第11章轴承(一)

1、任务九任务九 轴承轴承(一一) 11.1 概述概述 11.2 滑动轴承的结构与材料滑动轴承的结构与材料 11.3 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 11.4 非液体摩擦滑动轴承的设计计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算 思考与练习思考与练习 11.1 概概 述述 11.1 概概 述述 一、 滑动轴承的特点与应用 工作时轴套和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承称为滑动轴承。 滑动轴承工作面间一般有润滑油膜且为面接触, 所以滑动轴承具有承载能力大、 抗冲击、 噪声低、 工作平稳、 回转精度高、 高速性能好等独特的优点。 滑动轴承主要应用于以下场合: 工作转速极高的轴承； 要求轴的支承位置特别精确、

2、 回转精度要求特别高的轴承； 特重型轴承； 承受巨大冲击和震动载荷的轴承； 必须采用剖分结构的轴承； 要求径向尺寸特别小以及特殊工作条件的轴承。 滑动轴承在内燃机、 汽轮机、 铁路机车、 轧钢机、 金属切削机床以及天文望远镜等设备中应用很广泛。 有关滑动轴承与轴的关系以及滑动轴承的结构huadongzhouchengdonghua1.swfhuadongzhouchengpoufen.swf二、 滑动轴承的类型 1. 按承受载荷方向分类 (1) 径向轴承: 只承受径向载荷。（整体式滑动轴承jb150201.swf。对开式滑动轴承jb150202.swf。） (2) 推力轴承: 只承受轴向载荷。

3、 (3) 组合轴承: 同时承受径向载荷和轴向载荷。 2. 按润滑状态分类 (1) 流体润滑轴承: 摩擦表面完全被流体膜分隔开, 表面间的摩擦为流体分子间的内摩擦。 (2) 非流体润滑轴承: 摩擦表面间为边界润滑或混合润滑。 3. 按流体膜的形成原理分类 常见的滑动轴承有流体动压润滑轴承、 流体静压润滑轴承和流体动静压润滑轴承。 4. 按润滑材料分类 常见的滑动轴承有液体润滑轴承、 气体润滑轴承、 塑性体润滑轴承、 固体润滑轴承和自润滑轴承。 和滚动轴承相比, 在某些工作条件下, 滑动轴承有着显著的优越性, 不能为滚动轴承所代替。 11.2 滑动轴承的结构与材料滑动轴承的结构与材料一、 滑动轴承

4、的结构形式 滑动轴承一般由轴承座、 轴瓦、 润滑装置和密封装置等组成。 图 11 - 1 整体式径向轴承 1. 径向滑动轴承 1) 整体式滑动轴承 图11 - 1所示为典型的整体式滑动轴承, 由轴承座和轴瓦组成。 整体式滑动轴承结构简单、 成本低、 但无法调节轴颈和轴承孔间的间隙, 当轴承磨损到一定程度时必须更换。 装拆这种轴承时轴或轴承必须作轴向移动, 很不方便, 故多用于轻载、 低速、 间歇工作的简单机械中, 其结构已标准化。 2) 剖分式滑动轴承 图11 - 2所示为典型的剖分式滑动轴承, 由轴承座、 轴承盖、 对开轴瓦、螺栓等组成。轴瓦和轴承座均为剖分式结构, 在轴承盖与轴承座的剖分面

5、上制有阶梯形定位口, 便于安装时定心。 轴瓦直接支承轴颈, 因而轴承盖应适度压紧轴瓦, 以使轴瓦不能在轴承孔中转动。 轴承盖顶端制有螺纹孔, 以便安装油杯或油管。 3) 调心式滑动轴承 调心式滑动轴承的轴瓦位置可以调整以适应轴颈, 从而避免轴瓦发生急剧磨损, 如图11 - 3所示。 图 11 - 2 剖分式径向轴承 图 11 - 3 调心式径向轴承 2. 推力轴承 图11 - 4所示为常见的推力轴承, 其工作面有实心端面、 空心端面、 单环工作面和多环工作面。 实心端面推力轴承由于工作时轴心与边缘磨损不均匀, 以致轴心部分压强极高, 所以很少采用。 空心端面与单环工作面的推力轴承工作情况较好。

6、 图 11 - 4 普通推力轴承(a) 实心端面止推轴颈; (b) 空心端面止推轴颈; (c) 环状轴颈; (d) 多环轴颈 二、 滑动轴承轴瓦的结构形式 滑动轴承中的轴瓦结构有两种形式, 一是整体式结构(见图11 - 5), 二是剖分式结构(见图11 - 6)。 对于大型轴瓦, 为节约贵重的减摩材料和便于修理, 常制成双金属轴瓦, 即以钢、 铸铁或青铜做瓦背, 再在瓦背上浇铸一薄层减摩材料(轴承衬)以提高轴瓦的工作性能。 金属轴瓦一般是铸造的, 在某些工业部门中, 由于生产批量较大, 常用附有薄层减摩材料的钢带(厚约1.52.5 mm)制成。 此外, 在瓦背上浇铸轴承衬时, 为了使轴承衬贴附

7、牢固, 应在瓦背上预制燕尾形或螺纹形沟槽, 如图11 - 7所示。 图 11 - 5 整体式轴瓦(a) 无油沟轴套; (b) 有油沟轴套 图 11 - 5 整体式轴瓦(a) 无油沟轴套; (b) 有油沟轴套 图 11 - 6 剖分式轴瓦 图 11 - 7 轴瓦瓦背沟槽形状 轴瓦应开设供油孔及油沟, 以便润滑油进入轴承并流到整个工作面上。 通常油沟的轴向长度约为轴瓦宽度的80%, 如图11 - 8所示, 以便在轴瓦两端留出封油部分, 防止润滑油的流失。 轴瓦的油沟一般应开设在非压力区或剖分面上。 滑动轴承壳体和轴瓦的结构尺寸, 可参看有关手册、 图册中的经验数据和公式， 并结合设计要求确定。 图

8、 11 - 8 油沟的形式 三、 轴承材料 常用的轴承材料有三类: (1) 金属材料: 如轴承合金、 灰铸铁、 减摩铸铁等； (2) 金属陶瓷: 如含油轴承； (3) 非金属材料: 如酚醛塑料、 尼龙等。 常用轴瓦材料的性能及其应用见表11 - 1。 11.3 滑动轴承的润滑滑动轴承的润滑 润滑对减少滑动轴承的摩擦和磨损以及保证轴承正常工作具有重要意义。 它除了可以降低功耗外, 还具有冷却、 防尘、 防锈和缓冲吸震等作用, 直接影响轴承的工作能力和使用寿命。 因此, 设计滑动轴承时, 必须注意合理选择润滑剂及润滑装置。 一、 润滑剂 常用的润滑剂一般为润滑油、 润滑脂, 在特殊工况下, 还可采

9、用固体润滑剂及水和空气等。 1. 润滑油 润滑油是最常用的润滑剂, 有动、 植物油, 矿物油和合成油, 其中以矿物油应用最广。 粘度是润滑油最主要的性能指标。 粘度是润滑油抵抗变形的能力, 表征液体流动的内摩擦性能, 粘度大的液体内摩擦阻力大, 承载后油不易被挤出, 有利于油膜形成。 通常粘度随温度升高而减低。 除粘度之外, 润滑油的性能指标还有凝点、 闪点等。 选用润滑油时, 通常以粘度为主要指标, 具体选用见表11 - 2。 2. 润滑脂 润滑脂是由润滑油添加各种稠化剂(如钙、 钠、 铝、 锂等金属皂)和稳定剂而成的膏状润滑剂。 其特点是稠度大不易流失, 密封简单, 不需经常添加, 但摩擦

10、损耗大, 故高速不宜用。 按所用金属皂的不同, 润滑脂主要有: (1) 钙基润滑脂: 有较好的耐水性, 但不耐热(使用温度不超过60)； (2) 钠基润滑脂: 耐热性较好(使用温度可达115145), 但抗水性差； (3) 铝基润滑脂: 具有良好的抗水性； (4) 锂基润滑脂: 性能良好, 既耐水又耐热, 在-20150范围内广泛应用。 表11 - 3列出了常用润滑脂的主要性能和用途, 供选择时参考。 表11 - 3 常用润滑脂的主要性能和用途 二、 润滑方式 在选定润滑剂之后, 还要选用恰当的润滑方式。 滑动轴承的润滑方式可按下式求得的k值选取： 3pk (11 - 1) 式中, p为轴颈的

11、平均压强, 单位为MPa； v为轴颈的平均圆周速度, 单位为m/s。 当k2时, 若采用润滑脂润滑, 则用旋盖式油杯手工加油, 如图11 - 9所示； 若采用润滑油润滑, 则用如图11 - 10所示的压注油杯或如图11 - 11所示的旋套式注油油杯进行定期加油。 当k 216时, 用如图11 - 12 所示的针阀式注油油杯或如图11 - 13 所示的油芯式油杯进行滴油润滑。 当k1632时, 用如图11 - 14所示的油环带油方式, 或采用飞溅、 压力循环等连续供油方式进行润滑。 当k32时, 则必须采用压力循环的供油方式进行润滑。 图 11 - 9 旋盖式油杯 图 11 - 10 压注油杯

12、图 11 - 11 旋套式注油油杯 图 11 - 12 针阀式注油油杯 图 11 - 13 油芯式油杯 图 11 - 14 油环润滑 11.4 非液体摩擦滑动轴承的设计计算非液体摩擦滑动轴承的设计计算 非液体摩擦(不完全液体摩擦)滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合, 处于变载荷条件下工作的轴承还可能发生疲劳破坏。 维持边界油膜不遭破坏, 是非液体摩擦滑动轴承的设计依据。 由于影响边界油膜破裂的因素很复杂, 目前尚缺乏可靠的计算方法， 因此, 通常采用条件性计算方法, 即(1) 为防止过度磨损而限制轴承压强p； (2) 为防止轴承温升过高时发生胶合而限制pv值； (3) 为防止轴承边缘局部发生严

13、重磨损而限制速度v。 一、 径向滑动轴承的计算 设计轴承时, 通常已知轴颈直径d、 转速n及轴承径向载荷FR， 因此, 轴承的设计是根据这些条件, 选择类型、 轴瓦材料, 确定轴承宽度B, 并进行校核计算。 对于非标准轴承还需进行结构设计。 对于不完全液体润滑轴承, 常取宽度B=(0.91.5)d； 如选用标准滑动轴承座, 则宽度B值应从有关标准或手册中查出。 1. 验算平均压强p 为防止轴颈与轴瓦间的润滑油被挤出而发生过度磨损, 应限制压强p。 径向滑动轴承的承载情况如图11 - 15所示。 pdBFdLFpRR(11 - 2) 式中, L为轴颈工作长度, 单位为mm, LB； p为许用压强

14、, 单位为MPa, 由表11 - 1查取； FR为径向载荷, 单位为N； d为轴承直径, 单位为mm。 图 11 - 15 径向滑动轴承的压强 2. 验算 pv值 为了防止轴承因温升过热而发生胶合, 应限制轴承单位面积上的摩擦功率fpv值。 由于摩擦系数f可认为是定值, 因此限制pv值即可限制温升： pBnFdndBFpRR19100100060(11 - 3) 式中, n为轴的转速, 单位为r/min； pv为pv的许用值, 单位为MPam/s, 见表11 - 1。 3. 验算轴颈的圆周速度 v 当压强p较小时, 虽然用式(11 - 2)和(11 - 3)验算p和pv 值均合格, 但由于轴产

15、生弯曲或不同心, 轴承的局部区域可能产生相当高的压力, 当速度v过高时, 局部的pv值可能超过其许用值, 轴承会加速磨损, 因而还要求 100060dn(11 - 4) 式中, v为轴颈的许用圆周速度, 单位为m/s, 见表11 - 1。 二、 止推滑动轴承的计算 止推滑动轴承的计算与径向轴承的计算相似。 当轴承的结构形式及基本尺寸确定后, 要对其p和pv值进行验算。 止推轴承的承载情况如图11 - 16所示。 图 11 - 16 止推轴承计算图 1. 校核压强p pddFpa)(4/(2122(11 - 5) 式中, Fa为轴向载荷, 单位为N； p为许用压强, 单位为Mpa， 见表11 - 4。 2. 校核 pv值 ppm(11 - 6) 式中, vm为轴颈的平均圆周速度, vm=dmn/601000, 单位为m/s； dm为轴颈的平均直径, dm=(d1+d2)/2, 单位为mm； n为轴的转速, 单位为r/min； pv为pv的许用值, 单位为MPam/s, 见表11 - 4。 表11 - 4 止推轴承的 p和pv值思考与练习思考与练习 1. 与滚动轴承相比, 滑动轴承有哪些特点？ 在哪些具体情况下, 必须使用滑动轴承？ 2. 根据润滑状态不同, 滑动轴承可分为哪几种类型？ 它们各有何特点？ 3. 为什么对重要的滑动轴承轴瓦