第12章 滑動(dòng)軸承

1、第12章 滑動(dòng)軸承合肥學(xué)院王學(xué)軍第12章 滑動(dòng)軸承 內(nèi)容提要：本章講述液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承和非液體摩擦滑動(dòng)軸承的工作原理和設(shè)計(jì)方法。主要包括：確定軸承的結(jié)構(gòu)形式；選擇軸瓦和軸承襯的材料；選擇軸承結(jié)構(gòu)參數(shù)；選擇潤(rùn)滑劑；計(jì)算軸承的工作能力；滑動(dòng)軸承常用的潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置。 滑動(dòng)軸承是用來(lái)支承軸的一種重要部件。 12.1.1 滑動(dòng)軸承的分類12.1.2 滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)和應(yīng)用12.1 概述12.1.1 滑動(dòng)軸承的分類按承受載荷方向徑向滑動(dòng)軸承(承受徑向載荷)推力滑動(dòng)軸承(承受軸向載荷)按摩擦狀態(tài)液體摩擦軸承液體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承液體靜壓潤(rùn)滑軸承非液體摩擦軸承干摩擦、邊界摩擦及液體摩擦的混合摩擦狀態(tài)本章主要討論

2、非液體摩擦和液體動(dòng)壓潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算12.1.2 滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)和應(yīng)用在高速重載下能正常工作，壽命長(zhǎng)。精度高?；瑒?dòng)軸承可做成剖分式的，能滿足特殊結(jié)構(gòu)需要。液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，可以吸收振動(dòng)、緩和沖擊?；瑒?dòng)軸承的徑向尺寸比滾動(dòng)軸承的小。起動(dòng)摩擦阻力較大。非液體摩擦滑動(dòng)軸承具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)速不太高、不重要的軸上可以采用非液體摩擦滑動(dòng)軸承。12.2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承12.2.2 推力滑動(dòng)軸承12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承常用的徑向滑動(dòng)軸承有：整體式、剖分式、調(diào)心式12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承整體式徑向滑動(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)：軸承座、軸瓦。在軸承

3、的頂部開(kāi)出注油孔，以便加注潤(rùn)滑劑。通常在軸瓦的內(nèi)表面開(kāi)有油溝。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，間隙無(wú)法調(diào)整，軸頸只能從軸承端部安裝和拆卸，很不方便。 在低速、輕載條件下工作的軸承和不重要的機(jī)器或手動(dòng)機(jī)構(gòu)中經(jīng)常采用。12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承剖分式徑向滑動(dòng)軸承12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承剖分式徑向滑動(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)：軸承座與軸承蓋用雙頭螺柱連接，剖分軸瓦裝在軸承座內(nèi)，軸承座與軸承蓋間的定位面可保證軸瓦內(nèi)孔位置準(zhǔn)確。特點(diǎn)：裝拆方便、間隙可調(diào) 軸承剖分面（載荷方向）水平的剖分面（大多數(shù)）傾斜的剖分面12.2.1 徑向滑動(dòng)軸承調(diào)心式徑向滑動(dòng)軸承典型結(jié)構(gòu)：軸瓦外表面做成球面形狀。特點(diǎn)：軸瓦外表面做成球面形狀，與軸承蓋及軸

4、承座的球狀內(nèi)表面相配合，軸瓦可以自動(dòng)調(diào)位以適應(yīng)軸頸在軸彎曲時(shí)所產(chǎn)生的偏斜。適用于寬徑較大（B/d1.5）場(chǎng)合12.2.2 推力滑動(dòng)軸承實(shí)心軸頸：這樣的軸頸端面上半徑大的地方速度大，磨損快，端面壓力分布不均勻?？招妮S頸：多環(huán)推力軸承：（載荷很大）12.2.2 推力滑動(dòng)軸承多油楔形狀結(jié)構(gòu)：便于形成液體摩擦狀態(tài)。12.3 軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)軸的材料通常為碳鋼或合金鋼，軸經(jīng)熱處理后對(duì)軸頸進(jìn)行精加工。軸承座的材料為鑄鐵或鑄鋼，軸承材料指的是軸瓦材料。滑動(dòng)軸承的失效主要是軸瓦的膠合和磨損，所以對(duì)軸瓦的材料和結(jié)構(gòu)有些特殊要求。12.3.1 對(duì)軸瓦材料的要求(1)軸瓦材料要有足夠的疲勞強(qiáng)度，才能保證軸瓦在變載荷

5、作用下有足夠的壽命。(2)軸瓦材料要有足夠的抗壓強(qiáng)度，以防止產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形。(3)軸瓦材料要有良好的減摩性和耐磨性，即要求摩擦系數(shù)小，軸瓦磨損小。(4)軸瓦材料應(yīng)具有較好的抗膠合性，以防止因摩擦熱使油膜破裂后造成膠合(即粘著磨損)。(5)軸瓦材料對(duì)潤(rùn)滑油要有較好的吸附能力，易于形成抗剪切能力較強(qiáng)的邊界膜。12.3.1 對(duì)軸瓦材料的要求(6)軸瓦材料要有較好的適應(yīng)性和嵌藏性，適應(yīng)性好的材料跑合性能好，嵌藏性好的材料可容納進(jìn)入潤(rùn)滑油中微小的固體顆粒，避免軸瓦和軸頸被刮傷。(7)軸瓦材料要有良好的導(dǎo)熱性。(8)選擇軸瓦材料還要考慮經(jīng)濟(jì)性，加工工藝性等。任何一種軸瓦材料都不可能同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求

6、，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)具體條件選擇能滿足主要要求的材料做軸瓦或軸承襯材料。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質(zhì)軸承材料分三大類：1）金屬材料如軸承合金、青銅、鋁基材料、鋅基合金、減摩鑄鐵等；2）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金材料）；3）非金屬材料如塑料、橡膠、硬木等。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質(zhì)1.軸承合金（又稱白合金、巴氏合金）錫、鉛、銻、銅的合金統(tǒng)稱為軸承合金。它以錫或鉛作基體，懸浮銻錫及銅錫的硬晶粒。硬晶粒起耐磨作用，軟基體則增加材料的塑性。硬晶粒受重載時(shí)可以嵌陷到軟基里，使載荷由更大的面積承擔(dān)。它的彈性模量和彈性極限都很低。在所有軸承材料中，軸承合金的嵌藏性和順應(yīng)性最好，很容易和軸頸磨合，它與軸

7、頸的抗膠合能力也較好。巴氏合金的機(jī)械強(qiáng)度較低，通常將它貼附在軟鋼、鑄鐵或青銅的軸瓦上使用。錫基合金的熱膨脹性質(zhì)比鉛基合金好，所以前者更適合于高速軸承，但價(jià)格較貴。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質(zhì)2. 軸承青銅鑄錫鋅鉛青銅有很好的疲勞強(qiáng)度，廣泛用于一般軸承。鑄錫磷青銅是很好的一種減摩材料，減摩性和耐磨性都很好，機(jī)械強(qiáng)度也較高，適用于重載軸承。銅鉛合金具有優(yōu)良的抗膠合性能，在高溫時(shí)可以從摩擦表面析出鉛，在銅基體上形成一層薄的敷膜，起到潤(rùn)滑的作用。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質(zhì)3. 多孔質(zhì)金屬材料多孔質(zhì)金屬是一種粉末冶金材料，它具有多孔組織，采取措施使軸承所有細(xì)孔都充滿潤(rùn)滑油的稱為含油軸承，因

8、此它具有自潤(rùn)滑性能。常用的含油軸承材料有多孔鐵（鐵石墨）與多孔青銅（青銅石墨）兩種。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質(zhì)4.軸承塑料塑料軸承有自潤(rùn)滑性能，也可用油或水潤(rùn)滑。優(yōu)點(diǎn)：1）摩擦系數(shù)較?。?）有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，可承受沖擊載荷3）耐磨性和跑合性好4）塑性好，可以嵌藏外來(lái)雜質(zhì)，防止損傷軸頸。缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差（只有青銅的幾百分之一），線膨脹系數(shù)大（約為金屬的310倍），吸水吸油后體積會(huì)膨脹，受載后有冷流性。12.3.3 軸瓦結(jié)構(gòu)軸瓦是滑動(dòng)軸承的主要零件。設(shè)計(jì)軸承時(shí)，除了選擇合適的軸瓦材料以外，還應(yīng)合理地設(shè)計(jì)軸瓦結(jié)構(gòu)，否則會(huì)影響滑動(dòng)軸承的工作性能。制造方法：?jiǎn)谓饘匐p金屬：當(dāng)采用貴重軸承材

9、料(如軸承合金)做軸瓦時(shí)，為了節(jié)省貴重材料和增加強(qiáng)度，常制成雙金屬軸瓦，用貴重金屑做軸承襯，用鋼或銅做瓦背。瓦背強(qiáng)度高，軸承襯減摩性好，兩者結(jié)合起來(lái)構(gòu)成令人滿意的軸瓦。三金屬：中間層提高連接強(qiáng)度軸瓦的定位和配合周向定位：定位銷軸向定位：凸緣定位配合：過(guò)盈配合12.3.3 軸瓦結(jié)構(gòu)12.3.3 軸瓦結(jié)構(gòu)油孔、油溝和油室油孔用來(lái)供應(yīng)潤(rùn)滑油，油溝則用來(lái)輸送和分布潤(rùn)滑油。油溝的形狀和位置影響軸承中油膜壓力分布情況。潤(rùn)滑油應(yīng)該自油膜壓力最小的地方輸入軸承。油溝不應(yīng)該開(kāi)在油膜承載區(qū)內(nèi)，否則會(huì)降低油膜的承載能力（圖12.7）。軸向油溝應(yīng)較軸承寬度稍短，以免油從油溝端部大量流失。油室的結(jié)構(gòu)，它可使?jié)櫥脱剌S向

10、均勻分布，并起著貯油和穩(wěn)定供油的作用。12.3.3 軸瓦結(jié)構(gòu)12.4 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算非液體摩擦滑動(dòng)軸承工作在混合摩擦狀態(tài)下，在摩擦表面間有些地方呈現(xiàn)液體摩擦，有些地方呈現(xiàn)邊界摩擦。如果邊界膜被破壞將會(huì)產(chǎn)生干摩擦，摩擦系數(shù)增大，磨損加劇，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致粘著磨損(膠合)。所以在非液體摩擦軸承中保持邊界膜不被破壞是十分重要的。邊界膜抗破壞的能力，即邊界膜的強(qiáng)度與油的油性有關(guān)，也與軸瓦材料有關(guān)，還與摩擦表面的壓力和溫度有關(guān)。溫度高，壓力大，邊界膜容易破壞。非液體摩擦軸承設(shè)計(jì)時(shí)一旦材料選定則應(yīng)限制溫度和壓力。但計(jì)算每點(diǎn)的壓力很困難，目前只能用限制壓強(qiáng)的辦法進(jìn)行條件性計(jì)算。軸承溫度對(duì)邊界膜的影響很大

11、，軸承內(nèi)各點(diǎn)的溫度不同。目前尚無(wú)適用的溫度計(jì)算公式。12.4 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算軸承溫度的升高是由摩擦功耗引起的，fpv為單位時(shí)間內(nèi)單位面積上的摩擦功，因此可以用限制表征摩擦功的特征值pv，來(lái)限制摩擦功耗，亦即限制軸承溫度。進(jìn)行滑動(dòng)軸承計(jì)算時(shí)，已知條件通常是軸頸承受的徑向載荷Fr。軸的轉(zhuǎn)速n，軸頸的直徑d(由軸的強(qiáng)度計(jì)算和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)確定的)和軸承的工作條件。軸承計(jì)算的任務(wù)是確定軸承的長(zhǎng)徑比L/d，選擇軸承材料，然后校核p,pv和v。一般取L/d=(0.51.5)。12.4.1 非液體摩擦徑向軸承的計(jì)算1.限制軸承平均壓強(qiáng)p（壓強(qiáng)p過(guò)大不僅可能使軸瓦產(chǎn)生塑性變形破壞邊界膜，而且一旦出現(xiàn)干摩擦

12、狀態(tài)則 加速磨損）式中，F(xiàn)r軸承徑向載荷，N；d和L軸頸直徑和有效寬度，mm；p許用壓強(qiáng)，MPa。2.限制軸承pv值（pv值大表明摩擦功大，溫升大，邊界膜易破壞，）3.限制滑動(dòng)速度v/ rFp MPapLd60 1000rnFpvpvL 60 1000dnvv12.4.2 非液體摩擦推力滑動(dòng)軸承的計(jì)算1驗(yàn)算壓強(qiáng)P2驗(yàn)算PVm式中，F(xiàn)a軸向載荷，N；Vm推力軸頸平均直徑處的圓周速度，m/s；n軸轉(zhuǎn)速，r/min；d0,d軸頸內(nèi)、外徑，mm；z軸環(huán)數(shù)。220 ()4aFppZdd kmmpvpv12.5 用潤(rùn)滑油把摩擦表面完全分隔開(kāi)時(shí)的摩擦，稱為液體摩擦。獲得液體摩擦主要有兩種方法：1）在滑動(dòng)表面

13、間用足以平衡外載的壓力輸入潤(rùn)滑油，人為地使兩個(gè)表面分離，或者說(shuō)，用油壓把軸頸頂起，用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)液體摩擦的軸承稱為液體靜壓軸承；2）利用軸頸本身回轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，把油帶入摩擦面間，建立壓力油膜而把摩擦面分開(kāi)，用這種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)液體摩擦的軸承稱為液體動(dòng)壓軸承。12.5.1 一維雷諾方程式的推導(dǎo)是建立在以下假設(shè)的基礎(chǔ)上（6點(diǎn)假設(shè)）：1）忽略壓力對(duì)潤(rùn)滑油粘度的影響；2）潤(rùn)滑油沿z向沒(méi)有流動(dòng)；3）潤(rùn)滑油是層流流動(dòng)；4）油與工作表面吸附牢固，表面油分子隨工作表面一同運(yùn)動(dòng)或靜止；5）不計(jì)油的慣性力和重力的影響；6）潤(rùn)滑油不可壓縮。12.5.1 取微單元體進(jìn)行分析左右兩側(cè)的壓力上下兩面的切應(yīng)力根據(jù)x方向系的

14、平衡得整理后得p)(dxxpp)(dyy0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzyxp12.5.1 由粘度的定義：積分得FuAy將 代入上式，得FuAy22yuxpyxp21221CyCyxpu12.5.1 邊界條件：y=0時(shí)， u=v（隨移動(dòng)件移動(dòng)）；y=h（油膜厚度）時(shí)， u=0（隨靜止件不動(dòng)）。任何截面沿x方向的單位寬度流量yhyxpyhhvu)(21)(301212hxphvudyqhx21221CyCyxpu12.5.1 假設(shè)：油壓最大處的間隙為h0即又由于，油連續(xù)流動(dòng)時(shí)流量不變0px0hh012xqvh036hhpvxh301212hxvpqudyhhx12.5

15、.2 由圖可以看出，在油膜厚度為在其左邊， 可知，即油壓隨x的增加而增大；在其右邊 ，可知 ，即油壓隨x的增加而減小。036hhpvxh0hh 0 xp0h0hh0px12.5.2 若即油壓隨x的增加而不變。這表示平行油膜各處油壓總是等于入口和出口處的壓力，應(yīng)此不能產(chǎn)生高于外面壓力的油壓以支承外載。pC0hh0px036hhpvxh12.5.2 若兩滑動(dòng)表面呈擴(kuò)散楔形移動(dòng)件帶著潤(rùn)滑油從小口走向大口，油壓必將低于出口和入口處的壓力，不僅不能產(chǎn)生油壓支承外載，而且會(huì)產(chǎn)生使兩表面相吸的力。液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承形成條件：兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面，利用其收斂性油楔，使具有一定粘度的液體形成的承載油膜，將摩擦表面

16、完全分離開(kāi)，以形成液體潤(rùn)滑狀態(tài)。油楔必收斂具有相對(duì)速度一定的粘度12.6 液體滑動(dòng)軸承：兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的摩擦表面，存在著一定厚度的潤(rùn)滑油膜，其厚度足以使兩摩擦表面完全分離開(kāi)而不直接接觸。形成條件復(fù)雜技術(shù)要求高維護(hù)困難12.6.1 滑動(dòng)軸承工作過(guò)程徑向軸承建立液體動(dòng)力潤(rùn)滑的過(guò)程12.6.1 滑動(dòng)軸承工作過(guò)程徑向軸承建立液體動(dòng)力潤(rùn)滑的過(guò)程可分為三個(gè)階段軸的起動(dòng)階段不穩(wěn)定潤(rùn)滑階段，這時(shí)軸頸沿軸承內(nèi)壁上爬，不時(shí)發(fā)生表面接觸液體動(dòng)力潤(rùn)滑運(yùn)行階段，這時(shí)由于轉(zhuǎn)速足夠高，帶入到摩擦面間的油量能充滿油楔，并建立承載油膜使軸頸抬起12.6.2 滑動(dòng)軸承的幾何參數(shù)和壓力曲線12.6.3 滑動(dòng)軸承摩擦特性曲線12.7 多

17、油楔徑向滑動(dòng)軸承12.7 擺動(dòng)瓦多油楔徑向滑動(dòng)軸承12.7 推力多油楔軸承12.8 軸承潤(rùn)滑的目的主要是：減小摩擦功耗，降低磨損率，同時(shí)還可起冷卻、防塵、防銹以及吸振等作用。常用的潤(rùn)滑材料是潤(rùn)滑油和潤(rùn)滑脂。此外，有使用固體（如石墨、二硫化鉬）或氣體（如空氣）作潤(rùn)滑劑的。潤(rùn)滑油中以礦物油用的最多。12.8.1 潤(rùn)滑油的主要物理及化學(xué)性能指標(biāo)是：粘度、粘度指數(shù)、油性、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、酸值、殘?zhí)剂康?。?duì)于動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承，粘度是最重要的指標(biāo)，也是選擇軸承用油的主要依據(jù)。選擇軸承用潤(rùn)滑油的粘度時(shí)，應(yīng)考慮軸承壓力、滑動(dòng)速度、摩擦表面狀況、潤(rùn)滑方式等條件。12.8.1 潤(rùn)滑油選擇的一般原則如下：在壓力大或沖擊、變

18、載等工作條件下，應(yīng)選用粘度較 高的油。滑動(dòng)速度高時(shí)，容易形成油膜，為了減小摩擦功耗，應(yīng)采用粘度較低的油。加工粗糙或未經(jīng)跑合的表面，應(yīng)選用粘度較高的油。循環(huán)潤(rùn)滑、芯捻潤(rùn)滑或油墊潤(rùn)滑時(shí)，應(yīng)選用粘度較低的油；飛濺潤(rùn)滑應(yīng)選用高品質(zhì)、能防止與空氣接觸而氧化變質(zhì)或因激烈攪拌而乳化的油。低溫工作的軸承應(yīng)選用凝點(diǎn)低的油。12.8.1 液體動(dòng)力潤(rùn)滑軸承的潤(rùn)滑油粘度可以通過(guò)計(jì)算和參考同類軸承的使用經(jīng)驗(yàn)初步確定?；旌蠞?rùn)滑軸承的潤(rùn)滑油選擇可參考表。12.8.2 潤(rùn)滑脂是用礦物油與各種稠化劑混合制成。它的稠度大，不易流失，承載力也較大，但物理和化學(xué)性質(zhì)不如潤(rùn)滑油穩(wěn)定，摩擦功耗大，不宜在溫度變化大或高速下使用。潤(rùn)滑脂的主

19、要物理性能指標(biāo)是稠度（錐入度）和滴點(diǎn)。軸頸速度小于1m/s2m/s的滑動(dòng)軸承可以采用脂潤(rùn)滑。鈣基潤(rùn)滑脂，它在100攝氏度附近開(kāi)始稠度急劇降低，因此只能在60攝氏度以下使用。鈉基潤(rùn)滑脂滴點(diǎn)高，一般用在120攝氏度以下，比鈣基脂耐熱，但怕水。鋰基潤(rùn)滑脂有一定的抗水性和較好的穩(wěn)定性，適用于20攝氏度120攝氏度。12.8.3 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式可根據(jù)系數(shù)k選定式中：p=F/(dB)平均壓強(qiáng)，MPa；v軸頸的線速度，m/s；k32壓力循環(huán)潤(rùn)滑。3pvk 12.8.3 潤(rùn)滑油供給可以是間歇的或連續(xù)的，連續(xù)供油比較可靠。用油壺注油，只能達(dá)到間歇潤(rùn)滑的作用。12.8.3 連續(xù)供油主要有下列方法：1.滴油潤(rùn)滑為針閥式注油油杯。當(dāng)手柄臥倒時(shí)