第12章

滑

動

軸

承

§1概

述

軸承：支承軸頸的部件。分類：徑向軸承（向心軸承）：向心推力軸承（徑向止推軸承）：推力軸承（止推軸承）：承受徑向力承受軸向力同時(shí)承受徑向力和軸向力。按受載方向混合潤滑滑動軸承。液體潤滑滑動軸承動壓潤滑靜壓潤滑按潤滑狀態(tài)按摩擦性質(zhì)滑動軸承滾動軸承滑動軸承的特點(diǎn)：承載能力大，耐沖擊。工作平穩(wěn)、噪音低。結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小。液體磨擦滑動軸承f很??；普通滑動軸承f較大；滑動軸承的設(shè)計(jì)內(nèi)容：決定軸承結(jié)構(gòu)形式；選擇軸瓦和軸承襯材料；決定軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)；選擇潤滑劑和潤滑方法；計(jì)算軸承工作能力。

滑動軸承應(yīng)用：高速、高精度、重載的場合；如汽輪發(fā)電機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)、機(jī)床等。極大型的、極微型的、極簡單的場合；如自動化辦公設(shè)備等。結(jié)構(gòu)上要求剖分的場合；如曲軸軸承受沖擊與振動載荷的場合；如軋鋼機(jī)?！?徑向滑動軸承

整體式軸承：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。磨損后軸頸與軸承孔之間的間隙無法調(diào)整；只能沿軸向裝拆。應(yīng)用：低速、輕載或間歇性工作的機(jī)器中。螺紋孔油杯孔整體軸套軸承座整體式徑向滑動軸承二．剖分式（對開式）徑向滑動軸承特點(diǎn)：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。對開式軸承(剖分軸套)注：剖分面的垂線與徑向力的夾角不得大于35°，否則，采用45°傾斜剖分式。應(yīng)用比較廣泛。組成：軸承座、軸承蓋、剖分軸瓦、螺柱等；寬徑比（B/d）：B/d，軸承兩端磨損

；三.調(diào)心式徑向滑動軸承（自位軸承）：當(dāng)B/d>1.5或軸的剛度較小，應(yīng)使用自動調(diào)心軸承。調(diào)心式軸承必須成對使用。主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場合?！?滑動軸承材料

對軸承材料的要求：（1）失效；主要是磨損，還會出現(xiàn)膠合、疲勞損壞和軸承襯脫落；（2）對軸瓦材料的要求：1）減摩性、耐磨性、耐蝕性要好；2）抗膠合能力強(qiáng)，導(dǎo)熱性、散熱性好；3）具有足夠的強(qiáng)度，主要包括疲勞強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度；4）具有良好的適應(yīng)性，主要包括：順應(yīng)性：材料通過表層的彈、塑性變形來補(bǔ)償軸承滑動表面接觸不良和各種誤差的能力。嵌藏性：材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動的刮傷和磨粒磨損的性能。磨合性：指材料消除表面不平度而使軸瓦表面和軸頸表面相互吻合的性質(zhì)。減磨性：指材料具有較低磨擦阻力的性質(zhì)；耐磨性：材料抵抗磨粒磨損和膠合磨損的性質(zhì)?；瑒虞S承材料金屬材料非金屬材料軸承合金：銅合金：鋁基軸承合金：鑄鐵：多孔質(zhì)金屬材料：Sn、Pb、Sb、Cu等的合金，又叫巴氏合金或白合金。青銅：黃銅：Cu與Sn、Pb、Al的合金。Al、Sn的合金?；诣T鐵、耐磨鑄鐵。多孔鐵、多孔青銅。工程塑料：酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯。碳-石墨：電機(jī)電刷常用材料。橡膠：可用水作潤滑劑。木材：用于多粉塵的地方。膠合磨損局部損壞疲勞剝落氣蝕軸承材料的分類：軸承合金：（白合金、巴氏合金）Sn、Pb、Sb、Cu的合金；以Sn、Pb作軟基體，懸浮銻錫（Sb-Sn）及銅錫（Cu-Sn）硬質(zhì)點(diǎn)，其中硬質(zhì)點(diǎn)起耐磨；軟基體增加材料塑性。特點(diǎn)：綜合機(jī)械性能好，但是強(qiáng)度略低；常用于中高速、重載場合；常作為軸承襯使用。青銅：指銅和錫、鋅、鉛、鋁的合金。鑄錫鋅鉛青銅有很好的疲勞強(qiáng)度，廣泛用于一般軸承；鑄錫磷青銅減磨性和耐磨性都很好，強(qiáng)度高，應(yīng)用于重載；銅鉛合金具有良好的抗膠合性，自潤性好；比巴氏合金硬、耐磨性好、強(qiáng)度高、跑合性、減磨性比巴氏合金差。鋁基軸承合金：耐蝕性好、減摩性好、疲勞強(qiáng)度高?？刹糠执姘褪虾辖鸷洼S承合金。多孔質(zhì)材料：鐵粉或銅粉與石墨粉調(diào)勻燒結(jié)而成多孔結(jié)構(gòu)是一種粉末冶金，具有多孔組織；作為含油軸承，有自潤滑性；有多孔鐵（鐵—石墨）、多孔青銅（青銅—石墨）兩種；適用于平穩(wěn)無沖擊及中小速度場合，韌性差。軸承塑料：塑料軸承有自潤滑性，可用油或水潤滑；優(yōu)點(diǎn)：f小；有足夠的抗壓強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度，可承受沖擊載荷；耐磨性和跑合性好；塑性好，嵌藏性好；缺點(diǎn)：導(dǎo)熱性差、線脹系數(shù)大；吸水、油后體積會膨脹；受載后有冷流性等不利于軸承尺寸穩(wěn)定；灰鑄鐵：HT150、HT200；用于輕載、低速（v<1~3m/s）合無沖擊場合。

一.軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式（又稱軸套）剖分式（對開式）按材料分類單材料多材料不便于裝拆，可修復(fù)性差。安裝和拆卸方便，可修復(fù)。如黃銅，灰鑄鐵等制成的軸瓦。以鋼、鑄鐵或青銅作軸瓦基體，在其表面澆鑄一層或兩層很薄的減摩材料（稱為軸承襯）。單材料、整體式厚壁鑄造軸瓦多材料、整體式、薄壁軋制軸瓦多材料、對開式厚壁鑄造軸瓦軸承襯的厚度很小，通常不超過6mm?！?軸瓦結(jié)構(gòu)二.油孔、油溝和油室：油孔起供油作用，油溝起輸送和布油作用；油溝的性質(zhì)和位置影響軸承中油膜壓力分布情況；潤滑油應(yīng)從油膜壓力最小的地方輸入軸承；油溝不應(yīng)開在承載區(qū)：軸向油溝的開法：單軸向油溝最好開在最大油膜厚度處；對剖分式徑向軸承，把油溝開在剖分面處；軸向油溝的長度為80%B。周向油溝：適合于載荷方向變動范圍超過180度的場合；常設(shè)在軸承中部；設(shè)有周向油溝的軸承的承載能力低于設(shè)有軸向油槽的軸承；軸瓦的定位：◆目的：防止軸瓦沿軸向和周向移動。軸瓦一端或兩端做凸緣；定位唇（凸耳）軸向定位方法有：（也可做軸向定位）周向定位方法有：緊定螺釘銷釘軸承襯整體式軸瓦

剖分式軸瓦軸瓦的應(yīng)用雙斜向油槽（用于混合潤滑軸承）定位唇凸緣§5軸承潤滑材料

潤滑油：選用原則：主要考慮潤滑油的粘度。壓力大、或沖擊、變載等工作條件下，應(yīng)選粘度大的油；滑動速度高，易形成油膜，應(yīng)選粘度低的油；◆特點(diǎn)：有良好的流動性，可形成動壓、靜壓潤滑或邊界潤滑?！暨m用場合：混合潤滑軸承和液體潤滑軸承。轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)，油的粘度應(yīng)低一些；反之，粘度應(yīng)高一些。高溫時(shí)，粘度應(yīng)高一些；低溫時(shí)，粘度可低一些。表面粗糙或未經(jīng)跑合的表面，應(yīng)選粘度高的油；循環(huán)潤滑、芯捻潤滑或油墊潤滑時(shí)，應(yīng)選粘度低的油；飛濺潤滑應(yīng)選高品質(zhì)、防氧化或防乳化的油；低溫工作的軸承應(yīng)選凝點(diǎn)低的油；液體動力潤滑軸承的粘度通過計(jì)算或類比確定。潤滑脂：軸頸速度小于1~2m/s的滑動軸承可以采用潤滑脂；

特點(diǎn)：無流動性，可在滑動表面形成一層薄膜。

適用場合：難以經(jīng)常供油，或低速重載以及往復(fù)擺動的軸承。鈣基脂只能在60度以下使用；而鈉基脂比鈣基脂耐熱，但怕水，用在t<120°C；鋰基脂抗水性和穩(wěn)定性較好，用于-20~120°C。潤滑脂的選擇原則：當(dāng)壓力高和滑動速度低時(shí)，選擇針入度小的潤滑脂；反之，選擇針入度大的潤滑脂。所用潤滑脂的滴點(diǎn)，一般應(yīng)較軸承的工作溫度高約20～30℃，以免工作時(shí)潤滑脂過多地流失?！?潤滑方法

潤滑方式：1）壓注油杯潤滑；2）旋套式油杯；3）滴油潤滑；4）芯捻或線紗潤滑；5）油環(huán)潤滑；7）壓力潤滑；8）旋蓋式注油油杯（用于脂潤滑）等6）浸油潤滑潤滑；k≤2：用潤滑脂、油杯潤滑；k=2~16：針閥式油杯潤滑；k=16~32：油環(huán)或飛濺潤滑；k>32：壓力循環(huán)潤滑。

二.滑動軸承的潤滑方式選擇：

§7滑動軸承的條件性計(jì)算

◆速度低、載荷大、有沖擊或間歇運(yùn)轉(zhuǎn)的滑動軸承；以及脂潤滑、油繩潤滑及滴油潤滑的軸承，工作中處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài)?！粲?jì)算目的：保護(hù)邊界膜不破裂?！魧τ谶吔缒さ膹?qiáng)度，目前尚無完善的計(jì)算方法，常進(jìn)行條件性計(jì)算。這是混合潤滑和固體潤滑的主要計(jì)算方法；液體動力潤滑用它作初步計(jì)算。這類軸承的承載能力不僅與邊界膜的強(qiáng)度和工作溫度有關(guān)、還與軸承材料、摩擦表面的粗糙度。潤滑油的供給量有關(guān)?！粲?jì)算內(nèi)容：限制壓強(qiáng)p

、p

值、滑動速度

不超過許用值一.徑向軸承：限制軸承的平均壓強(qiáng)：防止p過高，油被擠出，產(chǎn)生“過度磨損”應(yīng)限制軸承壓強(qiáng)；校核：低速或間隙工作的軸承只需進(jìn)行該項(xiàng)計(jì)算；限制軸承的pv：Bdpv↑→摩擦功耗↑→發(fā)熱量↑→易膠合限制滑動速度v：當(dāng)p較小，p與pv都在許用范圍內(nèi)，也可能因v過高而加速磨損；校核：

限制pv的目的是為了防止溫升過高邊界膜破壞而引起膠合；校核：注：軸承孔與軸頸的配合一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6

推力軸承：實(shí)心端面推力軸頸由于跑合時(shí)中心與邊緣磨損不均，越靠近邊緣部分磨損越快，以致中心壓強(qiáng)極高——易膠合；因此改成空心軸頸和環(huán)狀軸可克服此缺點(diǎn)；載荷很大時(shí)可采用多環(huán)軸頸，能克服雙向載荷；混合磨擦潤滑推力軸承應(yīng)驗(yàn)算：對于多環(huán)軸承，各環(huán)受力不均，[p]和[pv]均應(yīng)降低50%；液體動力潤滑滑動軸承在起動和停車時(shí)處于混合磨擦潤滑狀態(tài)，因此設(shè)計(jì)時(shí)也須進(jìn)行上述計(jì)算?！?液體動力潤滑的基本方程

液體摩擦；用潤滑油把摩擦表面完全隔開的摩擦；摩擦的性質(zhì)決定于油的粘度，與摩擦表面的材料無關(guān)；獲得液體摩擦的兩種主要方法：液體靜壓軸承：在滑動表面間用足以平衡外載荷的壓力油分開兩表面；液體動壓軸承：利用軸頸本身回轉(zhuǎn)時(shí)的泵油作用，把油帶入摩擦表面間，建立壓力油膜而把摩擦面分開。雷諾方程：兩剛體被潤滑油隔開，移動件以v沿

x方向滑動，另一剛體不動；

1）忽略p-η效應(yīng)（壓粘效應(yīng)）一般情況適用，對高副不適用（如齒輪）2）油沿z方向無流動，即無限寬軸承B→∞（無限寬）：一維方程3）層流（一般中高速情況；特高速“湍流”、“紊流”）4）油與表面吸附，一起運(yùn)動或靜止即：油層流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(靜止板)5）不計(jì)油的慣性力和重力6）油不可壓縮：ρ=常數(shù)端泄端泄BB為有限寬時(shí)：二維方程假設(shè)：由于：一維雷諾方程：二維雷諾方程；油楔承載機(jī)理：結(jié)論：油壓變化與潤滑油的粘度，表面滑動速度v和油膜厚度的變化有關(guān)；可求出油膜中各點(diǎn)的油膜壓力；正常情況下，油膜承載力應(yīng)與外載荷相平衡；油膜承載力的建立必須滿足條件：油要有一定的粘度η，η

，承載能力

；要有相當(dāng)?shù)南鄬瑒铀俣葀，v，承載能力

；有足夠充分的供油量；相對滑動面必須形成收斂間隙；油楔情況：在油膜厚度h0左邊，在油膜厚度h0右邊，而故油膜必須成收斂性油楔，才能使油楔內(nèi)各處的油壓都大于出口和入口處的壓力，產(chǎn)生正壓力以支承外載荷。任何截面處h=h0，=0，不能產(chǎn)生高于出口、入口處的油壓→不能承載。進(jìn)口小、出口大，油壓p低于出口、入口壓力（負(fù)壓）→不能承載，相反使兩表面相吸?！舳迤叫校簐※若二滑動表面為擴(kuò)散形：v§9液體動力潤滑

徑向軸承的計(jì)算

幾何關(guān)系：半徑間隙：相對間隙：偏心距e：軸頸中心O’偏離軸承孔中心O的距離；偏心率：ε,hmin

，任意角處的油膜厚度：動力潤滑狀態(tài)的確定：動力潤滑狀態(tài)的建立過程：當(dāng)軸頸靜止時(shí)，軸頸處于軸承孔最低位置，并與軸瓦接觸；當(dāng)軸頸開始轉(zhuǎn)動時(shí)，速度極低，帶入軸承間隙中的油量較少，這時(shí)軸瓦對軸頸磨擦力方向與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸在磨擦力作用下沿孔壁向左面爬升；隨著轉(zhuǎn)速的增加，軸頸表面圓周速度增加，帶入油楔空間的油量增加，這時(shí)左側(cè)楔形油膜產(chǎn)生一定的動壓力，將軸頸向右浮起；當(dāng)軸頸達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸頸便穩(wěn)定在一定的偏心位置，這時(shí)軸承處于液體動力潤滑狀態(tài)，油膜產(chǎn)生的動壓力與外載荷F相平衡。

可以認(rèn)為是由層流轉(zhuǎn)變?yōu)橥牧鞯倪^渡雷諾數(shù)（Re）t；對于高速輕載，若Re>，則流體由層流變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)，這時(shí)軸承承載能力

，流量

，功耗

，溫升

。校核層流條件：液體動力潤滑的雷諾方程是建立在層流流動的基礎(chǔ)上的；認(rèn)為雷諾數(shù)Re≤2000時(shí)為層流流動；對于徑向軸承，層流必須滿足：承載能力和索氏數(shù)S0：軸承包角β：軸瓦連續(xù)包圍軸頸所對應(yīng)的角度；承載油膜角：偏位角θ：軸承中心O與軸頸中心O’連線與載荷作用線間夾角；油膜角φ：從OO’連線起至任意油膜處的油膜角：最小油膜厚度hmin和最大軸承間隙都位于OO’連線的延長線上；在φ=φ0處，油膜壓力最大，油膜厚度在允許的情況下，相對間隙ψ，η都有利于獲得滿意的承載能力；S0，F(xiàn)；由于端泄的影響，承載能力比上式低，因此在實(shí)際中，常采用二維動力潤滑方程的數(shù)值解提供的線圖進(jìn)行計(jì)算；B/d，端泄量

，S0

，承載F；有限寬度軸承不考慮端泄時(shí)的油膜承載力F：索氏數(shù)：功耗計(jì)算：徑向軸承在承載區(qū)的磨擦功耗：當(dāng)B/d一定時(shí)，偏心率ε

，S0

，承載能力

，但hmin

；為安全起見，必須hmin≥[h]min；[h]min取決于：軸頸和軸承表面的Rz；軸承工作表面的幾何形狀誤差；制造和安裝中的對中誤差；軸和軸承變形。流量計(jì)算：軸承體積流量：磨擦特性系數(shù)。熱平衡計(jì)算：防止膠合與潤滑油品質(zhì)下降；軸承工作時(shí)磨擦功將轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃縃:一部分被流動的潤滑油帶走H1；另一部分通過軸承座的溫升傳遞到四周空氣中H2；在熱平衡狀態(tài)下，潤滑油和軸承溫度不應(yīng)超過許用值；熱平衡條件；H=H1+H2；

由上式得：

潤滑油平均溫度：

而溫升潤滑油入口溫度常大于環(huán)境溫度，故取t1=30~45°C；由于軸承得發(fā)熱量主要由流動的油帶走，故散熱項(xiàng)可不計(jì);對于壓力循環(huán)潤滑的軸承，常不計(jì)散熱項(xiàng)；還應(yīng)限制軸承的最高溫度，即保證液體動力潤滑的條件：條件：必須有充分的油量供應(yīng)到軸承間隙；相對滑動表面