想）摩擦面為理想 光滑的，并與油光滑的，并與油 液間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；液間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)；5）無(wú)）無(wú)z方向流動(dòng)。方向流動(dòng)。潤(rùn)滑油內(nèi)存在著層與層間的摩擦切應(yīng)力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到下面的關(guān)系式： 此式稱為牛頓粘性定律。式中，u為油層中任一點(diǎn)的速度；du/dy是該點(diǎn)的速度梯度；比例常數(shù)定義為流體的動(dòng)力粘度（常簡(jiǎn)稱為粘度）。 udydu1）兩表面成楔狀；）兩表面成楔狀；2）潤(rùn)滑油要具有）潤(rùn)滑油要具有一定的粘度；一定的粘度；3）兩表面間有一）兩表面間有一定的相對(duì)速度定的相對(duì)速度V，且能使?jié)櫥邤D且能使?jié)櫥邤D壓趨勢(shì)。壓趨勢(shì)。2.2.流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的流體動(dòng)壓潤(rùn)滑的必要條件：必要條件：P max306hhhVxp3.

10、3.滑動(dòng)軸承的主要形式及參數(shù)滑動(dòng)軸承的主要形式及參數(shù) 圓柱軸承圓柱軸承 是軸瓦的包角。是軸瓦的包角。橢圓軸承橢圓軸承R為軸承半徑為軸承半徑(D為直徑為直徑)； r為軸頸半徑為軸頸半徑(d為直徑為直徑)； h為任一位置為任一位置 處的油膜厚度；處的油膜厚度；c=R r為半徑間隙；為半徑間隙；W為外載荷；為外載荷； 為偏位角；為偏位角； =c/R為間隙比；為間隙比；e為偏心距；為偏心距； =e/c為偏心率；為偏心率；h min =c e為最小油膜厚度；為最小油膜厚度；H min = h min /c= 1 為最小為最小油膜厚度；油膜厚度；L 為軸為軸瓦的有效長(zhǎng)度；瓦的有效長(zhǎng)度；L/D為長(zhǎng)徑比。為長(zhǎng)

11、徑比。4. 潤(rùn)滑軸承的工作狀態(tài)潤(rùn)滑軸承的工作狀態(tài)無(wú)限短軸承的壓力分布：無(wú)限短軸承的壓力分布：L2R滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑1. 潤(rùn)滑劑的類(lèi)型潤(rùn)滑劑的類(lèi)型1）液體：液體：礦物油、動(dòng)物油、植物油、合成油。礦物油、動(dòng)物油、植物油、合成油。2）氣體：氣體：空氣、氫氣、水蒸汽、液態(tài)金屬蒸汽?？諝?、氫氣、水蒸汽、液態(tài)金屬蒸汽。3）脂：脂：用稠化劑將潤(rùn)滑油稠化成膏狀。用稠化劑將潤(rùn)滑油稠化成膏狀。4）固體：固體：無(wú)機(jī)化合物無(wú)機(jī)化合物石墨、二硫化鉬，硼砂。石墨、二硫化鉬，硼砂。 有機(jī)化合物有機(jī)化合物金屬皂、動(dòng)物蠟。金屬皂、動(dòng)物蠟。 2. 潤(rùn)滑劑的主要性能指標(biāo)潤(rùn)滑劑的主要性能指標(biāo)1）粘度：粘度：流體抵抗剪切變

12、形的能力，表示流體內(nèi)摩擦阻流體抵抗剪切變形的能力，表示流體內(nèi)摩擦阻力的大小。當(dāng)潤(rùn)滑油呈層流流動(dòng)時(shí)，各油層間力的大小。當(dāng)潤(rùn)滑油呈層流流動(dòng)時(shí)，各油層間的剪應(yīng)力的剪應(yīng)力 與速度梯度與速度梯度d u/d y成正比成正比 =- d u/d y 其中其中 稱為動(dòng)力粘度或絕對(duì)粘稱為動(dòng)力粘度或絕對(duì)粘度度。符合此關(guān)系的流體稱為。符合此關(guān)系的流體稱為牛頓流體牛頓流體。單位：?jiǎn)挝唬?的國(guó)際單位制量綱為的國(guó)際單位制量綱為Pas，1Pas=1Ns/m21dyns/cm2=1P(泊）泊） P/100=1cP（厘泊）（厘泊）1Pas=10P=1000cP運(yùn)動(dòng)粘度運(yùn)動(dòng)粘度:v= / (m2/s) 1 m2/s=1St（斯）（

13、斯）=100cSt（厘斯）（厘斯）2）油性：油性：形成吸附膜的能力；形成吸附膜的能力； 油性添加劑是由極性非常強(qiáng)的長(zhǎng)鏈型分子組成, 在常溫條件下即可與金屬表面形成吸附膜。也有人提出: 在中等溫度和輕載荷條件下, 油性添加劑能夠形成厚的高粘性厚膜。良好的油性劑除要求極性團(tuán)與金屬表面具有很強(qiáng)的吸附力之外, 為了完全隔開(kāi)摩擦表面和得到低的摩擦系數(shù),極性分子的組成應(yīng)包含多于1214 個(gè)碳原子數(shù)。3）極壓性能：極壓性能：潤(rùn)滑油中活性分子與摩擦表面形成潤(rùn)滑油中活性分子與摩擦表面形成抗磨損、耐高壓化學(xué)反應(yīng)膜的能力；抗磨損、耐高壓化學(xué)反應(yīng)膜的能力； 金屬摩擦副承受高速重載荷時(shí)產(chǎn)生大量的熱, 通常的抗磨劑形成的

14、表面膜不能承受這種高溫重載條件。而極壓添加劑與金屬表面生成較強(qiáng)的化學(xué)反應(yīng)膜, 可防止金屬表面擦傷甚至燒結(jié)。通常把這種苛刻的邊界潤(rùn)滑叫做極壓潤(rùn)滑, 因此這種添加劑稱為極壓添加劑。4）凝點(diǎn)：凝點(diǎn)：潤(rùn)滑油凝固時(shí)的溫度；潤(rùn)滑油凝固時(shí)的溫度；5）閃點(diǎn)：閃點(diǎn)：潤(rùn)滑油在火焰下閃爍時(shí)的最低溫度潤(rùn)滑油在火焰下閃爍時(shí)的最低溫度；6）滴點(diǎn)：滴點(diǎn)：潤(rùn)滑脂受熱開(kāi)始滴下的溫度；潤(rùn)滑脂受熱開(kāi)始滴下的溫度；7）針入度：針入度：用標(biāo)準(zhǔn)錐針在用標(biāo)準(zhǔn)錐針在5s時(shí)間內(nèi)沉入潤(rùn)滑脂試時(shí)間內(nèi)沉入潤(rùn)滑脂試樣的深度。樣的深度。 3. 潤(rùn)滑劑的選擇潤(rùn)滑劑的選擇 滑動(dòng)軸承中應(yīng)用最多的潤(rùn)滑劑是潤(rùn)滑油。對(duì)于流體潤(rùn)滑動(dòng)軸承中應(yīng)用最多的潤(rùn)滑劑是潤(rùn)滑油。對(duì)于流體潤(rùn)滑主要考慮潤(rùn)滑油的粘度；對(duì)于非液體潤(rùn)滑主要考慮潤(rùn)滑滑主要考慮潤(rùn)滑油的粘度；對(duì)于非液體潤(rùn)滑主要考慮潤(rùn)滑油的油性。表油的油性。表11.12。 對(duì)于要求不高或擺動(dòng)工作的非液體潤(rùn)滑軸承，可選用潤(rùn)對(duì)于要求不高或擺動(dòng)工作的非液體潤(rùn)滑軸承，可選用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。工業(yè)上常用的潤(rùn)滑脂有鈣基潤(rùn)滑脂滑脂潤(rùn)滑。工