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1、摩擦学设计现在学习的是第1页，共26页摩擦学发展的重要历史阶段史前人类的钻木取火祖先们在春秋时代（公元前770221年）对摩擦、磨损现象有了一定的了解，并且已经知道采用动物油脂进行润滑诗经中相关的记载西晋时代张华所著博物志最早记载了人类使用矿物油做润滑剂15世纪，意大利的列奥纳多达芬奇才开始把摩擦学引入理论研究的途径18世纪起摩擦学研究蓬勃兴起，到20世纪60年代摩擦学成为一门独立的交叉学科应用及研究的领域不断扩大：机械、冶金、生物、地质、音乐、体育等现在学习的是第2页，共26页第三章 摩擦学设计及其应用滑动轴承设计3-1摩擦学基本知识简介3-2滑动轴承的结构与材料3-3不完全液体润滑滑动轴承
2、设计计算3-4液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算小结：滑动轴承设计的内容现在学习的是第3页，共26页3-1 摩擦学基本知识一.摩擦n定义n摩擦的类型：干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦n摩擦状态的判定：表3-1、图3-2二.磨损n定义n磨损的过程：图3-3n磨损的类型：粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损、摩擦化学磨损n改善摩擦副耐磨性能的措施选择减磨材料、合理选择润滑剂和添加剂、控制易损件的工作条件三.润滑现在学习的是第4页，共26页三.润滑目的润滑剂分类气体：空气及其它气体介质。液体：水、矿物油及液态金属等。半固体：润滑脂固体：石墨、二硫化钼等主要性能指标润滑油、润滑脂1、对于不完全液体润滑
3、-降低摩擦及减少磨损；2、对于液体动力润滑-工作介质并具有冷却作用。现在学习的是第5页，共26页粘度流体抵抗变形的能力，标志着流体内摩擦阻力的大小。平行板间液体的层流流动模型牛顿定律yv剪切应力动力粘度速度梯度现在学习的是第6页，共26页2.运动粘度：主要用于测量流体粘度。m2/s1.动力粘度：主要用于流体动力计算中。Pas2/11msNsPa3.两种粘度之间的换算关系：/矿物有的密度 kg/m34.润滑油粘度特性粘温特性：温度越高、粘度越低，反之亦然。粘压特性：压力越高、粘度越高，反之亦然。式（3-7）一般在5MPa之下影响不大。图3-7 全损耗系统用油的粘-温曲线5.其它性能指标：油性、极
4、压性、氧化稳定性、闪点、凝固点等。现在学习的是第7页，共26页针入度（稠度）标志着润滑脂内阻力的大小和流动性的强弱。针入度越大，润滑脂越稀；反之亦然。滴点在规定的加热条件下，润滑脂由标准测量杯的孔口滴下第一滴时的温度称为润滑脂的滴点。滴点标志着润滑脂耐高温的能力。一般润滑脂的工作温度应低于滴点20-30C。为改善润滑油或润滑脂的性能，以适应某些特殊的需要，在润滑油或润滑脂中加入一些物质，称为添加剂。自学教材p70p71相关内容现在学习的是第8页，共26页3-2 滑动轴承的结构与材料一.滑动轴承的典型结构（p471-15.3.1）整体式（图15-16）、剖分式（图15-17）二.轴瓦的结构与材料
5、现在学习的是第9页，共26页二.轴瓦的结构与材料1.轴瓦的结构轴瓦的形式和构造-整体铸造、对开式油孔及油槽（p476，图15-27、15-28）轴瓦的定位-保证轴瓦与轴承座之间无轴向、周向的相对移动（图15-28）2.轴瓦的材料选用原则常用的轴瓦材料（p75，表3-3）现在学习的是第10页，共26页油孔与油槽的位置n不要开在轴承的承载区内，否则将急剧降低轴承的承载能力（图15-30）n油槽的剖面形状应避免边缘有锐边或棱角，保证润滑油能顺畅地流入润滑表面之间。油槽的尺寸可查相关的手册。现在学习的是第11页，共26页2.轴承材料的选用原则n滑动轴承的失效形式*磨粒磨损*刮伤*咬粘（胶合）*疲劳剥落
6、*腐蚀n对材料性能的要求*良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性*良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性*足够的强度和抗腐蚀能力*良好的导热性、工艺性和经济性等现在学习的是第12页，共26页3-3 不完全液体润滑滑动轴承 设计计算一.失效形式磨粒磨损与粘着磨损为主、多种失效形式并存的情况二.设计准则边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有液体润滑存在三.径向滑动轴承的计算四.推力滑动轴承的设计计算（自学）现在学习的是第13页，共26页三.不完全液体润滑径向滑动轴承设计算典型问题1.已知条件：轴颈的直径d（mm）；轴转速n（r/min）；轴承的径向外载荷F（N）。2.设计的目的：确定轴承的材料与宽度B1）验算轴承
7、的平均压力p-防止磨损MPapBdFp式（3-13）2）验算轴承的pV值-限制温升smMPapvpv/式（3-14）3）验算滑动速度V-防止磨损 smvv/式（3-15）见表3-3 vpvp、现在学习的是第14页，共26页3-4液体动力润滑径向滑动轴承的 设计计算一.径向滑动轴承形成液体动力润滑的过程（图3-12）二.形成液体动力润滑的条件和基本方程三.径向滑动轴承的几何参数四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算五.轴承参数的选择现在学习的是第15页，共26页二.流体膜压力分布的微分方程-雷诺方程1.假设条件：yv0yp0 V微元体受力分析静止件移动件oxzUhy1）忽略重力、磁力、惯性力
8、的影响；2）流体在界面上无滑动，即贴于界面的油层速度与界面速度相同；3）沿油膜厚度方向上，不计油膜压力的变化；4）润滑油沿膜厚方向没有流动；5）流体为牛顿流体；6）润滑油流动为层流；7）润滑油不可压缩。现在学习的是第16页，共26页2.一维雷诺方程 根据层流运动的流体膜中一微元体的受力平衡、流量连续的分析，并利用假设条件及必要的边界条件，可得到如下的流体膜压力分布方程，即：一维雷诺方程。)(603hhhVxp式（12-8）3.形成液体动力润滑的条件 （图4-17）1）润滑油要有一定的粘度，且其它条件不变时，粘度越高，承载能力越高。2）两相对运动表面要有相当的相对滑动速度。3）相对滑动表面形成收
9、敛的油楔。4）有充足的供油。最大压力处对应的油膜厚度。现在学习的是第17页，共26页三.径向滑动轴承的几何参数1.直径间隙dD 2.半径间隙rR3.相对间隙rd4.偏心距e5.偏心率e6.最小油膜厚度)1()1(minreh7.偏位角8.任意位置的油膜厚度h)cos1()cos1(rh空气润滑油油楔油膜压力现在学习的是第18页，共26页四.液体动力润滑径向滑动轴承的工作能力计算1.轴承承载力计算2.摩擦力及摩擦功耗的计算3.轴承的最小油膜厚度4.轴承的热平衡计算5.工作能力计算的一般步骤图3-18数值计算机算方法见p81-82现在学习的是第19页，共26页1.轴承的承载力计算总承载量计算的无量
10、纲参数-索氏数定义：式（3-25）),(0dBS图3-1520BdSF其中：为润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，Ns/m2为轴颈的转速，rad/sB为轴承的宽度，m；d为轴颈的直径，m。BdFS20现在学习的是第20页，共26页2.轴承的摩擦力及摩擦功耗计算定义：轴承的摩擦特性系数图3-16 FFvFvFP摩擦力：摩擦功耗：现在学习的是第21页，共26页3.轴承中的最小油膜厚度计算 轴承中的最小油膜厚度，不能无限制地减小。它受到轴颈与轴承内表面的粗糙度、轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差等的影响。minmin)1(hrh式（3-35）)(21minzzRRSh式（3-34）表3-5安全系数
11、2S现在学习的是第22页，共26页4.轴承热平衡计算根据能量守恒：每秒产生的热量 带走热量H21HH 达到热平衡时的润滑油温度差式(12-28)为保证轴承的正常工作，一般要求等效温度不超过75。vBdcqpvcBdvQpdBcQBdpvtspvspsp210)(10)(10666流量系数，图3-17现在学习的是第23页，共26页等效温度：2inoutettt)2(31outinettt入口油温tin一般为3045C高速重载条件：式（3-33）式（3-32）中等载荷和一切非稳定载荷下：现在学习的是第24页，共26页五.轴承参数的选择n相对间隙n宽径比表3-6、表3-7n润滑油动力粘度表3-8式（3-36）3410)0.16.0(v现在学习的是第25页，共26页滑动轴承设计的主要内容一.合理选择轴承的型式和结构二.合理选择轴瓦的结构与材料三.确定轴承的结构参数（d、B/d、）四.选择润滑剂的类型及供应方式五.轴承的工作能力计算（承载力、热平衡、最小油膜厚度）现在学习的是第26页，共26页