非液体摩擦滑动轴承的设计计算.

合集下载

机械设计基础--第十一章(轴承)

Fundamentals of Machine Design
（第十一章）
第十二章轴承
一、基本内容及学习要求二、学习指导三、典型实例分析四、复习题五、复习题参考答案
回目录
一、基本内容及学习要求
1．基本内容 ⑴ 滑动轴承的结构类型及特点； ⑵ 轴瓦的材料与结构； ⑶ 滑动轴承的润滑； ⑷ 非液体摩擦滑动轴承的计算； ⑸ 滚动轴承的类型及特点，滚动轴承的代号； ⑹ 滚动轴承的类型选择； ⑺ 滚动轴承的失效形式； ⑻ 滚动轴承的疲劳寿命计算和静强度计算。
二、学习指导
4. 轴瓦。轴瓦是滑动轴承中的关键零件，其工作表面既是承载表面，又是摩擦表面。因此，轴瓦的材料选取是否适当以及结构是否合理，对滑动轴承的性能将产生很大的影响。
⑴ 轴瓦和轴承衬的材料
① 对轴承材料的基本要求是：要有足够的强度；良好的减摩性和耐磨性；良好的塑性、顺应性和嵌入性；良好的导热性和抗胶合性。
b) 钠基润滑脂：有较好的耐热性（使用温度可达 140oC ），但耐水性较差；
c) 锂基润滑脂：其耐热性和耐水性都较好，使用温度在－20oC~150oC 。
二、学习指导
润滑脂常用于低速、重载和为避免润滑油流失或不易加润滑油的场合。
润滑脂的主要性能指标是针入度和滴点。针入度表示润滑脂的粘稠程度，它是用150g的标准圆锥体放于25oC的润滑脂中，经5s后沉入的深度（单位为 0.1mm）表示。针入度愈小，则润滑脂越粘稠。滴点是指润滑脂在滴点计中受热后滴下第一点油时的温度，滴点标志润滑脂的耐高温能力。选用时应使润滑脂的滴点高于工作温度20oC以上。
二、学习指导
③ 固体润滑剂。固体润滑剂有石墨、二硫化钼（MoS2）、聚四氟乙烯等。它通常与润滑油或润滑脂混合使用，也可以单独涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜，或者混入金属或塑料粉末中烧结成形，制成各种耐磨零件。石墨性能稳定，在 350oC 以上才开始氧化，并可在水中工作。聚四氟乙烯摩擦因数低，只有石墨的一半。二硫化钼吸附性强，摩擦因数低，适用温度范围广（－60oC~300oC ），但遇水后性能会下降。

机械设计(9.4.2)--非液体摩擦滑动轴承的计算思考题

10-4 第十章非液体摩擦滑动轴承设计
1、非液体摩擦滑动轴承设计准则是什么？
轴承的平均压强小于材料的许用压强p<[p]；压力和速度的乘积小于许用值pv<[pv]；滑动速度小于轴瓦材料的许用滑动速度v<[v]；
2、非液体摩擦滑动轴承计算中，限定p<[p]、pv<[pv]、v<[v] 各考虑什么问题？答：p<[p]—防止轴瓦过度磨损；
pv<[pv]—限制发热量，避免胶合；
v<[v]—防止轴瓦边缘局部磨损。

3、在设计液体动压滑动轴承时，是否要进行非液体摩擦滑动轴承的计算，为什么？
要进行非液体摩擦滑动轴承的计算。

因为滑动轴承并不是在所有情况下都能够建立流体动力润滑，实际上，多数滑动轴承处于非液体摩擦状态，即在滑动表面上同时存在着干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态。

4、液体动压和静压滑动轴承在起动和停车时，摩擦状态有何差异？
液体动压滑动轴承在起动和停车时，轴颈和轴承主要是金属相接触，液体静压
滑动轴承由于是液压系统供给压力油，在起动和停车时仍然是液体摩擦状态。

5、是否所有的轴承都应设计成液体摩擦轴承？为什么？
不用，在不重要的工作场合，不能保证液体摩擦并且满足非液体摩擦滑动轴承的设计要求时可以选择非液体摩擦轴承。

滑动轴承

第八章滑动轴承8.1 重点、难点分析本章的重点内容是滑动轴承轴瓦的材料及选用原则；非液体摩擦滑动轴承的设计准则及设计计算；液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算。

难点是液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算及参数选择。

8.1.1 轴瓦材料及其应用对轴瓦材料性能的要求：具有良好的减摩性、耐磨性和咬粘性；具有良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性；具有足够的强度和抗腐蚀的能力和良好的导热性、工艺性、经济性等。

常用轴瓦材料：金属材料、多孔质金属材料和非金属材料。

其中常用的金属材料为轴承合金、铜合金、铸铁等。

8.1.2 非液体摩擦滑动轴承的设计计算对于工作要求不高、转速较低、载荷不大、难于维护等条件下的工作的滑动轴承，往往设计成非液体摩擦滑动轴承。

这些轴承常采用润滑脂、油绳或滴油润滑，由于轴承得不到足够的润滑剂，故无法形成完全的承载油膜，工作状态为边界润滑或混合摩擦润滑。

非液体摩擦轴承的承载能力和使用寿命取决于轴承材料的减摩耐磨性、机械强度以及边界膜的强度。

这种轴承的主要失效形式是磨料磨损和胶合；在变载荷作用下，轴承还可能发生疲劳破坏。

因此，非液体摩擦滑动轴承可靠工作的最低要求是确保边界润滑油膜不遭到破坏。

为了保证这个条件，设计计算准则必须要求：p≤[p]，pv≤[pv]，v≤[v]限制轴承的压强p，是为了保证润滑油不被过大的压力挤出，使轴瓦产生过度磨损；限制轴承的pv值，是为了限制轴承的温升，从而保证油膜不破裂，因为pv值是与摩擦功率损耗成正比的；在p及pv值经验算都符合要求的情况下，由于轴发生弯曲或不同心等引起轴承边缘局部压强相当高，当滑动速度高时，局部区域的pv值可能超出许用值，所以在p较小的情况下还应该限制轴颈的圆周速度v。

8.1.3液体动力润滑径向滑动轴承设计计算液体动力润滑的基本方程和形成液体动力润滑（即形成动压油膜）的条件已在第一章给出，这里不再累述。

1．径向滑动轴承形成动压油膜的过程径向滑动轴承形成动压油膜的过程可分为三个阶段：（1）起动前阶段，见图8-1a；（2）起动阶段，见图8-1b；（3）液体动力润滑阶段，见图8-1c；图8-1 径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程对于这一形成过程应掌握如下要点：（1）从轴颈开始转动到轴颈中心达到静态平衡点的过程分析；（2）在给定载荷、轴颈转动方向及偏心距e的大小时，如何确定轴颈的平衡位置；（3）确定轴颈平衡位置后，油膜压力分布的大致情况以及最小油膜厚度h min的位置；（4）影响轴颈静态平衡点位置的主要因素有外载荷F，润滑油粘度η和轴颈转速n。

完整的轴承选型计算方法

轴瓦得材料
减摩性:材料副具有较低得摩擦系数。耐磨性:材料得抗磨性能,通常以磨损率表示。抗咬粘性(胶合):材料得耐热性与抗粘附性。摩擦顺应性:材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良得能力。
嵌入性:材料容纳硬质颗粒嵌入,从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损得性能。
磨合性:轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后,形成相互吻合得表面形状与粗糙度得能力(或性质)。
§7-4 非液体摩擦滑动轴承得设计
一、失效形式
1、磨损
导致轴承配合间隙加大,影响轴得旋转精度,甚至使轴承不能正常工作。
2、胶合
高速重载且润滑不良时,摩擦加剧,发热多,使轴承上较软得金属粘焊在轴颈表面而出现胶合。
二、设计准则
B
Fr
1、限制轴承得压强 p :
d
目得 — 防止轴瓦过度磨损。
平均压强: p Fr [ p] MPa dB
(5)、根据调心性能轴刚性差、轴承座孔同轴度差或多点支承
—— 选调心轴承( “1” 类或 “2” 类 );
§11-5 滚动轴承得寿命计算
一、滚动轴承得载荷分析
Qi
各滚动体上得受力情况如何？
当轴承仅受到纯轴向力 Fa 作用时:
Fa
载荷由各滚动体平均分担,即:
Qi ＝ Qj
Qj
当轴承仅受到纯径向力 Fr 作用时: 接触点产生弹性变形,内圈下沉δ,
此外还应有足够得强度与抗腐蚀能力、良好得导热性、工艺性与经济性。
常用轴瓦材料有: 金属材料 —轴承合金(巴氏合金、白合金)就是由锡、铅、锑、铜等组成得合金 —铜合金分为青铜与黄铜两类。 —铸铁有普通灰铸铁、球墨铸铁等。
粉末冶金材料 —由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成得多孔隙轴瓦材料。

基于ANSYS的非液体摩擦球面滑动轴承的优化设计

的目标函数必须有解析式的弱点，介绍了优化设计的过程及优化结果。关键词：滑动轴承；ＮＹ；化设计ＡＳＳ优中图分类号：ＨＩ３３０４．１Ｔ３．；２２２文献标志码：Ａ文章编号：０３６（０７０ＯＯ１０— ７２２０）２－Ｏ４—００２
ＡｂｔａｔＵｓｎｈｐｍｉａｏｅｉｎｆｎｔｎｏｓｒｃ：ｉｇｔｅｏｔｚｔｎｄｓｇｕｃｏｆＡＮＳｏｗａｅｈｅｏｔｚｔｎｄｉｓｍａｅｆｒｎｎ—ｌｕｄｉｉｉＹＳｓｆｒ，ｔｐｉａｏｅｇｉｔｍｉｉｓｎｄｏｏｉｉｑ
ｆｃｏｐｅｃｌｌｉｇｂａｎｓｗｉｏｑｅｅｗａｎｓａｏｊｔｅｆｎｔｎｏａｔｎｏｔｉｔｎｄｉｉｉｒｔｎｓｈｒａｓｄｅｒｇ，ｈｈｃｎｕｒｈｅｋｅｓｔｔｂｅｉｕｃｏｆｒｄｉｐｍｚｉｅｇｉｉｎｉｃｔｈｃｖｉｔｉｏｉａｏｓｎ
Ｍｏｇｌｈｉｏｔｆｃ，ｈｉ０６０，ｈｎ；．ｎｅｎｏａＷｕａＭａｔｎＲｉｏｄＳｇｅｔＷｕａ０６０，ｈａｎｏａｉＷｕａＰｓＯｉＷｕａ，１００Ｃｉ３ＩｎｒｅａＭｏｇｌｈｉｉａａｌａｅｍｎ，ｈ１００Ｃｉ）ｉｎｉｒｉｎ
，
（ＩＣｌｇｆｃａｉｌｎｉｅｉｇＩｅｎｏａＵｉｅｉｆｃｎｅａｄＴｃｎｌｙＢｏｕ０４１，ｈｎ；．ｎｒ．ｏｅｅｏＭｅｈｎｃｇｅｒ，ｎｒｌａＥｎｎｎＭｏｇｌｎｖｒｔｏｉｃｎｅｈｏｇ，ａｔ１００Ｃｉａ２ＩｅｉｓｙＳｅｏｏｎ

《机械设计基础》第15章滑动轴承

τ
P＋dp τ＋dτ
雷诺耳实验（1883年）——层流与湍流的现象
雷诺方程：
h0 - h dp = 6ηv dx h3
其中：p——油膜压力 η——润滑油粘度 V——速度 h——间隙厚度（油膜厚度） h0——油膜压力为极限值时的间隙厚度
分析雷诺方程：
（1）当相对运动的两表面形成收敛油楔时。即能保证移动件带着油从大口走 u 向小口。 o
形成动压润滑的条件：（1）相对运动的两表面形成收敛油楔时。（2）两表面必须有一定的相对速度。
（3）润滑油必须有一定的粘度，并供油充分。
（4）油膜的最小厚度应大于两表面不平度之和。
例：试判断下列图形能否建立动压润滑油膜？
v v v v
向心滑动轴承形成动压油膜的过程：
F F FF F
o
o1 o1 o o1 1 o1
润滑脂（黄油）固体润滑剂
钙基、钠基、铅基、锂基等。
石墨、二流化钼、聚氟乙烯树脂等（用于高温下的轴承）。
空气、氢气等（只用于高速、高温以及原子能工业等特殊场合）
气体润滑剂
●润滑剂的主要指标：
（1）粘度——是润滑油最重要的物理性能指标，是选择润滑油的主要依据，它标志着流体流动时内摩擦阻力的大小。粘度越大，内摩擦阻力越大，即流动性越差。（2）凝点——是润滑油冷却到不能流动时的温度。凝点越低越好。（3）闪点——是润滑油在靠近试验火焰发生闪燃时的温度。闪点是鉴定润滑油耐火性能的指标。在工作温度较高和易燃环境中，应选用闪点高于工作温度 20°~30°C的润滑油。（4）油性——是指润滑油湿润或吸附在表面的能力。吸附能力越强，油性越好。（5）滴点——是指润滑脂受热后开始滴落时的温度。润滑脂使用工作温度应低于滴点20°~30°C，低于40°~ 60°更好。（6）针入度（稠度）——是表征指润脂稀稠度的指标。针入度越小，表示润滑脂越稠；反之，流动性越大。

滑动轴承设计

滑动轴承的设计准则，是根据其工作方式及特点确定的。

对于非流体摩擦状态的滑动轴承，或称混和摩擦状态滑动轴承，保证其轴瓦材料的使用性能是主要任务；对于流体润滑轴承，设计重点则主要集中在如何在给定的工况下，构造具有合理几何特征的轴颈和轴瓦，使之能在工作过程中依赖流体内部的静动压力承载。

1．非流体润滑状态滑动轴承的设计准则对于非流体润滑、混和润滑和固体润滑状态工作的滑动轴承，常用限制性计算条件来保证其使用功能。

此设计条件也可作为流体润滑轴承的初步设计计算条件。

（1）轴承承载面平均压强的设计计算由于过大的表面压强将对材料表面强度构成威胁，并会加速轴承的磨损，因此在设计中应满足:其中：P——轴承承载面上压强，MPa；F——轴承载荷，N；A——轴承承载面积，mm2；[P]——轴承材料的许用压强，MPa。

对于径向轴承，一般只能承担径向载荷:其中：F——轴承径向载荷，N；D——轴承直径，mm；B——轴承宽度，mm。

DB是承载面在F方向上的投影面积。

推力轴承一般仅能承担轴向载荷，对于环形瓦推力轴承:其中：F——轴承轴向载荷，N；D2、D1——轴承承载环面外径、内径，mm。

(2) 轴承摩擦热效应的限制性计算滑动轴承工作时，其摩擦效应引起温度升高，摩擦热量的产生与单位面积上的摩擦功耗成正比，而轴承承载面压强p与速度v的乘积通常用来表征滑动轴承的摩擦功耗，称为pv值。

滑动轴承设计中，用限制pv值的办法，控制其工作温升，其设计准则为：其中：P——轴承承载面上压强，MPa；对于径向和推力轴承；V——轴承承载面平均速度，m/s；[Pv}——轴承许用Pv值。

其中：D——轴承平均直径，0.001m；n——轴颈与轴瓦的相对转速，。

这样，上式也可写为:(3) 轴承最大滑动速度的条件性计算非液体摩擦状态工作的滑动轴承，其工作表面相互接触，当相对滑动速度很高时，其工作表面磨损加速，此项计算对于轻载高速轴承尤为重要。

设计准则为:其中：v——轴承承载面最大线速度，m/s；[v]——轴承许用线速度。

机械设计基础复习题2要点

机械设计基础复习题（二）第八章蜗杆传动复习题⒈判断题(1) 所有蜗杆传动都具有自锁性。

（×）(2) 蜗杆传动的接触应力计算，其目的是为防止齿面产生点蚀和胶合失效。

（√）(3) 蜗杆传动中，为了使蜗轮滚刀标准化、系列化，新标准中，将蜗杆的分度圆直径定为标准值。

（√）⒉选择题1. 两轴线 C 时，可采用蜗杆传动。

a．相交成某一角度 b．平行 c．交错 d．相交成直角2 计算蜗杆传动比时，公式 C 是错误的。

a．i＝ω1/ ω2 b．i＝z2/ z1 c．i＝d2/ d13. 轴交角为90˚的阿基米德蜗杆传动，其蜗杆的导程角γ＝8˚8΄30˝（右旋），蜗轮的螺旋角应为 B 。

a．81˚51΄30˝ b．8˚8΄30˝ c．20˚ d．15˚4. 对于重要的蜗杆传动，应采用 B 作蜗轮齿圈材料。

a．HT200 b．ZCuSn10Pb1 c．40Cr调质 d．18CrMnTi渗碳淬火5. 当蜗杆头数增加时，传动效率 B 。

a．减小 b．增加 c．不变⒊问答题(1) 蜗杆传动有哪些特点？适用于哪些场合？为什么？大功率传动为什么很少用蜗杆传动？(2) 何谓蜗杆传动的中间平面？何谓蜗杆分度圆直径？(3) 一对阿基米德圆柱蜗杆与蜗轮的正确啮合条件是什么？(4) 蜗杆传动的传动比等于什么？为什么蜗杆传动可得到大的传动比？为什么蜗杆传动的效率低？(5) 蜗杆传动中，为什么要规定d1与m 对应的标准值？第九章轮系复习题1 选择题(1) _C___轮系中的两个中心轮都是运动的。

a．行星 b．周转 c．差动(2) __A__轮系中必须有一个中心轮是固定不动的。

a．行星 b．周转 c．差动(3) 要在两轴之间实现多级变速传动，选用A轮系较合适。

a．定轴 b．行星 c．差动(4) 自由度为1的轮系是B。

a．周转 b．行星 c．差动(5) 差动轮系的自由度为 C 。

a．1 b．1或2 c．2(6) 在平面定轴轮系中，传动比的符号可由B决定。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

d、B 为轴颈直径和工作长度，单位mm；
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
13
三、不完全液体润滑轴承的计算 4. p ≤[p] （5）--参数许用压强[P]
P202表4-19
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
14
三、不完全液体润滑轴承的计算 5. pv≤[pv] （1）--公式
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出பைடு நூலகம்
5
一、滑动轴承的失效形式
5.胶合
当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂
时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和
迁移，造成轴承损伤；
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
6
二、滑动轴承的设计计算
（1）轴承的型式和结构选择；（2）轴瓦的结构和材料选择；（3）轴承的结构参数设计；（4）润滑剂及其供应量的确定；（5）轴承工作能力及热平衡计算。
P202表4-19
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
16
三、不完全液体润滑轴承的计算
3. v≤[v] （1）-- 公式
v
dn
60000
[v ]
[v]为许用速度值，单位m/s
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
17
三、不完全液体润滑轴承的计算
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
10
三、不完全液体润滑轴承的计算 4. p ≤[p] （1）--公式
F p [ p] Bd
式中：F为轴承径向载荷，单位N； d、B 为轴颈直径和工作长度，单位mm；
[P]为许用压强，单位MPa。
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
4.3.3 滑动轴承的设计计算
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
下一页
课间休息
退出
1
一、滑动轴承的失效形式
1.磨粒磨损
进入轴承间隙硬颗粒有的随轴转动，对轴承表面起研磨作用；
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
下一页
课间休息
退出
2
一、滑动轴承的失效形式
2.刮伤
进入轴承间隙的硬
颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
3
一、滑动轴承的失效形式
3.疲劳点蚀
在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑
动方向垂直的疲劳裂纹，
扩展后造成轴承材料剥落。
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
4
一、滑动轴承的失效形式
4.腐蚀
润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落；
上一页
课间休息
退出
20
11
三、不完全液体润滑轴承的计算 4. p ≤[p] （3）--参数F
F p [ p] Bd
F为轴承径向载荷，单位N；
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
12
三、不完全液体润滑轴承的计算 4. p ≤[p] （4）--参数d、B
F p [ p] Bd
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
7
三、不完全液体润滑轴承的计算 1. 润滑状态
边界膜
运动副表面有一层厚度<1 μm的薄油膜，不足以将两金属表面完全分开，其表面部分微观高峰部分仍将相互搓削。
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
8
三、不完全液体润滑轴承的计算 2. 失效形式
边界油膜破裂
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
9
三、不完全液体润滑轴承的计算 3.主要计算工作
验算平均压力 p ≤[p]，避免过度磨损；验算摩擦发热pv≤[pv] ，限温升避免胶合；验算滑动速度v≤[v] ，避免过度磨损；
F πdn pv Bd 60 1 000
≤ [ pv ]
式中：n为轴颈转速，单位r/min；
[PV]为轴瓦材料的PV许用值，
单位MPa m/s。
情景4 机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承上一页下一页课间休息退出
15
三、不完全液体润滑轴承的计算 5. pv≤[pv] （2）--参数 [PV]
3. v≤[v] （2）-- 参数 [v] P202表4-19
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
18
三、不完全液体润滑轴承的计算 4.不完全液体摩擦径向滑动轴承的配合
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承
上一页
下一页
课间休息
退出
19
结束
情景4
机械轴系零部件分析与设计—滑动轴承