第二十二章滑動軸承

第二十二章滑動軸承概述——與軸頸表面形成滑動摩擦副的軸承組成、特點(diǎn)及應(yīng)用不同類型、不同應(yīng)用場合的滑動軸承,其重要程度和運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)差異非常大,結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和價(jià)格差異亦極大。因而，滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算，在要求和工作量方面也有很大的差別?；瑒虞S承設(shè)計(jì)計(jì)算內(nèi)容

2概述決定軸承的結(jié)構(gòu)型式;選擇軸瓦、襯層和涂覆層材料；

確定軸承幾何參數(shù)；選擇潤滑劑和潤滑方法；計(jì)算軸承工作能力，確定軸承運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)。3§21.1滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)

按能承受的載荷方向滑動軸承的類型與應(yīng)用徑向軸承推力軸承4§22.1滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)

按能承受的載荷方向滑動軸承的類型與應(yīng)用徑向軸承推力軸承徑向推力軸承5按摩擦狀態(tài)滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)干摩擦軸承無潤滑軸承

固體潤滑軸承流體摩擦（潤滑）軸承流體動壓軸承流體靜壓軸承動靜壓混合潤滑軸承流體摩擦混合摩擦（潤滑）軸承:干摩擦、邊界摩擦、流體摩擦共有的摩擦狀態(tài)6滑動軸承的結(jié)構(gòu)徑向軸承滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)3）調(diào)心軸承1）整體式2）剖分式7推力軸承結(jié)構(gòu)a)圓止推面b)環(huán)形止推面c)單止推環(huán)d)多止推環(huán)滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)8軸瓦滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)軸瓦包括徑向軸承的軸瓦、軸套和推力軸承的推力瓦。軸瓦單層(金屬)軸瓦和多層(金屬)軸瓦厚壁軸瓦和薄壁軸瓦帶擋邊和不帶擋邊軸瓦9

軸套滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)帶擋邊和不帶擋邊軸套;單層和多層軸套油孔、油槽和油室10滑動軸承的類型與結(jié)構(gòu)油孔、油槽和油室11§22.2滑動軸承材料對軸瓦材料性能的要求1．減摩性成副材料的屬性(不是單一材料的屬性)2．嵌入性材料允許潤滑劑中外來硬質(zhì)顆粒嵌入而防止刮傷和磨粒磨損的性能。3．順應(yīng)性123．順應(yīng)性滑動軸承材料材料靠表層的彈塑性變形補(bǔ)償滑動摩擦表面初始配合不良和軸的撓曲的性能。4．耐磨性配副材料抵抗磨損的性能。5．耐氣蝕性材料抵抗氣蝕(磨損)的性能。6．磨合性在軸頸與軸瓦初始接觸的磨合階段，減小軸頸或軸瓦加工誤差、同軸度誤差、表面粗糙度，使接觸均勻，從而降低摩擦力、磨損率的性能。13軸瓦材料的種類

滑動軸承材料1．金屬材料鑄造錫基軸承合金:如,ZSnSb12Pb10Cu4。

鑄造鉛基軸承合金:如,ZPbSb16Sn16Cu2

鑄造銅基軸承合金:如,ZCuSn5Pb5Zn5,ZCuSn10P1變形(鍛造)銅合金:如,CuSn8P鑄造鋁基軸承合金耐磨鑄鐵2．粉末冶金材料3.非金屬材料:工程塑料、炭石墨、陶瓷、橡膠14軸瓦表面涂層材料

滑動軸承材料常用的表面涂層材料：PbSn10、PbIn7、PbSn10Cu2涂層的功能使軸瓦表面與軸頸匹配有良好的減摩性；提供一定的嵌入性；改善軸瓦表面的順應(yīng)性；防止含鉛襯層材料中的鉛腐蝕軸頸。涂層的厚度一般為0.017mm～0.075mm。15各種軸瓦材料的性能比較

滑動軸承材料軸瓦材料

抗拉強(qiáng)度σb/MPa彈性模量E/GPa

密度ρ/g·cm-3

熱導(dǎo)率λ/W(m·℃)-1

線脹系數(shù)α/10-6·℃-1

錫基軸承合金80～9048～577300～738033.5～38.523.1鉛基軸承合金60～80299300～1020020.9～25.124.0～28.0銅基軸承合金150～70075～1207600～900027～7116～19耐磨鑄鐵200～350————表22-1各種軸瓦材料的物理性能

16表22-2各種軸瓦材料的使用性能比較

滑動軸承材料金

屬

材

料

非

金

屬

材

料

(含油)粉末冶金材料

錫(鉛)基軸承合金

銅基軸承合

金銅鉛合金

鑄鐵

塑料

木材

橡膠

炭石墨

承載能力尚可

良

良

良

尚可

差

差

差

尚可

減摩性

優(yōu)

中等

良

中等

中等

優(yōu)

優(yōu)

良

中等

耐磨性尚可

優(yōu)中等優(yōu)中等

尚可差

尚可中等順應(yīng)性優(yōu)

尚可差差

優(yōu)良優(yōu)中等

差17§22.3潤滑劑與潤滑方法的選用

潤滑劑及其選用

滑動軸承常用潤滑劑有：潤滑油、潤滑脂、固體潤滑劑、氣體潤滑劑、水等。潤滑油在一般參數(shù)下的大多數(shù)滑動軸承使用礦物油，有特殊要求時(shí)使用合成油。為滑動軸承專門研制的‘主軸、軸承和有關(guān)離合器用油’(F組)。18潤滑劑與潤滑方法的選用2.為某些機(jī)械研制的潤滑油也是用來潤滑那些機(jī)械中的滑動軸承的。潤滑油的選用軸頸線速度v/m·s－1＜0.10.1~0.30.3~0.60.6~1.21.2~2.02.0~5.05.0~9.0＞9.0軸承載荷p/MPa＜3工作溫度10～60℃粘度等級68,1006846,684632,4615,22,327,103～7.5150100,15010068,10068—7.5～3020～80℃680,1000680460,320150,220—19軸承間隙/mm0.002~0.0060.006~0.0100.010~0.0300.030~0.060主軸油牌號

L-FD2L-FD3、5、7L-FD7、10L-FD15、22

主軸油的選用

高速主軸軸承一般應(yīng)選用L-FD油，可根據(jù)軸承間隙按下表選牌號。潤滑劑與潤滑方法的選用潤滑脂脂潤滑軸承可根據(jù)滑動速度參考表22-5選用潤滑脂的錐入度，根據(jù)工作溫度選取潤滑脂品種。20潤滑劑與潤滑方法的選用軸承工作溫度θ/℃＜6060~130＞130線速度v/m·s-1

＜0.5＞0.5＜0.5＞0.5—潤滑脂品種

鈣基潤滑脂

羥基潤滑脂

鋰基潤滑脂

膨潤土基脂

錐入度/(10mm)-1

265~340335~385220~250表22-5脂潤滑軸承潤滑脂的選擇

固體潤滑劑滑動軸承常用的固體潤滑劑有炭石墨、二硫化鉬、聚四氟乙烯等。21潤滑劑與潤滑方法的選用潤滑方法的選用

油、脂潤滑滑動軸承潤滑方法的選取

K/(N·m)1/2·s-3/2

≤2000＞2000~16000＞16000~32000＞32000潤滑劑

潤滑脂

潤

滑

油

潤滑方法

旋蓋式注油杯潤滑

滴油潤滑

飛濺、油環(huán)或壓力供油潤滑壓力供油潤滑

F—軸承的徑向載荷,B—是軸承的有效寬度d—軸頸直徑；v—軸頸的圓周速度(m/s)22§22.4

滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算滑動軸承的參數(shù)徑向軸承軸頸直徑d或半徑r軸瓦孔直徑D或半徑R半徑間隙c(c=R－r)相對間隙ψ(ψ=c/r)軸瓦寬度B

1.幾何參數(shù)23滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算推力軸承止推環(huán)的外徑do或外半徑ro止推墊圈的內(nèi)直徑di或內(nèi)半徑ri

軸瓦寬度B、軸頸的直徑d、止推環(huán)的外徑do、止推墊圈的內(nèi)直徑di需通過承載能力計(jì)算確定，而半徑間隙c或相對間隙ψ則需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取。242.工況參數(shù)滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算載荷F(包括大小、方向和特性)；軸的轉(zhuǎn)速n(包括大小、方向和特性)。一般已知。3.熱力學(xué)參數(shù)功耗P、散熱量、軸承各處溫度和潤滑劑的溫度。實(shí)測值必須在允許的范圍內(nèi)，通過計(jì)算在設(shè)計(jì)時(shí)加以控制。25無潤滑軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算

滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)已知條件：軸徑d、轉(zhuǎn)速n、載荷F、軸瓦材料。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則:軸承的p、v值不要超過軸承材料極限p-v曲線限定的范圍。設(shè)計(jì)步驟1)計(jì)算出滑動速度:v=πdn(徑向軸承)2)計(jì)算允許的p值無潤滑軸承的失效形式:磨損263)確定軸承寬度滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算F---軸承所承受的徑向載荷,D---軸承直徑4）其它參數(shù)相對間隙（ψ=2c/d）,ψ=0.8×10-3(πdn)1/4

軸瓦壁厚推薦值見表22-727滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算28軸瓦孔徑

10~1818~3030~4040~5050~6565~8080~100100~150150~200軸瓦壁厚工程塑料

0.8~1.01.0~1.51.5~2.02.0~3.03.0~3.53.5~4.0———炭石墨

3~44~56~810~1212~1818~25表22-7工程塑料與炭石墨軸瓦壁厚滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算29含油軸承、不充分潤滑軸承和固體潤滑軸承的計(jì)算

滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算1.限制軸承的單位面積載荷p(防止過度塑性變形和磨損)

徑向軸承推力軸承2.限制軸承滑動速度v(防止高溫下過快磨損

)徑向軸承v=πdn≤[v]v=π(do+di)n/2≤[v]推力軸承303.限制軸承的pv值(限制軸承發(fā)熱量)滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算徑向軸承推力軸承將對p、pv、v的限制畫在對數(shù)坐標(biāo)圖上，構(gòu)成一條折線。這種計(jì)算方法稱為條件性計(jì)算。[p]、[v]和[pv]數(shù)據(jù)查閱相關(guān)表格。31液體動力潤滑軸承的計(jì)算

滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算液體動力潤滑軸承是利用軸頸與軸瓦的相對速度和表面與油的粘附性能，將潤滑油帶入軸承間隙，建立起壓力油膜而把軸頸與軸瓦隔開的一種液體摩擦軸承。描述這種潤滑狀態(tài)的基本方程是雷諾方程。從數(shù)學(xué)觀點(diǎn)看，流體潤滑計(jì)算的基本內(nèi)容就是對雷諾方程的應(yīng)用和求解。（一）雷諾方程32滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算h---油膜厚度；η---潤滑油粘度；

P---油膜壓力；u---軸頸線速度；X---軸頸線速度方向的坐標(biāo)；Z---軸瓦表面垂直于軸頸線速度方向的坐標(biāo)。由雷諾方程得出流體動力潤滑軸承形成承載油膜的條件：33滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算流體動力潤滑軸承形成承載油膜的條件：潤滑劑要有粘度，且油膜承載能力隨粘度提高而增大；軸頸要有相對速度，且油膜承載能力隨速度提高而增大；油膜厚度是變量，且沿速度方向逐漸減小方能形成正油膜壓力，即需要軸頸和軸瓦表面形成收斂形間隙，稱為油楔；要供給充足的潤滑劑。（二）油楔形成方法34形成油楔是流體動壓軸承的最基本條件。不同的油楔形成方法造就成各種各具特色的動壓軸承。滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算（二）油楔形成方法(三)液體動力潤滑徑向軸承的計(jì)算偏心距e—軸瓦幾何中心O與軸頸中心Oj的距離;1.幾何參數(shù)偏心率ε—偏心距e與軸頸間隙c之比，

(ε=e/c)35

偏位角φ—中心連線OOj與載荷作用線所夾銳角；滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算油膜厚度h—圓軸承，從OOj量起，任意θ角處油膜厚度h≈R-r+ecosθ≈c+ecosθ≈c(1+εcosθ)最小油膜厚度h2（θ＝180°）是保證流體動力潤滑的最重要的參數(shù)。

h2=dψ(1-ε)/2

362.性能計(jì)算滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算即計(jì)算液體動力潤滑徑向圓軸承的承載能力、摩擦功耗、潤滑油流量。雷諾方程有三個(gè)未知量（h、η、p），還需要補(bǔ)充兩個(gè)方程。膜厚度方程

h≈c(1+εcosθ)熱平衡方程令：Fμ/F=μ，為軸承的摩擦因數(shù)；μ=μ/ψ，為摩擦特性數(shù),則摩擦功耗為

Pμ=πμψFdn2)熱平衡計(jì)算37滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算2)熱平衡計(jì)算對自吸(無壓力)供油的軸承,軸承表面散去的熱量計(jì)算式為:Pμ=QA=kA(Θb-Θa)k是系數(shù)，在自然通風(fēng)下k=15~20[W/(m2K)]；A是軸承座散熱面積；Θb是軸承工作溫度，最高不得超過90℃；Θa是環(huán)境溫度。

對壓力供油的軸承,潤滑劑帶走的熱量計(jì)算式為

Pμ=QL=cρq(Θo-Θi)38c是潤滑油的比熱容；ρ是潤滑油密度；q是軸承端泄流量；Θo是潤滑油出油溫度；Θi是潤滑油進(jìn)油溫度，一般取為35-45℃。QL=cρq(Θo-Θi)滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算軸承工作溫度為:Θb=(Θo+Θi)/2,軸承最高工作溫度不得超過100℃。3)確定軸承的承載能力油膜壓力的合力即為軸承的承載能力。用軸承特性數(shù)F來表征承載能力，有

39滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算pm是軸承平均載荷,pm=F/(BD);ψ是相對間隙；ηe是潤滑油有效黏度；n是軸頸轉(zhuǎn)速。軸承特性數(shù)F可以建立圓軸承在穩(wěn)態(tài)條件下、不同寬徑比時(shí),軸承特性數(shù)F與偏心率ε的關(guān)系曲線。同樣可以建立軸承的功耗、流量、偏位角等特性數(shù)與偏心率ε的關(guān)系曲線。當(dāng)載荷、轉(zhuǎn)速已知，選定直徑、寬度、間隙和潤滑劑之后，利用關(guān)系曲線可以查出偏心率ε，再利用這些圖表根據(jù)偏心率ε可以求出功耗、流量和偏位角。40滑動軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算4