第三章-摩擦學(xué)設(shè)計課件

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,一組重要的調(diào)查數(shù)據(jù),全世界工業(yè)能源的1/3被摩擦損耗掉,失效零件的80%是由于磨損造成的,20世紀(jì)80年代，我國在冶金、煤炭、農(nóng)機(jī)等五個行業(yè)的調(diào)查表明：由于磨粒磨損縮小好的備件用鋼材達(dá)到100萬噸以上，如考慮停機(jī)等費用造成的損失每年達(dá)到幾億元。,一組重要的調(diào)查數(shù)據(jù),1,摩擦學(xué)發(fā)展的重要歷史階段,史前人類的鉆木取火,祖先們在春秋時代（公元前770221年）對摩擦、磨損現(xiàn)象有了一定的了解，并且已經(jīng)知道采用動物油脂進(jìn)行潤滑詩經(jīng)中相關(guān)的記載,西晉時代張華所著博物志最早記載了人類使用礦物油做潤滑劑,15世紀(jì)，意大利的

2、列奧納多達(dá)芬奇才開始把摩擦學(xué)引入理論研究的途徑,18世紀(jì)起摩擦學(xué)研究蓬勃興起，到20 世紀(jì)60年代摩擦學(xué)成為一門獨立的交叉學(xué)科,應(yīng)用及研究的領(lǐng)域不斷擴(kuò)大：機(jī)械、冶金、生物、地質(zhì)、音樂、體育等,摩擦學(xué)發(fā)展的重要歷史階段,2,第三章 摩擦學(xué)設(shè)計及其應(yīng)用滑動軸承設(shè)計,3-1摩擦學(xué)基本知識簡介,3-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)與材料,3-3不完全液體潤滑滑動軸承設(shè)計計算,3-4液體動力潤滑徑向滑動軸承的設(shè)計計算,小結(jié)：,滑動軸承設(shè)計的內(nèi)容,第三章 摩擦學(xué)設(shè)計及其應(yīng)用滑動軸承設(shè)計3-1摩擦,3,3-1 摩擦學(xué)基本知識,一.摩擦,定義,摩擦的類型：干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦和混合摩擦,摩擦狀態(tài)的判定：表3-1、圖3-

3、2,二.磨損,定義,磨損的過程：圖3-3,磨損的類型：,粘著磨損、磨粒磨損、表面疲勞磨損、摩擦化學(xué)磨損,改善摩擦副耐磨性能的措施,選擇減磨材料、合理選擇潤滑劑和添加劑、控制易損件的工作條件,三.潤滑,3-1 摩擦學(xué)基本知識一.摩擦,4,三.潤滑,目的,潤滑劑分類,氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。,液體：水、礦物油及液態(tài)金屬等。,半固體：潤滑脂,固體：石墨、二硫化鉬等,主要性能指標(biāo),潤滑油、潤滑脂,1、對于不完全液體潤滑-降低摩擦及減少磨損；,2、對于液體動力潤滑-工作介質(zhì)并具有冷卻作用。,三.潤滑目的潤滑劑分類氣體：空氣及其它氣體介質(zhì)。液體：水、礦,5,粘度,流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力

4、的大小。,平行板間液體的層流流動模型,牛頓定律,剪切應(yīng)力,動力粘度,速度梯度,粘度流體抵抗變形的能力，標(biāo)志著流體內(nèi)摩擦阻力的大小。平行板間,6,2.運動粘度,：主要用于測量流體粘度。m,2,/s,1.動力粘度,：主要用于流體動力計算中。Pa,s,3.兩種粘度之間的換算關(guān)系：,礦物有的密度,kg/m,3,4.潤滑油粘度特性,粘溫特性：,溫度越高、粘度越低，反之亦然。,粘壓特性：,壓力越高、粘度越高，反之亦然。,式（3-7）一般在5MPa之下影響不大。,圖3-7 全損耗系統(tǒng)用油的粘-溫曲線,5.其它性能指標(biāo)：油性、極壓性、氧化穩(wěn)定性、閃點、凝固點等。,2.運動粘度：主要用于測量流體粘度。m2/s1

5、.動力粘度,7,針入度（稠度）,標(biāo)志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。,針入度越大，潤滑脂越?。环粗嗳?。,滴點,在規(guī)定的加熱條件下，潤滑脂由標(biāo)準(zhǔn)測量杯的孔口滴下第一滴時的溫度稱為潤滑脂的滴點。,滴點標(biāo)志著潤滑脂耐高溫的能力。一般潤滑脂的工作溫度應(yīng)低于滴點20-30,C。,為改善潤滑油或潤滑脂的性能，以適應(yīng)某些特殊的需要，在潤滑油或潤滑脂中加入一些物質(zhì)，稱為,添加劑,。,自學(xué)教材p70p71相關(guān)內(nèi)容,針入度（稠度）標(biāo)志著潤滑脂內(nèi)阻力的大小和流動性的強弱。滴點在,8,3-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)與材料,一.滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)（p471-,15.3.1,）,整體式（圖15-16）、剖分式（圖15-17

6、）,二.軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料,3-2 滑動軸承的結(jié)構(gòu)與材料一.滑動軸承的典型結(jié)構(gòu)（p47,9,二.軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料,1.軸瓦的結(jié)構(gòu),軸瓦的形式和構(gòu)造-,整體鑄造、對開式,油孔及油槽（,p476，圖15-27、15-28）,軸瓦的定位-,保證軸瓦與軸承座之間無軸向、周向的相對移動 （圖15-28）,2.軸瓦的材料,選用原則,常用的軸瓦材料（p75，表3-3）,二.軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料1.軸瓦的結(jié)構(gòu),10,油孔與油槽的位置,不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的承載能力（,圖15-30,）,油槽的剖面形狀應(yīng)避免邊緣有銳邊或棱角，保證潤滑油能順暢地流入潤滑表面之間。,油槽的尺寸可查相關(guān)的手冊。,油孔與

7、油槽的位置不要開在軸承的承載區(qū)內(nèi)，否則將急劇降低軸承的,11,2.軸承材料的選用原則,滑動軸承的失效形式,磨粒磨損,刮傷,咬粘（膠合）,疲勞剝落,腐蝕,對材料性能的要求,良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性,良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性,足夠的強度和抗腐蝕能力,良好的導(dǎo)熱性、工藝性和經(jīng)濟(jì)性等,2.軸承材料的選用原則滑動軸承的失效形式對材料性能的要求,12,3-3 不完全液體潤滑滑動軸承 設(shè)計計算,一.失效形式,磨粒磨損與粘著磨損為主、多種失效形式并存的情況,二.設(shè)計準(zhǔn)則,邊界膜不遭破壞，維持粗糙表面微腔內(nèi)有液體潤滑存在,三.徑向滑動軸承的計算,四.推力滑動軸承的設(shè)計計算,（自學(xué)）,3-3 不完全

8、液體潤滑滑動軸承 設(shè)計,13,三.不完全液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題,1.已知條件：,軸頸的直徑d（mm）；,軸轉(zhuǎn)速n（r/min）；,軸承的徑向外載荷F（N）。,2.設(shè)計的目的：確定軸承的材料與寬度B,1）驗算軸承的平均壓力p-,防止磨損,式（3-13）,2）驗算軸承的pV值-,限制溫升,式（3-14）,3）驗算滑動速度V-,防止磨損,式（3-15）,見表3-3,三.不完全液體潤滑徑向滑動軸承設(shè)計算典型問題1.已知條件：,14,3-4液體動力潤滑徑向滑動軸承的 設(shè)計計算,一.徑向滑動軸承形成液體動力潤滑的過程,（圖3-12）,二.形成液體動力潤滑的條件和基本方程,三.徑向滑動軸承的幾何

9、參數(shù),四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計算,五.軸承參數(shù)的選擇,3-4液體動力潤滑徑向滑動軸承的 設(shè)計計算一,15,二.流體膜壓力分布的微分方程-雷諾方程,1.假設(shè)條件：,y,1）,忽略重力、磁力、慣性力的影響；,2）流體在界面上無滑動，即貼于界面的油層速度與界面速度相同；,3）沿油膜厚度方向上，不計油膜壓力的變化；,4）潤滑油沿膜厚方向沒有流動；,5）流體為牛頓流體；,6）潤滑油流動為層流；,7）潤滑油不可壓縮。,二.流體膜壓力分布的微分方程-雷諾方程1.假設(shè)條件：y,16,2.一維雷諾方程,根據(jù)層流運動的流體膜中一微元體的,受力平衡、流量連續(xù),的分析，并利用,假設(shè)條件及必要的邊界條件

10、,，可得到如下的流體膜壓力分布方程，即：一維雷諾方程。,式（12-8）,3.形成液體動力潤滑的條件 （圖4-17）,1）潤滑油要有一定的粘度，且其它條件不變時，粘度越高，承載能力越高。,2）兩相對運動表面要有相當(dāng)?shù)南鄬瑒铀俣取?3）相對滑動表面形成收斂的油楔。,4）有充足的供油。,最大壓力處對應(yīng)的油膜厚度。,2.一維雷諾方程 根據(jù)層流運動的流體膜中一微元,17,三.徑向滑動軸承的幾何參數(shù),1.直徑間隙,2.半徑間隙,3.相對間隙,4.偏心距,5.偏心率,6.最小油膜厚度,7.偏位角,8.任意位置的油膜厚度h,空氣,潤滑油,油楔,油膜壓力,三.徑向滑動軸承的幾何參數(shù)1.直徑間隙2.半徑間隙3.

11、相對間,18,四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計算,1.,軸承承載力計算,2.,摩擦力及摩擦功耗的計算,3.,軸承的最小油膜厚度,4.,軸承的熱平衡計算,5.工作能力計算的一般步驟,圖3-18,數(shù)值計算機(jī)算方法見p81-82,四.液體動力潤滑徑向滑動軸承的工作能力計算1.軸承承載力計算,19,1.軸承的承載力計算,總承載量計算的無量綱參數(shù)-索氏數(shù)定義：,式（3-25）,圖3-15,其中：,為潤滑油在軸承平均工作溫度下的動力粘度，N,s/m,2,為軸頸的轉(zhuǎn)速，rad/s,B為軸承的寬度，m；d為軸頸的直徑，m。,1.軸承的承載力計算總承載量計算的無量綱參數(shù)-索氏數(shù)定,20,2.軸承的摩擦力

12、及摩擦功耗計算,定義：軸承的摩擦特性系數(shù),圖,3-16,摩擦力：,摩擦功耗：,2.軸承的摩擦力及摩擦功耗計算定義：軸承的摩擦特性系數(shù)圖3-,21,3.軸承中的最小油膜厚度計算,軸承中的最小油膜厚度，不能無限制地減小。它受到軸頸與軸承內(nèi)表面的粗糙度、軸的剛性及軸承與軸頸的幾何形狀誤差等的影響。,式（3-35）,式（3-34）,表3-5,安全系數(shù),3.軸承中的最小油膜厚度計算 軸承中的最小油膜,22,4.軸承熱平衡計算,根據(jù)能量守恒：每秒產(chǎn)生的熱量 帶走熱量,達(dá)到熱平衡時的潤滑油溫度差,式(12-28),為保證軸承的正常工作，一般要求,等效溫度,不超過75。,流量系數(shù)，圖3-17,4.軸承熱平衡計

13、算根據(jù)能量守恒：每秒產(chǎn)生的熱量,23,等效溫度：,入口油溫t,in,一般為3045,C,高速重載條件：,式（3-33）,式（3-32）,中等載荷和一切非穩(wěn)定載荷下：,等效溫度：入口油溫tin一般為3045C高速重載條件：式,24,五.軸承參數(shù)的選擇,相對間隙,寬徑比,表3-6、表3-7,潤滑油動力粘度,表3-8,式（3-36）,五.軸承參數(shù)的選擇相對間隙式（3-36）,25,滑動軸承設(shè)計的主要內(nèi)容,一.合理選擇軸承的型式和結(jié)構(gòu),二.合理選擇軸瓦的結(jié)構(gòu)與材料,三.確定軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)（d、B/d、,）,四.選擇潤滑劑的類型及供應(yīng)方式,五.軸承的工作能力計算,（承載力、熱平衡、最小油膜厚度）,滑動軸承設(shè)計的主要內(nèi)容一.合理選擇軸承的型式和結(jié)構(gòu),26,