第11章軸承(一)

1、任務(wù)九任務(wù)九 軸承軸承(一一) 11.1 概述概述 11.2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料 11.3 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 11.4 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 思考與練習(xí)思考與練習(xí) 11.1 概概 述述 11.1 概概 述述 一、 滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)與應(yīng)用 工作時(shí)軸套和軸頸的支承面間形成直接或間接滑動(dòng)摩擦的軸承稱為滑動(dòng)軸承。 滑動(dòng)軸承工作面間一般有潤(rùn)滑油膜且為面接觸, 所以滑動(dòng)軸承具有承載能力大、 抗沖擊、 噪聲低、 工作平穩(wěn)、 回轉(zhuǎn)精度高、 高速性能好等獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。 滑動(dòng)軸承主要應(yīng)用于以下場(chǎng)合: 工作轉(zhuǎn)速極高的軸承； 要求軸的支承位置特別精確、

2、 回轉(zhuǎn)精度要求特別高的軸承； 特重型軸承； 承受巨大沖擊和震動(dòng)載荷的軸承； 必須采用剖分結(jié)構(gòu)的軸承； 要求徑向尺寸特別小以及特殊工作條件的軸承。 滑動(dòng)軸承在內(nèi)燃機(jī)、 汽輪機(jī)、 鐵路機(jī)車、 軋鋼機(jī)、 金屬切削機(jī)床以及天文望遠(yuǎn)鏡等設(shè)備中應(yīng)用很廣泛。 有關(guān)滑動(dòng)軸承與軸的關(guān)系以及滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)huadongzhouchengdonghua1.swfhuadongzhouchengpoufen.swf二、 滑動(dòng)軸承的類型 1. 按承受載荷方向分類 (1) 徑向軸承: 只承受徑向載荷。（整體式滑動(dòng)軸承jb150201.swf。對(duì)開式滑動(dòng)軸承jb150202.swf。） (2) 推力軸承: 只承受軸向載荷。

3、 (3) 組合軸承: 同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。 2. 按潤(rùn)滑狀態(tài)分類 (1) 流體潤(rùn)滑軸承: 摩擦表面完全被流體膜分隔開, 表面間的摩擦為流體分子間的內(nèi)摩擦。 (2) 非流體潤(rùn)滑軸承: 摩擦表面間為邊界潤(rùn)滑或混合潤(rùn)滑。 3. 按流體膜的形成原理分類 常見的滑動(dòng)軸承有流體動(dòng)壓潤(rùn)滑軸承、 流體靜壓潤(rùn)滑軸承和流體動(dòng)靜壓潤(rùn)滑軸承。 4. 按潤(rùn)滑材料分類 常見的滑動(dòng)軸承有液體潤(rùn)滑軸承、 氣體潤(rùn)滑軸承、 塑性體潤(rùn)滑軸承、 固體潤(rùn)滑軸承和自潤(rùn)滑軸承。 和滾動(dòng)軸承相比, 在某些工作條件下, 滑動(dòng)軸承有著顯著的優(yōu)越性, 不能為滾動(dòng)軸承所代替。 11.2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與材料一、 滑動(dòng)軸承

4、的結(jié)構(gòu)形式 滑動(dòng)軸承一般由軸承座、 軸瓦、 潤(rùn)滑裝置和密封裝置等組成。 圖 11 - 1 整體式徑向軸承 1. 徑向滑動(dòng)軸承 1) 整體式滑動(dòng)軸承 圖11 - 1所示為典型的整體式滑動(dòng)軸承, 由軸承座和軸瓦組成。 整體式滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 成本低、 但無(wú)法調(diào)節(jié)軸頸和軸承孔間的間隙, 當(dāng)軸承磨損到一定程度時(shí)必須更換。 裝拆這種軸承時(shí)軸或軸承必須作軸向移動(dòng), 很不方便, 故多用于輕載、 低速、 間歇工作的簡(jiǎn)單機(jī)械中, 其結(jié)構(gòu)已標(biāo)準(zhǔn)化。 2) 剖分式滑動(dòng)軸承 圖11 - 2所示為典型的剖分式滑動(dòng)軸承, 由軸承座、 軸承蓋、 對(duì)開軸瓦、螺栓等組成。軸瓦和軸承座均為剖分式結(jié)構(gòu), 在軸承蓋與軸承座的剖分面

5、上制有階梯形定位口, 便于安裝時(shí)定心。 軸瓦直接支承軸頸, 因而軸承蓋應(yīng)適度壓緊軸瓦, 以使軸瓦不能在軸承孔中轉(zhuǎn)動(dòng)。 軸承蓋頂端制有螺紋孔, 以便安裝油杯或油管。 3) 調(diào)心式滑動(dòng)軸承 調(diào)心式滑動(dòng)軸承的軸瓦位置可以調(diào)整以適應(yīng)軸頸, 從而避免軸瓦發(fā)生急劇磨損, 如圖11 - 3所示。 圖 11 - 2 剖分式徑向軸承 圖 11 - 3 調(diào)心式徑向軸承 2. 推力軸承 圖11 - 4所示為常見的推力軸承, 其工作面有實(shí)心端面、 空心端面、 單環(huán)工作面和多環(huán)工作面。 實(shí)心端面推力軸承由于工作時(shí)軸心與邊緣磨損不均勻, 以致軸心部分壓強(qiáng)極高, 所以很少采用。 空心端面與單環(huán)工作面的推力軸承工作情況較好。

6、 圖 11 - 4 普通推力軸承(a) 實(shí)心端面止推軸頸; (b) 空心端面止推軸頸; (c) 環(huán)狀軸頸; (d) 多環(huán)軸頸 二、 滑動(dòng)軸承軸瓦的結(jié)構(gòu)形式 滑動(dòng)軸承中的軸瓦結(jié)構(gòu)有兩種形式, 一是整體式結(jié)構(gòu)(見圖11 - 5), 二是剖分式結(jié)構(gòu)(見圖11 - 6)。 對(duì)于大型軸瓦, 為節(jié)約貴重的減摩材料和便于修理, 常制成雙金屬軸瓦, 即以鋼、 鑄鐵或青銅做瓦背, 再在瓦背上澆鑄一薄層減摩材料(軸承襯)以提高軸瓦的工作性能。 金屬軸瓦一般是鑄造的, 在某些工業(yè)部門中, 由于生產(chǎn)批量較大, 常用附有薄層減摩材料的鋼帶(厚約1.52.5 mm)制成。 此外, 在瓦背上澆鑄軸承襯時(shí), 為了使軸承襯貼附

7、牢固, 應(yīng)在瓦背上預(yù)制燕尾形或螺紋形溝槽, 如圖11 - 7所示。 圖 11 - 5 整體式軸瓦(a) 無(wú)油溝軸套; (b) 有油溝軸套 圖 11 - 5 整體式軸瓦(a) 無(wú)油溝軸套; (b) 有油溝軸套 圖 11 - 6 剖分式軸瓦 圖 11 - 7 軸瓦瓦背溝槽形狀 軸瓦應(yīng)開設(shè)供油孔及油溝, 以便潤(rùn)滑油進(jìn)入軸承并流到整個(gè)工作面上。 通常油溝的軸向長(zhǎng)度約為軸瓦寬度的80%, 如圖11 - 8所示, 以便在軸瓦兩端留出封油部分, 防止?jié)櫥偷牧魇А?軸瓦的油溝一般應(yīng)開設(shè)在非壓力區(qū)或剖分面上。 滑動(dòng)軸承殼體和軸瓦的結(jié)構(gòu)尺寸, 可參看有關(guān)手冊(cè)、 圖冊(cè)中的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和公式， 并結(jié)合設(shè)計(jì)要求確定。 圖

8、 11 - 8 油溝的形式 三、 軸承材料 常用的軸承材料有三類: (1) 金屬材料: 如軸承合金、 灰鑄鐵、 減摩鑄鐵等； (2) 金屬陶瓷: 如含油軸承； (3) 非金屬材料: 如酚醛塑料、 尼龍等。 常用軸瓦材料的性能及其應(yīng)用見表11 - 1。 11.3 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑 潤(rùn)滑對(duì)減少滑動(dòng)軸承的摩擦和磨損以及保證軸承正常工作具有重要意義。 它除了可以降低功耗外, 還具有冷卻、 防塵、 防銹和緩沖吸震等作用, 直接影響軸承的工作能力和使用壽命。 因此, 設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承時(shí), 必須注意合理選擇潤(rùn)滑劑及潤(rùn)滑裝置。 一、 潤(rùn)滑劑 常用的潤(rùn)滑劑一般為潤(rùn)滑油、 潤(rùn)滑脂, 在特殊工況下, 還可采

9、用固體潤(rùn)滑劑及水和空氣等。 1. 潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑油是最常用的潤(rùn)滑劑, 有動(dòng)、 植物油, 礦物油和合成油, 其中以礦物油應(yīng)用最廣。 粘度是潤(rùn)滑油最主要的性能指標(biāo)。 粘度是潤(rùn)滑油抵抗變形的能力, 表征液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能, 粘度大的液體內(nèi)摩擦阻力大, 承載后油不易被擠出, 有利于油膜形成。 通常粘度隨溫度升高而減低。 除粘度之外, 潤(rùn)滑油的性能指標(biāo)還有凝點(diǎn)、 閃點(diǎn)等。 選用潤(rùn)滑油時(shí), 通常以粘度為主要指標(biāo), 具體選用見表11 - 2。 2. 潤(rùn)滑脂 潤(rùn)滑脂是由潤(rùn)滑油添加各種稠化劑(如鈣、 鈉、 鋁、 鋰等金屬皂)和穩(wěn)定劑而成的膏狀潤(rùn)滑劑。 其特點(diǎn)是稠度大不易流失, 密封簡(jiǎn)單, 不需經(jīng)常添加, 但摩擦

10、損耗大, 故高速不宜用。 按所用金屬皂的不同, 潤(rùn)滑脂主要有: (1) 鈣基潤(rùn)滑脂: 有較好的耐水性, 但不耐熱(使用溫度不超過(guò)60)； (2) 鈉基潤(rùn)滑脂: 耐熱性較好(使用溫度可達(dá)115145), 但抗水性差； (3) 鋁基潤(rùn)滑脂: 具有良好的抗水性； (4) 鋰基潤(rùn)滑脂: 性能良好, 既耐水又耐熱, 在-20150范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用。 表11 - 3列出了常用潤(rùn)滑脂的主要性能和用途, 供選擇時(shí)參考。 表11 - 3 常用潤(rùn)滑脂的主要性能和用途 二、 潤(rùn)滑方式 在選定潤(rùn)滑劑之后, 還要選用恰當(dāng)?shù)臐?rùn)滑方式。 滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式可按下式求得的k值選取： 3pk (11 - 1) 式中, p為軸頸的

11、平均壓強(qiáng), 單位為MPa； v為軸頸的平均圓周速度, 單位為m/s。 當(dāng)k2時(shí), 若采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑, 則用旋蓋式油杯手工加油, 如圖11 - 9所示； 若采用潤(rùn)滑油潤(rùn)滑, 則用如圖11 - 10所示的壓注油杯或如圖11 - 11所示的旋套式注油油杯進(jìn)行定期加油。 當(dāng)k 216時(shí), 用如圖11 - 12 所示的針閥式注油油杯或如圖11 - 13 所示的油芯式油杯進(jìn)行滴油潤(rùn)滑。 當(dāng)k1632時(shí), 用如圖11 - 14所示的油環(huán)帶油方式, 或采用飛濺、 壓力循環(huán)等連續(xù)供油方式進(jìn)行潤(rùn)滑。 當(dāng)k32時(shí), 則必須采用壓力循環(huán)的供油方式進(jìn)行潤(rùn)滑。 圖 11 - 9 旋蓋式油杯 圖 11 - 10 壓注油杯

12、圖 11 - 11 旋套式注油油杯 圖 11 - 12 針閥式注油油杯 圖 11 - 13 油芯式油杯 圖 11 - 14 油環(huán)潤(rùn)滑 11.4 非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 非液體摩擦(不完全液體摩擦)滑動(dòng)軸承的主要失效形式是磨損和膠合, 處于變載荷條件下工作的軸承還可能發(fā)生疲勞破壞。 維持邊界油膜不遭破壞, 是非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)依據(jù)。 由于影響邊界油膜破裂的因素很復(fù)雜, 目前尚缺乏可靠的計(jì)算方法， 因此, 通常采用條件性計(jì)算方法, 即(1) 為防止過(guò)度磨損而限制軸承壓強(qiáng)p； (2) 為防止軸承溫升過(guò)高時(shí)發(fā)生膠合而限制pv值； (3) 為防止軸承邊緣局部發(fā)生嚴(yán)

13、重磨損而限制速度v。 一、 徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算 設(shè)計(jì)軸承時(shí), 通常已知軸頸直徑d、 轉(zhuǎn)速n及軸承徑向載荷FR， 因此, 軸承的設(shè)計(jì)是根據(jù)這些條件, 選擇類型、 軸瓦材料, 確定軸承寬度B, 并進(jìn)行校核計(jì)算。 對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)軸承還需進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 對(duì)于不完全液體潤(rùn)滑軸承, 常取寬度B=(0.91.5)d； 如選用標(biāo)準(zhǔn)滑動(dòng)軸承座, 則寬度B值應(yīng)從有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)中查出。 1. 驗(yàn)算平均壓強(qiáng)p 為防止軸頸與軸瓦間的潤(rùn)滑油被擠出而發(fā)生過(guò)度磨損, 應(yīng)限制壓強(qiáng)p。 徑向滑動(dòng)軸承的承載情況如圖11 - 15所示。 pdBFdLFpRR(11 - 2) 式中, L為軸頸工作長(zhǎng)度, 單位為mm, LB； p為許用壓強(qiáng)

14、, 單位為MPa, 由表11 - 1查??； FR為徑向載荷, 單位為N； d為軸承直徑, 單位為mm。 圖 11 - 15 徑向滑動(dòng)軸承的壓強(qiáng) 2. 驗(yàn)算 pv值 為了防止軸承因溫升過(guò)熱而發(fā)生膠合, 應(yīng)限制軸承單位面積上的摩擦功率fpv值。 由于摩擦系數(shù)f可認(rèn)為是定值, 因此限制pv值即可限制溫升： pBnFdndBFpRR19100100060(11 - 3) 式中, n為軸的轉(zhuǎn)速, 單位為r/min； pv為pv的許用值, 單位為MPam/s, 見表11 - 1。 3. 驗(yàn)算軸頸的圓周速度 v 當(dāng)壓強(qiáng)p較小時(shí), 雖然用式(11 - 2)和(11 - 3)驗(yàn)算p和pv 值均合格, 但由于軸產(chǎn)

15、生彎曲或不同心, 軸承的局部區(qū)域可能產(chǎn)生相當(dāng)高的壓力, 當(dāng)速度v過(guò)高時(shí), 局部的pv值可能超過(guò)其許用值, 軸承會(huì)加速磨損, 因而還要求 100060dn(11 - 4) 式中, v為軸頸的許用圓周速度, 單位為m/s, 見表11 - 1。 二、 止推滑動(dòng)軸承的計(jì)算 止推滑動(dòng)軸承的計(jì)算與徑向軸承的計(jì)算相似。 當(dāng)軸承的結(jié)構(gòu)形式及基本尺寸確定后, 要對(duì)其p和pv值進(jìn)行驗(yàn)算。 止推軸承的承載情況如圖11 - 16所示。 圖 11 - 16 止推軸承計(jì)算圖 1. 校核壓強(qiáng)p pddFpa)(4/(2122(11 - 5) 式中, Fa為軸向載荷, 單位為N； p為許用壓強(qiáng), 單位為Mpa， 見表11 - 4。 2. 校核 pv值 ppm(11 - 6) 式中, vm為軸頸的平均圓周速度, vm=dmn/601000, 單位為m/s； dm為軸頸的平均直徑, dm=(d1+d2)/2, 單位為mm； n為軸的轉(zhuǎn)速, 單位為r/min； pv為pv的許用值, 單位為MPam/s, 見表11 - 4。 表11 - 4 止推軸承的 p和pv值思考與練習(xí)思考與練習(xí) 1. 與滾動(dòng)軸承相比, 滑動(dòng)軸承有哪些特點(diǎn)？ 在哪些具體情況下, 必須使用滑動(dòng)軸承？ 2. 根據(jù)潤(rùn)滑狀態(tài)不同, 滑動(dòng)軸承可分為哪幾種類型？ 它們各有何特點(diǎn)？ 3. 為什么對(duì)重要的滑動(dòng)軸承軸瓦