第15章滑动轴承

第十五章滑动轴承

第一节

概

述

一、滑动轴承的分类1、按其承受载荷方向不同分

径向轴承

止推轴承

2、按工作表面间的摩擦状态分

非液体摩擦轴承液体摩擦轴承干摩擦轴承

二、设计滑动轴承时应解决的问题：

1）确定轴承的结构形式；

2）选择轴瓦和轴承衬的材料；

3）确定轴承结构参数；

4）选择润滑剂和润滑方法；

5）计算轴承的工作能力及热平衡计算。

第二节径向滑动轴承的结构形式

一、整体式径向滑动轴承

整体式径向滑动轴承

特点优点：结构简单，制造方便，成本低廉。

缺点：滑动表面摩损后轴承间隙过大无法调整。

应用：多用于低速、轻载或间隙工作的机器中。二、对开式径向滑动轴承

对开式径向滑动轴承特点优点：装拆方便，可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙。

缺点：结构复杂，制造费用较高。

应用：应用广泛。

三、调心式径向滑动轴承

调心式径向滑动轴承四、调隙式径向滑动轴承

应用：常用于一般用途的机床主轴上。

第三节轴瓦的材料和结构一、失效形式及轴瓦材料1、轴瓦的主要失效形式:磨损胶合2、其它常见的失效形式

:压溃、刮伤、疲劳剥伤、腐蚀

以及轴承衬脱落等。3、轴瓦材料具备下列性能：

（1）良好的减摩性、耐磨性和磨合性

（2）足够的强度

（3）良好的适应性和嵌藏性

（4）良好的导热性

（5）耐腐蚀性

（6）良好的工艺性

二、轴瓦材料浇注轴承合金的轴瓦

轴瓦材料（三大类）1）金属材料：如轴承合金、铜合金、铝基合金和铸铁等见表15－1。

2）多孔质金属材料（粉末冶金材料）。

3）非金属材料：如工程塑料、碳一石墨、橡胶、硬木等见表15－2。

常用轴瓦材料

1、轴承合金（又称白合金、巴氏合金）

是锡、铅、锑、铜的合金。特点优点：嵌藏性好、适应性好、磨合性好、抗胶合性较好、减磨性好。缺点：机械强度较低、价格贵。应用场合：熔点较低，只适用于150℃以下工作。

2.青铜常用青铜：锡青铜、铅青铜。

锡青铜：强度高、减摩性、耐磨性好，应用较广泛。

铅青铜：良好的抗胶合能力，能在较高温度下工作。

小结：青铜比轴承合金硬度高，磨合性差，为了减少轴颈的磨损，对轴颈表面碎硬、磨光和保持好的润滑。

3.铝合金

优点：高强度、耐腐蚀、导热性良好缺点：与其相配的轴颈表面应具有较高的硬度和较低的粗糙度。应用特点：应用广泛。4.灰铸铁及耐磨铸铁普通灰铸铁加镍、铬、钛等合金成分。

特点优点：具有一定的减摩性和耐磨性。缺点：硬度高且脆，磨合性差。

应用范围：适用于轻载、低速和不受冲击载荷的场合。

5.多孔质金属材料

用不同金属粉末和石墨粉末经压型、烧结而制成的多孔隙结构材料。

特点优点：润滑性能好。缺点：材料性质较脆，不宜承受冲击载荷，

应用范围：一般用于载荷平稳及速度不高、加油不便的场合。

6.非金属材料

常用的有酚醛树脂、尼龙和聚四氟乙烯等。

特点优点：具一定的自润滑性，可油润滑，也可水润滑，摩擦系数低，塑性好（嵌入性好），抗腐蚀性强，磨合性好。

缺点：导热性差，膨胀系数大，容易变形。

应用范围：一般用于温度不高、载荷不大的场合。

三、轴瓦结构

整体式

整体轴套

卷制轴套结构

剖分式

剖分式轴瓦剖分式

油沟形状

油沟

轴向油沟

油沟布置不当降低油膜承载能力

普通油室

轴瓦的固定

第四节 润滑剂和润滑方法一、润滑剂

1、润滑油的选择

润滑剂的类型润滑油

润滑脂

固体润滑剂

选择时应考虑轴承压力、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方法等条件。

润滑油选择的一般原则为：

1）在压力大或冲击、变载等工作条件下，应选用粘度高一些的油；

2）滑动速度高时，容易形成油膜，为了减少摩擦功耗，减小温升，应选用粘度低一些的油；

3）加工粗糙或未经磨合的表面，应选用粘度高一些的油；

对于非液体摩擦轴承，主要应根据油性来选择润滑油，一般可参考表15–3选取。

4）循环润滑、芯捻润滑时，应选用粘度低一些的油；飞溅润滑应选用高品质、能防止与空气接触而氧化或因剧烈搅拌而乳化的油。

2、润滑脂的选择

润滑脂常用于要求不高、难以供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承。

润滑脂的一般选择原则：1）平均压强高和滑动速度低时，选锥入度小一些的品种，反之，则选锥入度大一些的品种。

2）所用润滑脂的滴点，一般应高于轴承的工作温度约20~30℃，以免工作时过多地流失。

3）在有水或潮湿的环境下，应选择耐水性好的润滑脂，如钙基脂。

选择润滑脂牌号时可参考表15–4。

二、润滑方法

（一）润滑油的润滑方法

间隙式连续式间歇供油方法

1、滴油润滑

针阀式油杯

特点调节螺母可以控制油孔开口大小以调节油量。

连续供油方法2．芯捻润滑

油芯油杯特点不易调节供油量，供油不均匀。

3．油环润滑油环润滑适用的转速范围为(60~100)r/min<n<(1500~2000)r/min。

4．飞溅润滑

飞溅（油池）润滑

特点：飞溅润滑装置简单，工作可靠，但引起搅油损失，油温升高，油量也不能调节。

5．浸油润滑

浸油润滑

特点：部分轴承直接浸在油中以润滑轴承。

6．压力循环润滑

压力循环润滑

特点：工作可靠。在重载、振动或交变载荷等工作条件下润滑效果。压力循环润滑系统较复杂，成本较高。

（二）润滑脂的润滑方法润滑脂只能间歇供应。

滑动轴承的润滑方法可根据系数k选定

p–––平均压强(MPa)，p=F/Bd；

F–––轴承所受的径向载荷（N）；

v–––轴颈的圆周速度（m/s）。

式中当k≤2时，用润滑脂润滑；当2<k<16时，用滴油润滑；当16<k<32时，用油环或飞溅润滑；当k>32时，用压力循环润滑。第五节混合摩擦径向滑动轴承的设计计算维持边界油膜不遭破裂，是混合摩擦轴承的设计依据。

一、限制轴承的平均压强p

不产生过度磨损，轴承的平均压强≤[p](MPa)

(15–2)

低速轴或间歇转动的轴承只需进行平均压强校核。

二、限制轴承的pv值

限制pv值就是限制轴承的温升。

pv≤[pv](MPa∙m/s) (15–3)[pv]–––轴瓦材料的许用值，由表15–1查取。

三、限制滑动速度v

v≤[v](m/s) (15–4)式中[v]––––滑动速度的许用值，由表15–1查取。

混合摩擦径向滑动轴承的设计：1、根据使用要求及工作条件，确定轴承的结构形式，并参考表15–1选取轴瓦材料。

2、一般根据宽径比确定轴承宽度B（即轴颈的工作长度）。

3、按照上述方法进行轴承工作能力的校核计算。

4、根据不同的使用要求，合理地选择轴承的配合（参见表15–5）。

5、选择润滑剂和润滑方法。

第六节液体动压径向滑动轴承的设计计算一、油膜承载机理

一定条件下，当油膜厚度超过轴颈与轴承工作表面微观不平度的平均高度之和时，就能把它们完全隔开形成液体摩擦。在这种状态下工作的轴承称为液体动压轴承。

油膜产生压力的原理

a)剪切流b)压力流

c)两相对运动平板间油层的速度分布和压力分布

二、动压润滑的基本方程液体动压润滑理论的基本方程:(15–5)雷诺方程表明:油膜压力、油的粘度、流体相对滑动速度和油膜厚度变化规律间的关系。如能找到油膜厚度h与坐标x之间的函数关系，那么通过对x的一次积分，就能找出油膜压力P的函数表达式，从而计算油膜承载能力。三、径向滑动轴承动压润滑状态的建立a)n＝0

b)n≈0

c)形成油膜

d)n>>0（达工作转速）

液体动压润滑径向滑动轴承设计的基本原则是：

1）保证有足够的最小油膜厚度hmin，把两摩擦表面完全隔开；

2）限制轴承温升，使润滑油在工作中保持足够的粘度；

3）维持足够的润滑油流量，使它能源源不断地补充进油楔。

四、液体动压润滑径向滑动轴承的承载能力及最小油膜厚度1、径向轴承的几何关系

轴承的直径间隙

=D–d半径间隙

相对间隙

ε=e/

=2e/

偏心率

：反映了轴承的承载能力。

图15-21

径向滑动轴承的几何参数和油压分布

如图所示，在OOA中，根据余弦定律可得R2=e2+(r+h)2–2e(r+h)cos(–f)

式中

R–––轴承孔半径，R=D/2。

解上式得：

因为e2sin2f比R2小得多，忽略不计，

r+h=–ecosf+R

或

h=R–r–ecosf=yr(1–cosf)

同理可得

h0=yr(1–cosf0)式中

f0–––最大油膜压力处的极角

最小油膜厚度

hmin=yr(1–)

2、轴承的承载能力液体动压径向滑动轴承的承载能力的计算式为

式中

––––润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度（Pa·s）；

B––––轴承宽度（m）；

v——轴颈的圆周速度（m/s）；

Φw––––承载量系数

3、最小油膜厚度hmin

hmin=yr(1–)

设计时应取

hmin≥S(Rz1+Rz2)式中

Rz1–––轴颈表面微观不平度的平均高度；

Rz2–––轴承孔表面微观不平度的平均高度；

S–––考虑表面几何形状误差、零件的变形及安装误差等的安全系数，通常取S≥2。Rz1及Rz2根据加工方法可由表15–6确定。

五、轴承的热平衡计算

轴承工作时，由于摩擦生热，使润滑油温度升高，粘度下降，则轴承承载能力降低。故应限制轴承温升，同时防止轴承过热以致产生胶合。

根据热平衡条件，同时间内流动的油所带走热量及轴承散发的热量之和。从上式解得

式中

f––––轴承的摩擦系数；

F––––轴承的径向载荷（N）；

v––––轴颈的圆周速度（m/s）；

c––––润滑油的比热，对矿物油约为（1680~2100）(J/kg∙℃)；

––––润滑油的密度，对矿物油约为（850~900）(kg/m3)；

Q––––润滑油端泄的流量（m3/s）；

t––––润滑油的温升（℃），令t1为进油温度，t2为出油温度，则t=t2–t1；

B––––轴承宽度（m）；

d––––轴承直径（m）；

ks––––轴承的散热系数，按轴承结构、尺寸及通风条件而定：

1、轻型轴承或在不易散热的环境中工作的轴承，可取ks＝50J/m2∙s∙℃；

2、中型轴承及一般通风条件，可取ks=80J/m2∙s∙℃；

3、重型轴承，冷却条件良好，取ks=140J/m2∙s∙℃。

f––––摩擦特性数，f=f/；Q––––流量系数，Q=Q/yvBd。f和Q都是无量纲数，它们与宽径比B／d和偏心率的关系分别由图15–23及图15–24查得（包角=180时）。

在计算轴承的承载能力时，一般采用润滑油平均温度时的粘度。

平均温度

t1——进油温度，一般可取为35~45℃。t2——出油温度。

式中：平均温度tm一般不应超过75℃。

最合理的办法是采用加快润滑油的循环速度来冷却轴承，

六、参数选择

1、宽径比B/d

一般机器的B/d值，可参考表15–7选取。

表15–7

液体摩擦轴承的宽径比B/d值机器种类汽轮机、风机电机、离心泵、齿轮减速器机

床轧钢机B/d0.3~10.6~1.50.8~1.20.6~0.92、相对间隙

一般取＝0.0002~0.003。

一般主要根据载荷和速度选取值。载荷小、速度高，取较大值；反之，取较小值。

值可参照下列经验公式计算：

3、油的粘度

Pa∙s

式中n–––轴颈转速（r/s）。例15–1（自学）第七节

其他滑动轴承简介

一、推力滑动轴承

推力轴承又叫止推轴承，用来承受轴向载荷，由轴承座和止推轴颈组成。

推力轴承的类型：按推力方向分：立式卧式按结构分单环多环混合摩擦的推力轴承，应校核压强p和pv值。

≤[p](MPa)

(15–17)

≤[pv]

（15-18）许用压