第15章 滑動(dòng)軸承

第15章滑動(dòng)軸承1.用來支承軸及軸上的零件，并保證軸的旋轉(zhuǎn)精度；2.減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦與磨損。1.（按軸承反力與軸中心線的位置）：徑向軸承（軸承的支承反力與軸中心線垂直）；推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線重合）；向心推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線有一夾角）2.滑動(dòng)摩擦軸承；滾動(dòng)摩擦軸承。軸承的分類：軸承的功用：由于結(jié)構(gòu)與制造的原因，一般說來：滾動(dòng)軸承摩阻小、起動(dòng)靈敏；標(biāo)準(zhǔn)化程度高，質(zhì)優(yōu)價(jià)廉；便于使用與維護(hù)；故廣泛應(yīng)用于一般尺寸、中速、中載的工作條件和運(yùn)動(dòng)機(jī)械中。但是，在下列情況：①載荷特重；②承受巨大沖擊載荷和振動(dòng)載荷；③

回轉(zhuǎn)精度要求很高；④

轉(zhuǎn)速很高；⑤

尺寸很大或很??；⑥

結(jié)構(gòu)上要求軸承剖分；⑦

特殊工作條件（如水、腐蝕介質(zhì)中）。滑動(dòng)軸承（已標(biāo)準(zhǔn)化）更有優(yōu)勢(shì)。滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)及其應(yīng)用場(chǎng)合§15-1摩擦狀態(tài)按表面潤滑情況將摩擦分為：干摩擦：摩擦面間不加任何潤滑劑。一般金屬f＞0.15?；瑒?dòng)軸承中不允許出現(xiàn)。邊界摩擦：摩擦表面間有一層極薄油膜。f≈0.1～0.3。是滑動(dòng)軸承的最低要求。摩擦特性曲線一般向心滑動(dòng)軸承適用。ηn/p稱為軸承特性系數(shù)。液體摩擦：摩擦表面完全被油層分開。f≈0.001～0.01。最理想的摩擦狀態(tài)。外圓磨床砂輪架按承載分按摩擦狀態(tài)分向心（徑向）滑動(dòng)軸承（主要承受徑向載荷）推力滑動(dòng)軸承（承受軸向載荷）液體摩擦滑動(dòng)軸承非液體摩擦滑動(dòng)軸承動(dòng)壓軸承靜壓軸承推力滑動(dòng)軸承向心滑動(dòng)軸承滾動(dòng)軸承§15-2滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式類型：1.整體式：結(jié)構(gòu)上可作成水平剖分、傾斜剖分（受力方向與剖分面基本垂直，偏差≤15）、可調(diào)心的，以適合不同的用途。結(jié)構(gòu)簡單、安裝困難、間隙不可調(diào)2.剖分式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、間隙可調(diào)，廣泛采用一、向心滑動(dòng)軸承間隙可調(diào)式自動(dòng)調(diào)心式軸瓦結(jié)構(gòu)要素：定位唇：防止軸瓦在軸承中移動(dòng)壁厚雙金屬軸瓦、三金屬軸瓦，分厚瓦和薄瓦。油孔壁厚油溝定位唇油室軸瓦結(jié)構(gòu)型式：整體式、剖分式油孔和油溝：將油引入軸承油室：存油3.軸瓦結(jié)構(gòu)寬徑比－軸瓦寬度與軸徑之比B/d。是向心滑動(dòng)軸承的重要參數(shù)。二、推力滑動(dòng)軸承§15-3軸瓦及軸承襯材料一、滑動(dòng)軸承的失效形式：1.磨粒磨損:

硬顆粒進(jìn)入軸承間隙或嵌入軸承表面。2.刮傷：軸承間隙中的硬顆粒和表面粗糙的輪廓頂峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。4.疲勞剝落：載荷反復(fù)作用下，軸承襯材料剝落。3.膠合（咬粘）：嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)中止。5.腐蝕：潤滑劑在使用中不斷氧化，生成酸性物質(zhì)；氧對(duì)巴氏合金的腐蝕形成SnO2、SnO的混合物；硫?qū)y或銅的軸承材料腐蝕、潤滑油中的水分對(duì)銅鉛合金腐蝕。1.對(duì)軸瓦材料的要求軸瓦和軸承襯材料統(tǒng)稱為軸承材料。二、軸瓦及軸承襯材料：摩擦系數(shù)小導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可塑性同時(shí)滿足上述要求的材料目前還沒有，所以應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇能夠滿足主要使用要求的材料。

常用雙金屬軸瓦是在軸瓦基體上澆鑄或壓合一層薄的軸承襯材料。兩種金屬在性能上能夠取長補(bǔ)短。2.常用材料★軸承合金(白合金、巴氏合金)綜合性能好機(jī)械強(qiáng)度較低價(jià)格昂貴常作為軸承襯材料，澆鑄在鋼、鑄鐵或青銅軸瓦上。錫銻軸承合金鉛銻軸承合金錫青銅－中速重載，鉛青銅－中速中載，鋁青銅－低速重載?！锴嚆~強(qiáng)度高，承載能力大，耐高溫，耐磨性和導(dǎo)熱性更優(yōu)，但可塑性差，不易跑合，價(jià)高，與之相配的軸徑必須淬硬。輕載、低速的軸瓦材料用粉末冶金法（鐵或銅粉末混入石墨）壓制、燒結(jié)而成的多孔性可貯油軸承。用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場(chǎng)合。摩擦系數(shù)小、耐磨、耐蝕，可用多種潤滑劑，但承載能力低、導(dǎo)熱性差、熱變形大。可作為軸承襯材料。鑄鐵含油軸承橡膠常用軸瓦及軸承材料的性能見P257表15-1能緩沖吸振，可用水潤滑。常用于有泥沙的場(chǎng)合。塑料§15-5非液體摩擦滑動(dòng)軸承的計(jì)算設(shè)計(jì)準(zhǔn)則－維持邊界油膜不破裂。但由于邊界油膜的強(qiáng)度和破裂溫度受多種因素影響，尚未完全搞清楚，目前采用的是間接的、條件性計(jì)算。一.向心滑動(dòng)軸承1.限制軸承壓強(qiáng)p：是防止壓強(qiáng)過大將油擠出，從而避免軸瓦過度磨損。對(duì)于轉(zhuǎn)速很低或間歇轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，只需進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。軸承徑向載荷，N軸頸直徑，mm軸瓦寬度，mm,由B/d定軸瓦材料的許用壓強(qiáng)，見P257表15-1目的液體摩擦B/d＝0.5～1非液體摩擦B/d＝0.8～1.5考慮到功熱當(dāng)量，pv值與軸承單位面積的摩擦功耗（fpv）成正比，因此限制pv值也就是限制軸承的溫升，從而避免溫度過高使邊界油膜破裂。對(duì)于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)軸承，通常都應(yīng)進(jìn)行這項(xiàng)計(jì)算。軸頸圓周速度，m/s

另外：當(dāng)v過大，即使p和pv值都在允許的范圍內(nèi)，軸承可能出現(xiàn)早期磨損，故有時(shí)還須限制滑動(dòng)速度。軸的轉(zhuǎn)速，r/min軸承材料pv許用值，見P257表15-12.限制軸承pv值：推力軸承止推面多采用環(huán)形止推面（很少用實(shí)心的），采用多環(huán)軸頸可承受較大的載荷，同時(shí)能承受雙向載荷。但這種軸承必須作成沿軸線剖分的。推力軸承應(yīng)滿足：21軸環(huán)數(shù)目軸環(huán)直徑，mm軸孔直徑，mm二.推力軸承推力軸承的[p]、[pv]值見P257表15-1。注意：多環(huán)時(shí)考慮受載不均勻，應(yīng)將[p]、[pv]值減小20%～40%。d2d1d§15-4滑動(dòng)軸承潤滑劑的選用潤滑目的：減小摩擦，降低磨損，冷卻，防銹，防塵和吸振。潤滑劑分類：流體（液體為主），脂，固體。潤滑油最為常用。一.潤滑脂的選擇潤滑脂的主要指標(biāo)是針入度和滴點(diǎn)。潤滑脂是潤滑油與金屬皂的混合物，呈半固體形態(tài)。其稠度大，不易流失，無冷卻效果，物化穩(wěn)定性差，摩阻大，有緩沖、吸振作用、承載能力大，故只適合低速（v≤2m/s）重載、難以經(jīng)常供油的場(chǎng)合。針入性：表征潤滑脂稀稠潤滑脂越稠滴點(diǎn)：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點(diǎn)2030°C針入性承載摩擦阻力選擇原則1.壓力高、速度低時(shí)，選針入度小一些的；反之宜大。2.軸承的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)溫度的2030℃。3.鈣基耐水不耐熱，工作溫度低于60℃；鈉基耐熱不耐水，工作溫度低于115145℃；鋰基最好，但價(jià)格稍貴，工作溫度在-20150℃。潤滑脂有鈣基、鈉基和鋰基之分，一般說來：鈣基抗水性好、耐熱性差、價(jià)廉鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好鋰基抗水性和耐熱性好鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差潤滑油的物理和化學(xué)指標(biāo)主要有：粘度、粘度指數(shù)、油性、凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、酸值和殘?zhí)剂康?。?duì)于大多數(shù)滑動(dòng)軸承來講，粘度是最主要的指標(biāo)，也是選擇軸承用油的主要依據(jù)；對(duì)混合摩擦狀態(tài)的滑動(dòng)軸承來講，則油性也是很重要的指標(biāo)。二.潤滑油的選擇油性—

指潤滑油對(duì)固體表面的吸附能力，一般來講，潤滑油中含極性分子團(tuán)愈多，油性愈好。因此，動(dòng)物油油性最好，植物油油性次之，礦物油油性最差。粘度—流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示。是衡量潤滑油易流動(dòng)性的一個(gè)指標(biāo)。粘度愈大，潤滑油的內(nèi)摩擦阻力愈大，愈不易流動(dòng)，因而承載能力愈大。動(dòng)力粘度平行板間油的層流流動(dòng)貼近靜止扳的油層速度各油層以不同速度移動(dòng)貼近移動(dòng)扳的油層速度油層間剪應(yīng)力與速度梯度油層成正比(粘性流體粘性定律)比例常數(shù)，即動(dòng)力粘度粘度有三種定量指標(biāo)，即動(dòng)力粘度、運(yùn)動(dòng)粘度和條件粘度。潤滑油牌號(hào)參看P243表15-2設(shè)長寬高各為1m的流體，若上下兩面發(fā)生1m/s的相對(duì)滑動(dòng)，所需施加的力為1N時(shí)，則該流體的粘度為1個(gè)國際單位制的動(dòng)力粘度記為Pa.s(潤滑油的粘度)運(yùn)動(dòng)粘度動(dòng)力粘度與同溫下該流體密度的比值動(dòng)力粘度經(jīng)常用于滑動(dòng)軸承的分析計(jì)算中，商品油則常用運(yùn)動(dòng)粘度來標(biāo)定。單位換算國際單位制物理單位稱為St(斯)常用單位cSt(厘斯)1）外載大—難形成油膜—選粘度高的油2）速度高—摩擦大—選粘度低的油3）溫度高—油變稀—選粘度高的油4）比壓大—油易擠出—選粘度高的油潤滑油選擇原則石墨、MoS2

、聚四氟乙烯樹脂等。

f小，用于特殊場(chǎng)合，如高溫介質(zhì)中、或低速重載條件下。1.水：主要用于橡膠軸承、酚醛膠布軸承的潤滑。2.液態(tài)金屬：汞、液態(tài)鈉、鋰、鉀等。主要用于宇宙飛行器中的某些軸承。3.氣體：只能用于特別高速輕載之處。三.固體潤滑劑四.其它潤滑劑附：潤滑方式與潤滑裝置潤滑方式可根據(jù)選擇，可用潤滑脂或油杯潤滑，可用針閥式油杯潤滑，可用油環(huán)或飛濺潤滑，宜用壓力循環(huán)潤滑。2）在一定條件下，利用軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)起來后的泵油作用把油帶入摩擦表面，形成壓力油膜將兩摩擦表面分開。這種滑動(dòng)軸承稱為液體動(dòng)壓軸承?！?5-6液體動(dòng)壓潤滑

徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算潤滑油把兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面完全分隔開時(shí)的摩擦稱為液體摩擦，由于兩固體表面并不接觸，因此理論上不存在磨損，摩擦阻力的大小也僅僅取決于潤滑油的性質(zhì)（主要是粘度）。1）輸入壓力油以平衡載荷，由于可在軸承未工作時(shí)就將兩表面分開，故稱為靜壓軸承。靜壓軸承本身價(jià)廉，但附屬液壓系統(tǒng)昂貴，故應(yīng)用受限；液體動(dòng)壓應(yīng)用要廣泛的多，但應(yīng)注意，由于存在起動(dòng)和停車，所以液體動(dòng)壓軸承還是存在固體間的摩擦和磨損的。實(shí)現(xiàn)液體摩擦有兩種方法：軸頸和軸瓦同心時(shí)兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時(shí)兩傾斜板的摩擦狀況層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動(dòng)前進(jìn)油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力沿方向按線性變化潤滑油不可壓縮“擁擠”形成壓力一.壓力油膜形成的原理abcdyv0靜止板B移動(dòng)板A二.液體動(dòng)壓潤滑的基本方程：假設(shè)：1）粘度與壓力和Y值無關(guān)。2）潤滑油沿Z向無流動(dòng)。3）潤滑油油性良好，與固體表面吸附牢固。4）潤滑油是牛頓流體。5）潤滑油無質(zhì)量。6）潤滑油不可壓縮。取截面x處的一個(gè)單元體分析，存在如下靜力平衡條件：h化簡后得：考慮到假設(shè)4）有：于是：帶入邊界條件：解得：即：1.油層的速度分布yv0靜止板B移動(dòng)板Ahb積分得：2.潤滑油的流量假設(shè)：無側(cè)漏，z方向尺寸無限大，則通過間隙高度為的任意截面上單位寬度(z方向)的流量為：流體是連續(xù)的一維雷諾方程返回當(dāng)時(shí)，p有極大值，此時(shí)，該截面的流量為：靜止板移動(dòng)板討論對(duì)平行板平行板間油膜壓力沿x方向無變化，等于入口處壓力()對(duì)傾斜板入口處速度圖形為凹形在處油膜厚度為v沿y方向線性分布油膜壓力達(dá)出口處速度圖形為凸形由1）油膜壓力沿x方向變化規(guī)律yv0靜止板B移動(dòng)板A討論由1）兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙；2）液體摩擦形成的必要條件若則2）兩工作表面必須有一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，且v方向是從大口到小口；3）間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油。無粘度各油層無速度兩板間油無流動(dòng)不能形成油膜壓力(1)停車(2)啟動(dòng)金屬直接接觸摩擦力使軸頸右移油膜壓力將軸頸托起，其合力將軸頸左推(3)隨著油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡(4)為工作轉(zhuǎn)速油膜壓力偏心距e三.向心滑動(dòng)軸承動(dòng)壓油膜形成過程本章思考題1.一般工況下滾動(dòng)軸承比滑動(dòng)軸承常用。那么，在哪些情況下采用滑動(dòng)軸承比采用滾動(dòng)軸承好呢？為什么？2.潤滑油的油性好是什么意思？潤滑油