第15章滑動軸承

第十五章滑動軸承

第一節(jié)

概

述

一、滑動軸承的分類1、按其承受載荷方向不同分

徑向軸承

止推軸承

2、按工作表面間的摩擦狀態(tài)分

非液體摩擦軸承液體摩擦軸承干摩擦軸承

二、設計滑動軸承時應解決的問題：

1）確定軸承的結(jié)構形式；

2）選擇軸瓦和軸承襯的材料；

3）確定軸承結(jié)構參數(shù)；

4）選擇潤滑劑和潤滑方法；

5）計算軸承的工作能力及熱平衡計算。

第二節(jié)徑向滑動軸承的結(jié)構形式

一、整體式徑向滑動軸承

整體式徑向滑動軸承

特點優(yōu)點：結(jié)構簡單，制造方便，成本低廉。

缺點：滑動表面摩損后軸承間隙過大無法調(diào)整。

應用：多用于低速、輕載或間隙工作的機器中。二、對開式徑向滑動軸承

對開式徑向滑動軸承特點優(yōu)點：裝拆方便，可以用減少剖分面處的墊片厚度來調(diào)整軸承間隙。

缺點：結(jié)構復雜，制造費用較高。

應用：應用廣泛。

三、調(diào)心式徑向滑動軸承

調(diào)心式徑向滑動軸承四、調(diào)隙式徑向滑動軸承

應用：常用于一般用途的機床主軸上。

第三節(jié)軸瓦的材料和結(jié)構一、失效形式及軸瓦材料1、軸瓦的主要失效形式:磨損膠合2、其它常見的失效形式

:壓潰、刮傷、疲勞剝傷、腐蝕

以及軸承襯脫落等。3、軸瓦材料具備下列性能：

（1）良好的減摩性、耐磨性和磨合性

（2）足夠的強度

（3）良好的適應性和嵌藏性

（4）良好的導熱性

（5）耐腐蝕性

（6）良好的工藝性

二、軸瓦材料澆注軸承合金的軸瓦

軸瓦材料（三大類）1）金屬材料：如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等見表15－1。

2）多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金材料）。

3）非金屬材料：如工程塑料、碳一石墨、橡膠、硬木等見表15－2。

常用軸瓦材料

1、軸承合金（又稱白合金、巴氏合金）

是錫、鉛、銻、銅的合金。特點優(yōu)點：嵌藏性好、適應性好、磨合性好、抗膠合性較好、減磨性好。缺點：機械強度較低、價格貴。應用場合：熔點較低，只適用于150℃以下工作。

2.青銅常用青銅：錫青銅、鉛青銅。

錫青銅：強度高、減摩性、耐磨性好，應用較廣泛。

鉛青銅：良好的抗膠合能力，能在較高溫度下工作。

小結(jié)：青銅比軸承合金硬度高，磨合性差，為了減少軸頸的磨損，對軸頸表面碎硬、磨光和保持好的潤滑。

3.鋁合金

優(yōu)點：高強度、耐腐蝕、導熱性良好缺點：與其相配的軸頸表面應具有較高的硬度和較低的粗糙度。應用特點：應用廣泛。4.灰鑄鐵及耐磨鑄鐵普通灰鑄鐵加鎳、鉻、鈦等合金成分。

特點優(yōu)點：具有一定的減摩性和耐磨性。缺點：硬度高且脆，磨合性差。

應用范圍：適用于輕載、低速和不受沖擊載荷的場合。

5.多孔質(zhì)金屬材料

用不同金屬粉末和石墨粉末經(jīng)壓型、燒結(jié)而制成的多孔隙結(jié)構材料。

特點優(yōu)點：潤滑性能好。缺點：材料性質(zhì)較脆，不宜承受沖擊載荷，

應用范圍：一般用于載荷平穩(wěn)及速度不高、加油不便的場合。

6.非金屬材料

常用的有酚醛樹脂、尼龍和聚四氟乙烯等。

特點優(yōu)點：具一定的自潤滑性，可油潤滑，也可水潤滑，摩擦系數(shù)低，塑性好（嵌入性好），抗腐蝕性強，磨合性好。

缺點：導熱性差，膨脹系數(shù)大，容易變形。

應用范圍：一般用于溫度不高、載荷不大的場合。

三、軸瓦結(jié)構

整體式

整體軸套

卷制軸套結(jié)構

剖分式

剖分式軸瓦剖分式

油溝形狀

油溝

軸向油溝

油溝布置不當降低油膜承載能力

普通油室

軸瓦的固定

第四節(jié) 潤滑劑和潤滑方法一、潤滑劑

1、潤滑油的選擇

潤滑劑的類型潤滑油

潤滑脂

固體潤滑劑

選擇時應考慮軸承壓力、滑動速度、摩擦表面狀況、潤滑方法等條件。

潤滑油選擇的一般原則為：

1）在壓力大或沖擊、變載等工作條件下，應選用粘度高一些的油；

2）滑動速度高時，容易形成油膜，為了減少摩擦功耗，減小溫升，應選用粘度低一些的油；

3）加工粗糙或未經(jīng)磨合的表面，應選用粘度高一些的油；

對于非液體摩擦軸承，主要應根據(jù)油性來選擇潤滑油，一般可參考表15–3選取。

4）循環(huán)潤滑、芯捻潤滑時，應選用粘度低一些的油；飛濺潤滑應選用高品質(zhì)、能防止與空氣接觸而氧化或因劇烈攪拌而乳化的油。

2、潤滑脂的選擇

潤滑脂常用于要求不高、難以供油，或者低速重載以及作擺動運動的軸承。

潤滑脂的一般選擇原則：1）平均壓強高和滑動速度低時，選錐入度小一些的品種，反之，則選錐入度大一些的品種。

2）所用潤滑脂的滴點，一般應高于軸承的工作溫度約20~30℃，以免工作時過多地流失。

3）在有水或潮濕的環(huán)境下，應選擇耐水性好的潤滑脂，如鈣基脂。

選擇潤滑脂牌號時可參考表15–4。

二、潤滑方法

（一）潤滑油的潤滑方法

間隙式連續(xù)式間歇供油方法

1、滴油潤滑

針閥式油杯

特點調(diào)節(jié)螺母可以控制油孔開口大小以調(diào)節(jié)油量。

連續(xù)供油方法2．芯捻潤滑

油芯油杯特點不易調(diào)節(jié)供油量，供油不均勻。

3．油環(huán)潤滑油環(huán)潤滑適用的轉(zhuǎn)速范圍為(60~100)r/min<n<(1500~2000)r/min。

4．飛濺潤滑

飛濺（油池）潤滑

特點：飛濺潤滑裝置簡單，工作可靠，但引起攪油損失，油溫升高，油量也不能調(diào)節(jié)。

5．浸油潤滑

浸油潤滑

特點：部分軸承直接浸在油中以潤滑軸承。

6．壓力循環(huán)潤滑

壓力循環(huán)潤滑

特點：工作可靠。在重載、振動或交變載荷等工作條件下潤滑效果。壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)較復雜，成本較高。

（二）潤滑脂的潤滑方法潤滑脂只能間歇供應。

滑動軸承的潤滑方法可根據(jù)系數(shù)k選定

p–––平均壓強(MPa)，p=F/Bd；

F–––軸承所受的徑向載荷（N）；

v–––軸頸的圓周速度（m/s）。

式中當k≤2時，用潤滑脂潤滑；當2<k<16時，用滴油潤滑；當16<k<32時，用油環(huán)或飛濺潤滑；當k>32時，用壓力循環(huán)潤滑。第五節(jié)混合摩擦徑向滑動軸承的設計計算維持邊界油膜不遭破裂，是混合摩擦軸承的設計依據(jù)。

一、限制軸承的平均壓強p

不產(chǎn)生過度磨損，軸承的平均壓強≤[p](MPa)

(15–2)

低速軸或間歇轉(zhuǎn)動的軸承只需進行平均壓強校核。

二、限制軸承的pv值

限制pv值就是限制軸承的溫升。

pv≤[pv](MPa?m/s) (15–3)[pv]–––軸瓦材料的許用值，由表15–1查取。

三、限制滑動速度v

v≤[v](m/s) (15–4)式中[v]––––滑動速度的許用值，由表15–1查取。

混合摩擦徑向滑動軸承的設計：1、根據(jù)使用要求及工作條件，確定軸承的結(jié)構形式，并參考表15–1選取軸瓦材料。

2、一般根據(jù)寬徑比確定軸承寬度B（即軸頸的工作長度）。

3、按照上述方法進行軸承工作能力的校核計算。

4、根據(jù)不同的使用要求，合理地選擇軸承的配合（參見表15–5）。

5、選擇潤滑劑和潤滑方法。

第六節(jié)液體動壓徑向滑動軸承的設計計算一、油膜承載機理

一定條件下，當油膜厚度超過軸頸與軸承工作表面微觀不平度的平均高度之和時，就能把它們完全隔開形成液體摩擦。在這種狀態(tài)下工作的軸承稱為液體動壓軸承。

油膜產(chǎn)生壓力的原理

a)剪切流b)壓力流

c)兩相對運動平板間油層的速度分布和壓力分布

二、動壓潤滑的基本方程液體動壓潤滑理論的基本方程:(15–5)雷諾方程表明:油膜壓力、油的粘度、流體相對滑動速度和油膜厚度變化規(guī)律間的關系。如能找到油膜厚度h與坐標x之間的函數(shù)關系，那么通過對x的一次積分，就能找出油膜壓力P的函數(shù)表達式，從而計算油膜承載能力。三、徑向滑動軸承動壓潤滑狀態(tài)的建立a)n＝0

b)n≈0

c)形成油膜

d)n>>0（達工作轉(zhuǎn)速）

液體動壓潤滑徑向滑動軸承設計的基本原則是：

1）保證有足夠的最小油膜厚度hmin，把兩摩擦表面完全隔開；

2）限制軸承溫升，使?jié)櫥驮诠ぷ髦斜３肿銐虻恼扯龋?/p>

3）維持足夠的潤滑油流量，使它能源源不斷地補充進油楔。

四、液體動壓潤滑徑向滑動軸承的承載能力及最小油膜厚度1、徑向軸承的幾何關系

軸承的直徑間隙

=D–d半徑間隙

相對間隙

ε=e/

=2e/

偏心率

：反映了軸承的承載能力。

圖15-21

徑向滑動軸承的幾何參數(shù)和油壓分布

如圖所示，在OOA中，根據(jù)余弦定律可得R2=e2+(r+h)2–2e(r+h)cos(–f)

式中

R–––軸承孔半徑，R=D/2。

解上式得：

因為e2sin2f比R2小得多，忽略不計，

r+h=–ecosf+R

或

h=R–r–ecosf=yr(1–cosf)

同理可得

h0=yr(1–cosf0)式中

f0–––最大油膜壓力處的極角

最小油膜厚度

hmin=yr(1–)

2、軸承的承載能力液體動壓徑向滑動軸承的承載能力的計算式為

式中

––––潤滑油在軸承平均工作溫度下的動力粘度（Pa·s）；

B––––軸承寬度（m）；

v——軸頸的圓周速度（m/s）；

Φw––––承載量系數(shù)

3、最小油膜厚度hmin

hmin=yr(1–)

設計時應取

hmin≥S(Rz1+Rz2)式中

Rz1–––軸頸表面微觀不平度的平均高度；

Rz2–––軸承孔表面微觀不平度的平均高度；

S–––考慮表面幾何形狀誤差、零件的變形及安裝誤差等的安全系數(shù)，通常取S≥2。Rz1及Rz2根據(jù)加工方法可由表15–6確定。

五、軸承的熱平衡計算

軸承工作時，由于摩擦生熱，使?jié)櫥蜏囟壬?，粘度下降，則軸承承載能力降低。故應限制軸承溫升，同時防止軸承過熱以致產(chǎn)生膠合。

根據(jù)熱平衡條件，同時間內(nèi)流動的油所帶走熱量及軸承散發(fā)的熱量之和。從上式解得

式中

f––––軸承的摩擦系數(shù)；

F––––軸承的徑向載荷（N）；

v––––軸頸的圓周速度（m/s）；

c––––潤滑油的比熱，對礦物油約為（1680~2100）(J/kg?℃)；

––––潤滑油的密度，對礦物油約為（850~900）(kg/m3)；

Q––––潤滑油端泄的流量（m3/s）；

t––––潤滑油的溫升（℃），令t1為進油溫度，t2為出油溫度，則t=t2–t1；

B––––軸承寬度（m）；

d––––軸承直徑（m）；

ks––––軸承的散熱系數(shù)，按軸承結(jié)構、尺寸及通風條件而定：

1、輕型軸承或在不易散熱的環(huán)境中工作的軸承，可取ks＝50J/m2?s?℃；

2、中型軸承及一般通風條件，可取ks=80J/m2?s?℃；

3、重型軸承，冷卻條件良好，取ks=140J/m2?s?℃。

f––––摩擦特性數(shù)，f=f/；Q––––流量系數(shù)，Q=Q/yvBd。f和Q都是無量綱數(shù)，它們與寬徑比B／d和偏心率的關系分別由圖15–23及圖15–24查得（包角=180時）。

在計算軸承的承載能力時，一般采用潤滑油平均溫度時的粘度。

平均溫度

t1——進油溫度，一般可取為35~45℃。t2——出油溫度。

式中：平均溫度tm一般不應超過75℃。

最合理的辦法是采用加快潤滑油的循環(huán)速度來冷卻軸承，

六、參數(shù)選擇

1、寬徑比B/d

一般機器的B/d值，可參考表15–7選取。

表15–7

液體摩擦軸承的寬徑比B/d值機器種類汽輪機、風機電機、離心泵、齒輪減速器機

床軋鋼機B/d0.3~10.6~1.50.8~1.20.6~0.92、相對間隙

一般?。?.0002~0.003。

一般主要根據(jù)載荷和速度選取值。載荷小、速度高，取較大值；反之，取較小值。

值可參照下列經(jīng)驗公式計算：

3、油的粘度

Pa?s

式中n–––軸頸轉(zhuǎn)速（r/s）。例15–1（自學）第七節(jié)

其他滑動軸承簡介

一、推力滑動軸承

推力軸承又叫止推軸承，用來承受軸向載荷，由軸承座和止推軸頸組成。

推力軸承的類型：按推力方向分：立式臥式按結(jié)構分單環(huán)多環(huán)混合摩擦的推力軸承，應校核壓強p和pv值。

≤[p](MPa)

(15–17)

≤[pv]

（15-18）許用壓