第15章 滑動軸承

第15章滑動軸承1.用來支承軸及軸上的零件，并保證軸的旋轉(zhuǎn)精度；2.減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦與磨損。1.（按軸承反力與軸中心線的位置）：徑向軸承（軸承的支承反力與軸中心線垂直）；推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線重合）；向心推力軸承（軸承的支承反力與軸中心線有一夾角）2.滑動摩擦軸承；滾動摩擦軸承。軸承的分類：軸承的功用：由于結(jié)構(gòu)與制造的原因，一般說來：滾動軸承摩阻小、起動靈敏；標(biāo)準(zhǔn)化程度高，質(zhì)優(yōu)價廉；便于使用與維護(hù)；故廣泛應(yīng)用于一般尺寸、中速、中載的工作條件和運(yùn)動機(jī)械中。但是，在下列情況：①載荷特重；②承受巨大沖擊載荷和振動載荷；③

回轉(zhuǎn)精度要求很高；④

轉(zhuǎn)速很高；⑤

尺寸很大或很小；⑥

結(jié)構(gòu)上要求軸承剖分；⑦

特殊工作條件（如水、腐蝕介質(zhì)中）。滑動軸承（已標(biāo)準(zhǔn)化）更有優(yōu)勢?；瑒虞S承的特點(diǎn)及其應(yīng)用場合§15-1摩擦狀態(tài)按表面潤滑情況將摩擦分為：干摩擦：摩擦面間不加任何潤滑劑。一般金屬f＞0.15。滑動軸承中不允許出現(xiàn)。邊界摩擦：摩擦表面間有一層極薄油膜。f≈0.1～0.3。是滑動軸承的最低要求。摩擦特性曲線一般向心滑動軸承適用。ηn/p稱為軸承特性系數(shù)。液體摩擦：摩擦表面完全被油層分開。f≈0.001～0.01。最理想的摩擦狀態(tài)。外圓磨床砂輪架按承載分按摩擦狀態(tài)分向心（徑向）滑動軸承（主要承受徑向載荷）推力滑動軸承（承受軸向載荷）液體摩擦滑動軸承非液體摩擦滑動軸承動壓軸承靜壓軸承推力滑動軸承向心滑動軸承滾動軸承§15-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)型式類型：1.整體式：結(jié)構(gòu)上可作成水平剖分、傾斜剖分（受力方向與剖分面基本垂直，偏差≤15）、可調(diào)心的，以適合不同的用途。結(jié)構(gòu)簡單、安裝困難、間隙不可調(diào)2.剖分式：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、間隙可調(diào)，廣泛采用一、向心滑動軸承間隙可調(diào)式自動調(diào)心式軸瓦結(jié)構(gòu)要素：定位唇：防止軸瓦在軸承中移動壁厚雙金屬軸瓦、三金屬軸瓦，分厚瓦和薄瓦。油孔壁厚油溝定位唇油室軸瓦結(jié)構(gòu)型式：整體式、剖分式油孔和油溝：將油引入軸承油室：存油3.軸瓦結(jié)構(gòu)寬徑比－軸瓦寬度與軸徑之比B/d。是向心滑動軸承的重要參數(shù)。二、推力滑動軸承§15-3軸瓦及軸承襯材料一、滑動軸承的失效形式：1.磨粒磨損:

硬顆粒進(jìn)入軸承間隙或嵌入軸承表面。2.刮傷：軸承間隙中的硬顆粒和表面粗糙的輪廓頂峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。4.疲勞剝落：載荷反復(fù)作用下，軸承襯材料剝落。3.膠合（咬粘）：嚴(yán)重時可導(dǎo)致相對運(yùn)動中止。5.腐蝕：潤滑劑在使用中不斷氧化，生成酸性物質(zhì)；氧對巴氏合金的腐蝕形成SnO2、SnO的混合物；硫?qū)y或銅的軸承材料腐蝕、潤滑油中的水分對銅鉛合金腐蝕。1.對軸瓦材料的要求軸瓦和軸承襯材料統(tǒng)稱為軸承材料。二、軸瓦及軸承襯材料：摩擦系數(shù)小導(dǎo)熱性好，熱膨脹系數(shù)小耐磨、耐蝕、抗膠合能力強(qiáng)要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和可塑性同時滿足上述要求的材料目前還沒有，所以應(yīng)根據(jù)具體情況，選擇能夠滿足主要使用要求的材料。

常用雙金屬軸瓦是在軸瓦基體上澆鑄或壓合一層薄的軸承襯材料。兩種金屬在性能上能夠取長補(bǔ)短。2.常用材料★軸承合金(白合金、巴氏合金)綜合性能好機(jī)械強(qiáng)度較低價格昂貴常作為軸承襯材料，澆鑄在鋼、鑄鐵或青銅軸瓦上。錫銻軸承合金鉛銻軸承合金錫青銅－中速重載，鉛青銅－中速中載，鋁青銅－低速重載?！锴嚆~強(qiáng)度高，承載能力大，耐高溫，耐磨性和導(dǎo)熱性更優(yōu)，但可塑性差，不易跑合，價高，與之相配的軸徑必須淬硬。輕載、低速的軸瓦材料用粉末冶金法（鐵或銅粉末混入石墨）壓制、燒結(jié)而成的多孔性可貯油軸承。用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不便場合。摩擦系數(shù)小、耐磨、耐蝕，可用多種潤滑劑，但承載能力低、導(dǎo)熱性差、熱變形大。可作為軸承襯材料。鑄鐵含油軸承橡膠常用軸瓦及軸承材料的性能見P257表15-1能緩沖吸振，可用水潤滑。常用于有泥沙的場合。塑料§15-5非液體摩擦滑動軸承的計算設(shè)計準(zhǔn)則－維持邊界油膜不破裂。但由于邊界油膜的強(qiáng)度和破裂溫度受多種因素影響，尚未完全搞清楚，目前采用的是間接的、條件性計算。一.向心滑動軸承1.限制軸承壓強(qiáng)p：是防止壓強(qiáng)過大將油擠出，從而避免軸瓦過度磨損。對于轉(zhuǎn)速很低或間歇轉(zhuǎn)動的軸，只需進(jìn)行這項(xiàng)計算。軸承徑向載荷，N軸頸直徑，mm軸瓦寬度，mm,由B/d定軸瓦材料的許用壓強(qiáng)，見P257表15-1目的液體摩擦B/d＝0.5～1非液體摩擦B/d＝0.8～1.5考慮到功熱當(dāng)量，pv值與軸承單位面積的摩擦功耗（fpv）成正比，因此限制pv值也就是限制軸承的溫升，從而避免溫度過高使邊界油膜破裂。對于連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)軸承，通常都應(yīng)進(jìn)行這項(xiàng)計算。軸頸圓周速度，m/s

另外：當(dāng)v過大，即使p和pv值都在允許的范圍內(nèi)，軸承可能出現(xiàn)早期磨損，故有時還須限制滑動速度。軸的轉(zhuǎn)速，r/min軸承材料pv許用值，見P257表15-12.限制軸承pv值：推力軸承止推面多采用環(huán)形止推面（很少用實(shí)心的），采用多環(huán)軸頸可承受較大的載荷，同時能承受雙向載荷。但這種軸承必須作成沿軸線剖分的。推力軸承應(yīng)滿足：21軸環(huán)數(shù)目軸環(huán)直徑，mm軸孔直徑，mm二.推力軸承推力軸承的[p]、[pv]值見P257表15-1。注意：多環(huán)時考慮受載不均勻，應(yīng)將[p]、[pv]值減小20%～40%。d2d1d§15-4滑動軸承潤滑劑的選用潤滑目的：減小摩擦，降低磨損，冷卻，防銹，防塵和吸振。潤滑劑分類：流體（液體為主），脂，固體。潤滑油最為常用。一.潤滑脂的選擇潤滑脂的主要指標(biāo)是針入度和滴點(diǎn)。潤滑脂是潤滑油與金屬皂的混合物，呈半固體形態(tài)。其稠度大，不易流失，無冷卻效果，物化穩(wěn)定性差，摩阻大，有緩沖、吸振作用、承載能力大，故只適合低速（v≤2m/s）重載、難以經(jīng)常供油的場合。針入性：表征潤滑脂稀稠潤滑脂越稠滴點(diǎn)：潤滑脂受熱后開始滴落的溫度，表征耐高溫的能力潤滑脂工作溫度一般應(yīng)低于滴點(diǎn)2030°C針入性承載摩擦阻力選擇原則1.壓力高、速度低時，選針入度小一些的；反之宜大。2.軸承的工作溫度應(yīng)低于滴點(diǎn)溫度的2030℃。3.鈣基耐水不耐熱，工作溫度低于60℃；鈉基耐熱不耐水，工作溫度低于115145℃；鋰基最好，但價格稍貴，工作溫度在-20150℃。潤滑脂有鈣基、鈉基和鋰基之分，一般說來：鈣基抗水性好、耐熱性差、價廉鈉基抗水性差、耐熱性好、防腐性較好鋰基抗水性和耐熱性好鋁基抗水性好、有防銹作用、耐熱性差潤滑油的物理和化學(xué)指標(biāo)主要有：粘度、粘度指數(shù)、油性、凝點(diǎn)、閃點(diǎn)、酸值和殘?zhí)剂康?。對于大多?shù)滑動軸承來講，粘度是最主要的指標(biāo)，也是選擇軸承用油的主要依據(jù)；對混合摩擦狀態(tài)的滑動軸承來講，則油性也是很重要的指標(biāo)。二.潤滑油的選擇油性—

指潤滑油對固體表面的吸附能力，一般來講，潤滑油中含極性分子團(tuán)愈多，油性愈好。因此，動物油油性最好，植物油油性次之，礦物油油性最差。粘度—流體抵抗變形的能力稱為粘度，以流體內(nèi)摩擦阻力表示。是衡量潤滑油易流動性的一個指標(biāo)。粘度愈大，潤滑油的內(nèi)摩擦阻力愈大，愈不易流動，因而承載能力愈大。動力粘度平行板間油的層流流動貼近靜止扳的油層速度各油層以不同速度移動貼近移動扳的油層速度油層間剪應(yīng)力與速度梯度油層成正比(粘性流體粘性定律)比例常數(shù)，即動力粘度粘度有三種定量指標(biāo)，即動力粘度、運(yùn)動粘度和條件粘度。潤滑油牌號參看P243表15-2設(shè)長寬高各為1m的流體，若上下兩面發(fā)生1m/s的相對滑動，所需施加的力為1N時，則該流體的粘度為1個國際單位制的動力粘度記為Pa.s(潤滑油的粘度)運(yùn)動粘度動力粘度與同溫下該流體密度的比值動力粘度經(jīng)常用于滑動軸承的分析計算中，商品油則常用運(yùn)動粘度來標(biāo)定。單位換算國際單位制物理單位稱為St(斯)常用單位cSt(厘斯)1）外載大—難形成油膜—選粘度高的油2）速度高—摩擦大—選粘度低的油3）溫度高—油變稀—選粘度高的油4）比壓大—油易擠出—選粘度高的油潤滑油選擇原則石墨、MoS2

、聚四氟乙烯樹脂等。

f小，用于特殊場合，如高溫介質(zhì)中、或低速重載條件下。1.水：主要用于橡膠軸承、酚醛膠布軸承的潤滑。2.液態(tài)金屬：汞、液態(tài)鈉、鋰、鉀等。主要用于宇宙飛行器中的某些軸承。3.氣體：只能用于特別高速輕載之處。三.固體潤滑劑四.其它潤滑劑附：潤滑方式與潤滑裝置潤滑方式可根據(jù)選擇，可用潤滑脂或油杯潤滑，可用針閥式油杯潤滑，可用油環(huán)或飛濺潤滑，宜用壓力循環(huán)潤滑。2）在一定條件下，利用軸頸轉(zhuǎn)動起來后的泵油作用把油帶入摩擦表面，形成壓力油膜將兩摩擦表面分開。這種滑動軸承稱為液體動壓軸承?！?5-6液體動壓潤滑

徑向滑動軸承設(shè)計計算潤滑油把兩個相對運(yùn)動表面完全分隔開時的摩擦稱為液體摩擦，由于兩固體表面并不接觸，因此理論上不存在磨損，摩擦阻力的大小也僅僅取決于潤滑油的性質(zhì)（主要是粘度）。1）輸入壓力油以平衡載荷，由于可在軸承未工作時就將兩表面分開，故稱為靜壓軸承。靜壓軸承本身價廉，但附屬液壓系統(tǒng)昂貴，故應(yīng)用受限；液體動壓應(yīng)用要廣泛的多，但應(yīng)注意，由于存在起動和停車，所以液體動壓軸承還是存在固體間的摩擦和磨損的。實(shí)現(xiàn)液體摩擦有兩種方法：軸頸和軸瓦同心時兩平行板的摩擦狀況軸頸和軸瓦偏心時兩傾斜板的摩擦狀況層與層間靠內(nèi)摩擦阻力(粘性)帶動前進(jìn)油層間壓力無變化，平行板間潤滑油不產(chǎn)生壓力沿方向按線性變化潤滑油不可壓縮“擁擠”形成壓力一.壓力油膜形成的原理abcdyv0靜止板B移動板A二.液體動壓潤滑的基本方程：假設(shè)：1）粘度與壓力和Y值無關(guān)。2）潤滑油沿Z向無流動。3）潤滑油油性良好，與固體表面吸附牢固。4）潤滑油是牛頓流體。5）潤滑油無質(zhì)量。6）潤滑油不可壓縮。取截面x處的一個單元體分析，存在如下靜力平衡條件：h化簡后得：考慮到假設(shè)4）有：于是：帶入邊界條件：解得：即：1.油層的速度分布yv0靜止板B移動板Ahb積分得：2.潤滑油的流量假設(shè)：無側(cè)漏，z方向尺寸無限大，則通過間隙高度為的任意截面上單位寬度(z方向)的流量為：流體是連續(xù)的一維雷諾方程返回當(dāng)時，p有極大值，此時，該截面的流量為：靜止板移動板討論對平行板平行板間油膜壓力沿x方向無變化，等于入口處壓力()對傾斜板入口處速度圖形為凹形在處油膜厚度為v沿y方向線性分布油膜壓力達(dá)出口處速度圖形為凸形由1）油膜壓力沿x方向變化規(guī)律yv0靜止板B移動板A討論由1）兩工作表面必須形成收斂的楔形間隙；2）液體摩擦形成的必要條件若則2）兩工作表面必須有一定的相對運(yùn)動，且v方向是從大口到小口；3）間隙中必須連續(xù)充滿具有一定粘度的潤滑油。無粘度各油層無速度兩板間油無流動不能形成油膜壓力(1)停車(2)啟動金屬直接接觸摩擦力使軸頸右移油膜壓力將軸頸托起，其合力將軸頸左推(3)隨著油膜壓力將軸頸完全托起其合力與外載平衡(4)為工作轉(zhuǎn)速油膜壓力偏心距e三.向心滑動軸承動壓油膜形成過程本章思考題1.一般工況下滾動軸承比滑動軸承常用。那么，在哪些情況下采用滑動軸承比采用滾動軸承好呢？為什么？2.潤滑油的油性好是什么意思？潤滑油