机械设计基础（第5版）课件：滑动轴承

轴承第一节滑动轴承概述一.滑动轴承的组成

滑动轴承1－轴承座2－下轴瓦3－上轴瓦4－轴承盖5－润滑装置

二.摩擦状态1.干摩擦

在相对运动表面间没有任何润滑剂存在，相对运动表面直接接触所产生的摩擦，称为干摩擦。

实际上没有理想的干摩擦，金属表面的氧化膜、空气吸附层都会减小摩擦力。

通常将在摩擦表面间没有专门引入润滑剂时所发生的摩擦称为干摩擦。

干摩擦使接触表面产生严重磨损，损耗功率。使滑动轴承强烈升温，以至烧瓦，滑动轴承不允许出现干摩擦状态。2.边界摩擦

在摩擦表面间存在润滑油，由于润滑油与金属表面间的物理、化学作用，在金属表面形成一层极薄的吸附膜，即边界油膜。将摩擦表面隔开，可承受很高的比压，这种摩擦状态称为边界摩擦。

纯粹的边界摩擦只有在理想的光整平面间才能发生，实际在滑动过程中，表面微观凸峰相遇会划破油膜，形成局部金属直接接触。

边界摩擦状态可减小摩擦和磨损，但不能完全消除摩擦磨损。3.液体摩擦

摩擦表面间有充足的润滑油，形成足够厚度的油膜，完全消除了摩擦表面间的直接接触，摩擦只发生在润滑液体分子间，此种摩擦状态称为液体摩擦。液体摩擦状态只有满足一定条件才能实现。4.混合摩擦

界于边界摩擦和液体摩擦之间的摩擦状态称为混合摩擦，或称为非液体摩擦。

一般机器中的滑动摩擦至少应维持混合摩擦状态，对重要的机器设备应实现液体摩擦状态，不允许出现干摩擦状态。三.滑动轴承的类型1.按承受载荷的方向分

a)径向轴承：只承受径向载荷。b)止推轴承：只承受轴向载荷。

2.按轴承工作时的润滑状态分

a)非液体摩擦滑动轴承（边界摩擦、混合摩擦）

b)液体摩擦滑动轴承（液体摩擦）液体动压润滑轴承—动压轴承

液体静压润滑轴承—静压轴承四.滑动轴承的应用

滑动轴承除液体摩擦轴承外，一般摩擦损耗大，而且设计、维护比较复杂，所以在很多场合被滚动轴承代替。但在某些工作条件下，滑动轴承具有显著的优越性，往往滚动轴承不能替代。1.特高转速的轴承（滚动轴承受极限转速限制）如：汽轮机、燃汽轮机中的轴承。2.高精度的轴承

滑动轴承的元件少，可获得更高的制造精度。如：精密机床的主轴轴承。

3.大型及重载轴承

大尺寸滚动轴承制造困难，成本高、承受重载时易产生静载破坏。

如：大型发电机的轴承。4.承受冲击和振动载荷的轴承

滑动轴承的承压面大，油膜具有缓冲和吸振作用。如：搅拌机、破碎机中的轴承。

5.剖分式轴承

如：发动机的曲轴轴承。

6.空间尺寸受到限制，需采用小直径轴承

如；曲柄销、万向联轴器中的轴承。

7.特殊工作条件下的轴承

在水、蒸汽、腐蚀性介质中工作的轴承，如：轮船螺旋桨的轴承。

总之，滑动轴承主要应用在高速、重载、高精度、及特殊工作环境中。此外，由于滑动轴承结构简单，也常用在低速及不重要的辅助机构中。如：手动绞肉机等。第二节滑动轴承的典型结构1.整体式径向滑动轴承a）轴承座：整体有衬正滑动轴承座。JB/T2560—1991b）轴套：由减磨材料制造，通常用螺钉与轴承座固定，用油杯供油。

一.径向滑动轴承的结构1)组成整体式径向滑动轴承（整体轴瓦式)

1－轴承座2－轴套3－紧定螺钉2)特点及应用a）结构简单、成本低廉。b）装拆时需作轴向移动，装拆不便。c）轴颈与轴瓦间的间隙无法调整，轴瓦磨损后只能更换。

该种轴承多用于低速、轻载及间歇工作的机器中。如：农业机械、手动机械等。2.剖分式径向滑动轴承

1)组成

a）轴承座

b）轴承盖c）上轴瓦e）连接螺栓

2)结构特点

a）轴承盖和轴承座的剖分面制成阶梯形榫口，以便轴承对中和防止横向错动。

b）由于工作时只有下轴瓦受载，所以油孔或油槽开在上轴瓦上。d）下轴瓦f）轴瓦固定套剖分式径向滑动轴承（剖分轴瓦式)1－轴承座

2－轴承盖3－上轴瓦4－下轴瓦5－连接螺栓6－轴瓦固定套

c）剖分面应与载荷垂直或近似垂直。当载荷垂直或略有偏斜时，剖分面应呈水平布置；当外载有较大偏斜时，一般呈45o倾斜布置,以适应载荷作用线超出轴承垂直中心线左、右各35o的情况。

这种轴承所用的轴承座称作二螺柱正滑动轴承座。JB/T2561—1991斜开径向轴承

3.调心式滑动轴承

对于轴承长度较大(B/d>1.5)或多支点长轴，由于轴的变形或轴承孔的同心度低，会使轴瓦边缘产生严重磨损。此时多采用调心轴承。

自动调心式滑动轴承具有可动轴瓦，轴瓦的外支承面为凸球面，装在轴承座的凹球面上，随着轴在支承处的倾角变化，轴瓦作相应倾斜，使轴颈与轴瓦保持良好接触，从而避免轴瓦边缘产生磨损。

a）b）调心式滑动轴承a）轴的挠曲b）调心式二.推力滑动轴承的结构

推力滑动轴承用于承受轴向载荷，与径向滑动轴承联合使用可承受复合载荷。推力滑动轴由轴承座和推力轴颈组成。1.实心式

由于支承面上离中心越远处，相对滑动速度越大，磨损越快。故实心轴承承载面上压力分布不均，靠近中心处的压力高。

一般推力轴承采用空心轴颈或多环轴颈。2.单环式3.多环式

多环式推力滑动轴承可承受较大的轴向载荷，还可承受双向轴向载荷。

推力滑动轴承的轴颈尺寸按表12-1给定的经验公式计算。第三节轴瓦一.轴瓦的失效形式1.磨损

有磨粒磨损和研磨磨损两种形式，磨损使轴承间隙加大，丧失精度，导致几何形状改变。

2.压溃

由于载荷超过轴瓦的承载能力而产生塑性变形。

3.胶合

由于重载、高温使油膜破裂或供油不充分，使相对运动表面发生金属粘附和迁移，造成轴承损坏。严重时会发生抱轴。4）疲劳剥落

由于载荷的重复作用，使轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。

轴承衬与衬背结合不良也会造成剥落，此种剥落周边光滑。而疲劳剥落周边不光滑。二.轴承材料

轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料

1.对轴承材料的主要要求1).良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性2).良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性

a)摩擦顺应性—指材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。一般硬度低、塑性好、弹性系数低的材料具有此性能。

b)嵌入性—容纳异物的能力。能将硬质颗粒嵌入材料内部而不外露，避免相对运动表面发生磨损。一般顺应性好的材料也具备好的嵌入性。

c)磨合性—是指轴瓦和轴颈表面经短期轻载运转，易于形成相互吻合的表面粗糙度，即易于磨合。3）足够的强度和抗腐蚀能力

4）良好的导热性、工艺性和经济性

由上述分析可知，对轴瓦材料的要求是多方面的，很难同时满足，设计时应视具体情况先满足主要要求。

在生产中，常使用双金属轴瓦。就是在强度较高的青铜、铜或铸铁制造的轴瓦上贴附某种薄层材料（如：轴承合金），贴附的材料称为轴承衬。两种材料取长补短，以满足对轴承的要求。2.常用轴承材料

1）金属材料

a)轴承合金

轴承合金的弹性摸量和弹性极限均很低；嵌入性、摩擦顺应性、抗咬粘性好；易磨合，但强度低。不能单独做轴瓦，只能做轴承衬。

常用材料；

★锡基轴承合金

—以锡为基本成分，含适量的锑和铜。除具备上述特点外，还具有对油的吸附性好、耐腐蚀、与钢背结合牢靠等优点。但熔点低、价格高。常用与于制作高速、重载轴承的轴承衬。

★铅基轴承合金

—以铅为基本成分，含适量的锡和锑。其性能与锡基轴承合金相近，但较脆，不宜承受冲击载荷；抗腐蚀能力差，应选用无腐蚀作用的润滑油。

b)铜合金

铜合金是传统的轴瓦材料，应用广泛。常用的铜合金为：★锡青铜★铅青铜★铝青铜

—减磨性、耐磨性最好，但嵌入性、磨合性差，适用于中速、重载。

—抗粘附能力强，适用于高速、重载。

—强度和硬度均较高，抗粘附能力差，适用于低速、重载。c)铝基轴承合金

耐磨性及耐腐蚀性好，疲劳强度高，价格低，可用于做轴瓦或轴承衬。d)灰铸铁、耐磨铸铁及球墨铸铁

由于含有石墨，具有一定的减磨性和耐磨性，但性脆，磨合性差，适用于轻载、低速、无冲击场合。2）多孔质金属材料（陶制金属、粉末冶金）

轴承制造工艺：制粉—成型—烧结。

该材料具有多孔结构，使用前需将轴瓦在热油中浸泡，使孔隙中充满润滑油，故称含油轴承，具有自润滑功能。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及润滑油受热膨胀，使油进入润滑表面；不工作时，依靠毛细管作用，使油吸回轴承内部。可长期保持润滑作用，能定期给油效果更佳。

多孔质金属的韧性较小，宜用于平稳无冲击及中、低速情况。常用材料：多孔铁、多孔质青铜。

3）非金属材料a)各种塑料如：酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等。

抗腐蚀性强、减磨、耐磨、可包容异物、具有一定自润滑能力。但强度和屈服极限较低，承载能力有限，热传导能力差，不宜用于制作间隙要求严格的轴承。

b)碳—石墨

是一种人造材料，摩擦系数小，具有自润滑能力，用做水润滑的轴承材料。c)橡胶

橡胶主要用于以水作润滑剂且环境脏污之处，如潜水泵。d)木材

木材是多孔质结构，一般需填充聚合物提高其强度和稳定性，减小吸湿性。主要用于某些建筑机械和农业机械中。轴承常用金属材料的性能见P198表12-2。三.轴瓦结构

1.对轴瓦的设计要求

轴瓦应具有一定的强度和刚度、在轴承中定位可靠、利于润滑和散热、便于装拆和调整。2.轴瓦的形式和构造1）整体式轴瓦卷制整体轴套车制卷制轴套2）剖分式轴瓦

a)厚壁轴瓦

用铸造方法制造，内表面可贴附轴承衬，用离心铸造法将轴承合金浇注在轴承背上，并保证轴承衬与轴瓦连接可靠。

b)薄壁轴瓦

轧制而成，质量稳定、成本低，但刚度小，其形状取决与轴承座的形状，轴瓦和轴承座均需精加工。剖分式厚壁轴瓦双金属薄壁轴瓦3.轴瓦的定位

轴瓦和轴承座间不允许有相对移动，应作周向和轴向固定。4.油孔及油槽

为使滑动轴承的工作表面获得良好润滑，应在轴瓦或轴颈上开设油孔或油槽，用以导油。

油孔及油槽的开设原则：

1）油孔或油槽应开设在非承载区或压力较小区域，以利在供油的同时不降低轴承的承载能力。

a)对于整体式轴承

当轴颈单向旋转且载荷方向变化不大时，只开单轴向油槽，应开在油膜厚度最大处。b)对于对开式轴承

油沟常开在剖分面处，轴颈单向转动时只开单轴向油槽，双向转动时开双轴向油槽。2）对于宽径比B/d较小的轴承，只开油孔，B/d较大时应开轴向油槽。

3）油槽不能开通，以防润滑油大量端泄，一般油槽长度为轴瓦宽度的80%。

4）油槽的剖面形状，应避免有锐边和棱角，以使润滑油流畅。

5）周向油槽

周向油槽适用于载荷方向变动范围超过180o的场合，常设在轴承宽度中部，将轴承分为两个独立部分，此种结构影响轴承的承载能力。

油槽尺寸查手册。第四节滑动轴承的润滑一.润滑的目的

减磨、冷却、吸振和防锈。二.润滑剂

常用的润滑剂有润滑油、润滑脂和固体润滑剂。经常在润滑油和润滑脂中加入各种添加剂以改善起其使用性能。1.润滑油

润滑油有动、植物油、矿物油和合成油。矿物油货源充分，价格便宜，是广泛应用的润滑剂。

润滑油选择

选择润滑油的主要依据是粘度，并考虑温度及压力的影响。

★当转速高、压力小、易于形成油膜，应选择粘度低的润滑油。

★当转速低、压力大、不易于形成油膜，应选择粘度高的润滑油。

★非液体摩擦滑动轴承的润滑油由P200表12-3选取。

★温度高的轴承应选用粘度大的润滑油，反之应选粘度小的油。

2.润滑脂

润滑脂主要用于对润滑要求不高，供油困难，低速、重载时的轴承的润滑。选择原则：

1.针入度：当压力高，滑动速度低时应选择针入度小的润滑脂，反之取针入度大的。2.滴点：滴点应高于工作温度（20~30）oC。

3.防水性能及耐热性

钙基脂和铝基脂的防水性好，但耐热性差；钠基脂的耐热性好，但防水性差；锂基脂的耐热性和防水性均好。

润滑脂是半固体润滑剂，由矿物油、金属皂（Ca、Na、Cl、Li）和水稠化而成。

3.固体润滑剂

主要用于真空、高温和润滑困难的特殊场合。

常用固体润滑剂为：MoS2、石墨、聚四氟乙烯等。

涂覆、烧结、粘结在摩擦表面上，形成固体膜。或混入金属或塑料粉末中烧结成型，制成耐磨零件。

使用方法三.润滑方法1.手工加油润滑用于低速、轻载和不重要的场合。用油壶向油孔定期注油。

旋盖式油杯（黄油杯）压配式注油杯旋套式注油杯2.滴油润滑利用油杯将润滑油连续滴入轴承中进行润滑。1)油绳式弹簧盖油杯

利用棉线的毛细管作用将油从油杯吸入轴承，结构简单，但供油量不能调节。

油绳式弹簧盖油杯2.针阀式油杯

当手柄直立时针阀被提起，油杯底部油孔打开，润滑油流进轴承。通过调节螺母控制针阀提升的高度，可调节供油量。

当手柄被扳倒时，油孔被针阀堵住，油杯停止供油。

针阀式油杯1－手柄2－调节螺母3－针阀4－观察孔3.油环润滑

油环下部浸入油中，随轴转动时将油引入轴承。

油环润滑1－轴颈2－油环4.油杯润滑图12-16旋盖式油杯（黄油杯）

杯盖

杯体用于脂润滑。

定期旋转杯盖，将润滑脂挤入轴承中。5.飞溅润滑利用浸入油池中的转动零件，将油溅入轴承。6.压力润滑

润滑及冷效果好，但需要供油设备。四.润滑方法选择可由经验公式确定p—轴承的压强MPav—轴颈圆周速度m/s当K≤2时，采用脂润滑,旋盖式油杯；

当K>2~16时，采用油润滑，针阀式油杯；当K>16~32时，采用油润滑，油环、飞溅或压力润滑；当K>32时，压力润滑。(12-1)第五节非液体摩擦滑动轴承的计算

非液体摩擦滑动轴承是指在边界摩擦或混合摩擦状态下运转的轴承。由于在相对运动表面间不能形成完全的承载油膜，故磨损、胶合、点蚀和擦伤几种失效形式并存。其中磨损和胶合是主要失效形式。主要应用于对工作可靠性要求不高、低速、重载及间歇工作的轴承。

一.工作能力准则

维持边界油膜不遭破坏。

边界油膜的强度和破裂温度受多种因素影响，对不完全液体润滑滑动轴承目前尚无完善的计算方法，只对其工作能力进行条件性计算。二.径向滑动轴承的计算

1.验算轴承的平均压力pMPa(12-2)F—轴承所受的径向载荷Bd—轴承