第15章 滑动轴承

第15章滑动轴承1.用来支承轴及轴上的零件，并保证轴的旋转精度；2.减少转轴与支承之间的摩擦与磨损。1.（按轴承反力与轴中心线的位置）：径向轴承（轴承的支承反力与轴中心线垂直）；推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线重合）；向心推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线有一夹角）2.滑动摩擦轴承；滚动摩擦轴承。轴承的分类：轴承的功用：由于结构与制造的原因，一般说来：滚动轴承摩阻小、起动灵敏；标准化程度高，质优价廉；便于使用与维护；故广泛应用于一般尺寸、中速、中载的工作条件和运动机械中。但是，在下列情况：①载荷特重；②承受巨大冲击载荷和振动载荷；③

回转精度要求很高；④

转速很高；⑤

尺寸很大或很小；⑥

结构上要求轴承剖分；⑦

特殊工作条件（如水、腐蚀介质中）。滑动轴承（已标准化）更有优势。滑动轴承的特点及其应用场合§15-1摩擦状态按表面润滑情况将摩擦分为：干摩擦：摩擦面间不加任何润滑剂。一般金属f＞0.15。滑动轴承中不允许出现。边界摩擦：摩擦表面间有一层极薄油膜。f≈0.1～0.3。是滑动轴承的最低要求。摩擦特性曲线一般向心滑动轴承适用。ηn/p称为轴承特性系数。液体摩擦：摩擦表面完全被油层分开。f≈0.001～0.01。最理想的摩擦状态。外圆磨床砂轮架按承载分按摩擦状态分向心（径向）滑动轴承（主要承受径向载荷）推力滑动轴承（承受轴向载荷）液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承动压轴承静压轴承推力滑动轴承向心滑动轴承滚动轴承§15-2滑动轴承的结构型式类型：1.整体式：结构上可作成水平剖分、倾斜剖分（受力方向与剖分面基本垂直，偏差≤15）、可调心的，以适合不同的用途。结构简单、安装困难、间隙不可调2.剖分式：结构较复杂、间隙可调，广泛采用一、向心滑动轴承间隙可调式自动调心式轴瓦结构要素：定位唇：防止轴瓦在轴承中移动壁厚双金属轴瓦、三金属轴瓦，分厚瓦和薄瓦。油孔壁厚油沟定位唇油室轴瓦结构型式：整体式、剖分式油孔和油沟：将油引入轴承油室：存油3.轴瓦结构宽径比－轴瓦宽度与轴径之比B/d。是向心滑动轴承的重要参数。二、推力滑动轴承§15-3轴瓦及轴承衬材料一、滑动轴承的失效形式：1.磨粒磨损:

硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面。2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒和表面粗糙的轮廓顶峰，在轴承表面划出线状伤痕。4.疲劳剥落：载荷反复作用下，轴承衬材料剥落。3.胶合（咬粘）：严重时可导致相对运动中止。5.腐蚀：润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质；氧对巴氏合金的腐蚀形成SnO2、SnO的混合物；硫对含银或铜的轴承材料腐蚀、润滑油中的水分对铜铅合金腐蚀。1.对轴瓦材料的要求轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。二、轴瓦及轴承衬材料：摩擦系数小导热性好，热膨胀系数小耐磨、耐蚀、抗胶合能力强要有足够的机械强度和可塑性同时满足上述要求的材料目前还没有，所以应根据具体情况，选择能够满足主要使用要求的材料。

常用双金属轴瓦是在轴瓦基体上浇铸或压合一层薄的轴承衬材料。两种金属在性能上能够取长补短。2.常用材料★轴承合金(白合金、巴氏合金)综合性能好机械强度较低价格昂贵常作为轴承衬材料，浇铸在钢、铸铁或青铜轴瓦上。锡锑轴承合金铅锑轴承合金锡青铜－中速重载，铅青铜－中速中载，铝青铜－低速重载。★青铜强度高，承载能力大，耐高温，耐磨性和导热性更优，但可塑性差，不易跑合，价高，与之相配的轴径必须淬硬。轻载、低速的轴瓦材料用粉末冶金法（铁或铜粉末混入石墨）压制、烧结而成的多孔性可贮油轴承。用于载荷平稳、低速和加油不便场合。摩擦系数小、耐磨、耐蚀，可用多种润滑剂，但承载能力低、导热性差、热变形大。可作为轴承衬材料。铸铁含油轴承橡胶常用轴瓦及轴承材料的性能见P257表15-1能缓冲吸振，可用水润滑。常用于有泥沙的场合。塑料§15-5非液体摩擦滑动轴承的计算设计准则－维持边界油膜不破裂。但由于边界油膜的强度和破裂温度受多种因素影响，尚未完全搞清楚，目前采用的是间接的、条件性计算。一.向心滑动轴承1.限制轴承压强p：是防止压强过大将油挤出，从而避免轴瓦过度磨损。对于转速很低或间歇转动的轴，只需进行这项计算。轴承径向载荷，N轴颈直径，mm轴瓦宽度，mm,由B/d定轴瓦材料的许用压强，见P257表15-1目的液体摩擦B/d＝0.5～1非液体摩擦B/d＝0.8～1.5考虑到功热当量，pv值与轴承单位面积的摩擦功耗（fpv）成正比，因此限制pv值也就是限制轴承的温升，从而避免温度过高使边界油膜破裂。对于连续运转轴承，通常都应进行这项计算。轴颈圆周速度，m/s

另外：当v过大，即使p和pv值都在允许的范围内，轴承可能出现早期磨损，故有时还须限制滑动速度。轴的转速，r/min轴承材料pv许用值，见P257表15-12.限制轴承pv值：推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的），采用多环轴颈可承受较大的载荷，同时能承受双向载荷。但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。推力轴承应满足：21轴环数目轴环直径，mm轴孔直径，mm二.推力轴承推力轴承的[p]、[pv]值见P257表15-1。注意：多环时考虑受载不均匀，应将[p]、[pv]值减小20%～40%。d2d1d§15-4滑动轴承润滑剂的选用润滑目的：减小摩擦，降低磨损，冷却，防锈，防尘和吸振。润滑剂分类：流体（液体为主），脂，固体。润滑油最为常用。一.润滑脂的选择润滑脂的主要指标是针入度和滴点。润滑脂是润滑油与金属皂的混合物，呈半固体形态。其稠度大，不易流失，无冷却效果，物化稳定性差，摩阻大，有缓冲、吸振作用、承载能力大，故只适合低速（v≤2m/s）重载、难以经常供油的场合。针入性：表征润滑脂稀稠润滑脂越稠滴点：润滑脂受热后开始滴落的温度，表征耐高温的能力润滑脂工作温度一般应低于滴点2030°C针入性承载摩擦阻力选择原则1.压力高、速度低时，选针入度小一些的；反之宜大。2.轴承的工作温度应低于滴点温度的2030℃。3.钙基耐水不耐热，工作温度低于60℃；钠基耐热不耐水，工作温度低于115145℃；锂基最好，但价格稍贵，工作温度在-20150℃。润滑脂有钙基、钠基和锂基之分，一般说来：钙基抗水性好、耐热性差、价廉钠基抗水性差、耐热性好、防腐性较好锂基抗水性和耐热性好铝基抗水性好、有防锈作用、耐热性差润滑油的物理和化学指标主要有：粘度、粘度指数、油性、凝点、闪点、酸值和残碳量等。对于大多数滑动轴承来讲，粘度是最主要的指标，也是选择轴承用油的主要依据；对混合摩擦状态的滑动轴承来讲，则油性也是很重要的指标。二.润滑油的选择油性—

指润滑油对固体表面的吸附能力，一般来讲，润滑油中含极性分子团愈多，油性愈好。因此，动物油油性最好，植物油油性次之，矿物油油性最差。粘度—流体抵抗变形的能力称为粘度，以流体内摩擦阻力表示。是衡量润滑油易流动性的一个指标。粘度愈大，润滑油的内摩擦阻力愈大，愈不易流动，因而承载能力愈大。动力粘度平行板间油的层流流动贴近静止扳的油层速度各油层以不同速度移动贴近移动扳的油层速度油层间剪应力与速度梯度油层成正比(粘性流体粘性定律)比例常数，即动力粘度粘度有三种定量指标，即动力粘度、运动粘度和条件粘度。润滑油牌号参看P243表15-2设长宽高各为1m的流体，若上下两面发生1m/s的相对滑动，所需施加的力为1N时，则该流体的粘度为1个国际单位制的动力粘度记为Pa.s(润滑油的粘度)运动粘度动力粘度与同温下该流体密度的比值动力粘度经常用于滑动轴承的分析计算中，商品油则常用运动粘度来标定。单位换算国际单位制物理单位称为St(斯)常用单位cSt(厘斯)1）外载大—难形成油膜—选粘度高的油2）速度高—摩擦大—选粘度低的油3）温度高—油变稀—选粘度高的油4）比压大—油易挤出—选粘度高的油润滑油选择原则石墨、MoS2

、聚四氟乙烯树脂等。

f小，用于特殊场合，如高温介质中、或低速重载条件下。1.水：主要用于橡胶轴承、酚醛胶布轴承的润滑。2.液态金属：汞、液态钠、锂、钾等。主要用于宇宙飞行器中的某些轴承。3.气体：只能用于特别高速轻载之处。三.固体润滑剂四.其它润滑剂附：润滑方式与润滑装置润滑方式可根据选择，可用润滑脂或油杯润滑，可用针阀式油杯润滑，可用油环或飞溅润滑，宜用压力循环润滑。2）在一定条件下，利用轴颈转动起来后的泵油作用把油带入摩擦表面，形成压力油膜将两摩擦表面分开。这种滑动轴承称为液体动压轴承。§15-6液体动压润滑

径向滑动轴承设计计算润滑油把两个相对运动表面完全分隔开时的摩擦称为液体摩擦，由于两固体表面并不接触，因此理论上不存在磨损，摩擦阻力的大小也仅仅取决于润滑油的性质（主要是粘度）。1）输入压力油以平衡载荷，由于可在轴承未工作时就将两表面分开，故称为静压轴承。静压轴承本身价廉，但附属液压系统昂贵，故应用受限；液体动压应用要广泛的多，但应注意，由于存在起动和停车，所以液体动压轴承还是存在固体间的摩擦和磨损的。实现液体摩擦有两种方法：轴颈和轴瓦同心时两平行板的摩擦状况轴颈和轴瓦偏心时两倾斜板的摩擦状况层与层间靠内摩擦阻力(粘性)带动前进油层间压力无变化，平行板间润滑油不产生压力沿方向按线性变化润滑油不可压缩“拥挤”形成压力一.压力油膜形成的原理abcdyv0静止板B移动板A二.液体动压润滑的基本方程：假设：1）粘度与压力和Y值无关。2）润滑油沿Z向无流动。3）润滑油油性良好，与固体表面吸附牢固。4）润滑油是牛顿流体。5）润滑油无质量。6）润滑油不可压缩。取截面x处的一个单元体分析，存在如下静力平衡条件：h化简后得：考虑到假设4）有：于是：带入边界条件：解得：即：1.油层的速度分布yv0静止板B移动板Ahb积分得：2.润滑油的流量假设：无侧漏，z方向尺寸无限大，则通过间隙高度为的任意截面上单位宽度(z方向)的流量为：流体是连续的一维雷诺方程返回当时，p有极大值，此时，该截面的流量为：静止板移动板讨论对平行板平行板间油膜压力沿x方向无变化，等于入口处压力()对倾斜板入口处速度图形为凹形在处油膜厚度为v沿y方向线性分布油膜压力达出口处速度图形为凸形由1）油膜压力沿x方向变化规律yv0静止板B移动板A讨论由1）两工作表面必须形成收敛的楔形间隙；2）液体摩擦形成的必要条件若则2）两工作表面必须有一定的相对运动，且v方向是从大口到小口；3）间隙中必须连续充满具有一定粘度的润滑油。无粘度各油层无速度两板间油无流动不能形成油膜压力(1)停车(2)启动金属直接接触摩擦力使轴颈右移油膜压力将轴颈托起，其合力将轴颈左推(3)随着油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡(4)为工作转速油膜压力偏心距e三.向心滑动轴承动压油膜形成过程本章思考题1.一般工况下滚动轴承比滑动轴承常用。那么，在哪些情况下采用滑动轴承比采用滚动轴承好呢？为什么？2.润滑油的油性好是什么意思？润滑油