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第十章 滑动轴承 §10-1 概述 §10-2 滑动轴承的结构 §10-3 轴瓦结构及轴承材料 §10-4 润滑剂和润滑装置 第十章 滑动轴承 §10-1 概述 §10-2 滑动轴承的结构 §10-3 轴瓦结构及轴承材料 §10-4 润滑剂和润滑装置 §10-5 非液体摩擦滑动轴承的设计

§10-1 概 述 1、滑动轴承的分类 按受载方向不同,分为: 按磨擦状态不同,分为: 2、滑动轴承的特点 径向轴承(向心轴承): §10-1 概 述 1、滑动轴承的分类 径向轴承(向心轴承): 径向止推轴承(向心推力轴承): 推力轴承(止推轴承): 按受载方向不同,分为: 动压润滑 静压润滑 混合润滑滑动轴承。 液体润滑滑动轴承 按磨擦状态不同,分为: 2、滑动轴承的特点 1.承载能力大,耐冲击; 2.工作平稳,噪音低; 3.结构简单,径向尺寸小。

§10-2 滑动轴承的结构 一、径向滑动轴承的结构 1、整体式径向滑动轴承 图是常见的整体式滑动轴承结构。套筒式轴瓦(或轴套)压装在 §10-2 滑动轴承的结构 一、径向滑动轴承的结构 1、整体式径向滑动轴承  图是常见的整体式滑动轴承结构。套筒式轴瓦(或轴套)压装在 轴承座中(对某些机器,也可直接压装在机体孔中)。润滑油通过 轴套上的油孔和内表面上的油沟进入摩擦面。   这种轴承结构简单、制造方便,刚度较大。缺点是轴瓦磨损 后间隙无法调整和轴颈只能从端部装入。因此,它仅适用于轴颈 不大,低速轻载或间歇工作的机械。

普通剖分式轴承结构由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。 轴瓦是直接和轴颈相接触的重要零件。为了安装时易对中,轴承盖 2、剖分式(对开式)径向滑动轴承  普通剖分式轴承结构由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。 轴瓦是直接和轴颈相接触的重要零件。为了安装时易对中,轴承盖 和轴承座的剖分面常作出阶梯形的榫口。润滑油通过轴承盖上的油 孔和轴瓦上的油沟流入轴承间隙润滑摩擦面。轴承剖分面最好与载 荷方向近于垂直,以防剖分面位于承载区出现泄漏,降低承载能力。 通常,多数轴承剖面为水平剖分,也称正剖分,也有斜剖分的。 对开式轴承(剖分轴套) 特点:便于轴的安装,间隙可调整,但结构复杂。应用比较广泛 。

3、调心式径向滑动轴承 若轴承的宽径比 较大,当轴的弯曲变形或轴孔倾斜时,易造成 轴颈与轴瓦端部的局部接触,引起剧烈的磨损和发热。因此,当 L/d>1.5时,宜采用自动调心轴承,这种轴承的轴瓦外表面做成球面 形状,与轴承盖和轴承座的球状内表面相配合,球面中心通过轴颈 的轴线。因此轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的偏斜。 特点:轴瓦能自动调整位置,以适应轴的偏斜。 当轴倾斜时,可保证轴颈与轴承配合表面接触良好,从而避免产生偏载。主要用于轴的刚度较小,轴承宽度较大的场合。

二、止推滑动轴承的结构 1 实心式   支撑面上压强分布极不均匀,中心处压强最大,线速度为0, 对润滑很不利,导致支撑面磨损极不均匀,使用较少。 2 空心式   支撑面上压强分布较均匀,润滑条件有所改善。 3 单环式   利用轴环的端面止推,结构简单,润滑方便,广泛用于低速 轻载场合 。 4 多环式   特点同单环型,可承受较单环更大的载荷,也可承受双向轴 向载荷。

§10-3 轴瓦结构及轴承材料 一、轴瓦结构 轴承衬 整体式(又称轴套) 不便于装拆,可修复性差。 按构造分 类 剖分式(对开式) §10-3 轴瓦结构及轴承材料 一、轴瓦结构 按构造分 类 整体式(又称轴套) 剖分式(对开式) 不便于装拆,可修复性差。 安装和拆卸方便,可修复。 按材料分 类 单材料 多材料 如黄铜,灰铸铁等制成的轴瓦。 以钢、铸铁或青铜作轴瓦基体,在其表面浇铸一层 或两层很薄的减摩材料(称为轴承衬)。 轴承衬 单材料、整体式 厚壁铸造轴瓦

 轴瓦和轴承座不允许有相对移动,为了防止轴瓦的移动,可将其 两端做出凸缘用于轴向定位或用销钉(或螺钉)将其固定在轴承座上。  为了使滑动轴承获得良好的润滑,轴瓦或轴颈上需开设油孔及油 沟,油孔用于供应润滑油,油沟用于输送和分布润滑油。其位置和 形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。通常,油孔应设置在油膜 压力最小的地方;油沟应开在轴承不受力或油膜压力较小的区域, 要求既便于供油又不降低轴承的承载能力。图为油孔和油沟对轴承承 载能力的影响。。 油沟 进油孔

二 轴瓦及轴承衬材料 轴瓦材料应具备下述性能:l)摩擦系数小;2)导热性好,热膨胀系数小;3)耐磨、耐蚀、抗胶合能力强;4)要有足够的机械强度和可塑性。 常见的轴瓦是用两层不同金属做成的,两种金属在性能上取长补短。在工艺上可以用浇铸或压合的方法,将薄层材料粘附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层材料称为轴承衬。 常用的轴瓦和轴承衬材料有下列几种: 1、轴承合金 轴承合金(又称白合金、巴氏合金)有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。

锡锑轴承合金的摩擦系数小,抗胶合性能良好,对油的吸附性强,耐蚀性好,易跑合,是优良的轴承材料,常用于高速、重载的轴承。但它的价格较贵且机械强度较差,因此只能作为轴承衬材料而浇铸在钢、铸铁(图a及b)或青铜轴瓦上(图c)。用青铜作为轴瓦基体是取其导热性良好。这种轴承合金的熔点比较低,为了安全,在设计、运行中常将温度控制在低于150℃。 铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近,但这种材料较脆,不宜承受较大的冲击载荷。它一般用于中速、中载的轴承。

2、青铜 青铜的强度高,承载能力大,耐磨性与导热性都优于轴承合金。它可以在较高的温度(250℃)下工作。但它的可塑性差,不易跑合,与之相配的轴颈必须淬硬。 青铜可以单独做成轴瓦。为了节省有色金属,也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴瓦材料的青铜,主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。在一般情况下,它们分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承上。 3、具有特殊性能的轴承材料 用粉末冶金法做成的轴承,具有多孔性组织,孔隙内可以贮存润滑油,常称为含油轴承。

运转时,轴瓦温度升高,由于油的膨胀系数比金属大,因而自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油可以使用较长时间,常用于加油不方便的场合。 在不重要的或低速轻载的轴承中,也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。 此外,还有橡胶轴承、塑料轴承等。 表12-2中给出常用轴瓦及轴承村材料的[p]、[pv]等数据。

常见金属轴承材料性能

§10-4 润滑剂和润滑装置 一、润滑剂 轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗,减少磨损,同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。轴承能否正常工作,和选用润滑剂正确与否有很大关系。 润滑剂分为:1)液体润滑剂——润滑油;2)半固体润滑剂——润滑脂;3)固体润滑剂等。 在润滑性能上润滑油一般比润滑脂好,应用最广。但润滑脂具有不易流失等优点,也常用。固体润滑剂除在特殊场合下使用外,目前正在逐步扩大使用范围。

1.润滑油 润滑油最重要的物理性能是粘度,它也是选择润滑油的主要依据。润滑油的粘度是指润滑油抵抗变形的能力,它标志着液体内部产生相对运动时内摩擦阻力的大小。 如图所示,有两块平板A及B,两板之间充满着液体。若板A以速度v沿x轴运动,由于液体与金属表面的吸附作用,板A表层的液体随板A以同样的速度v一起运动,静止板B表层的液体静止不动。若润滑油作层流流动,则沿y 坐标的油层将以不同速度u 移动,于是形成各油层间的相对滑移,在各层的界面上就存在相应的切应力τ。

牛顿在1687年提出粘性液体的摩擦定律(简称粘性定律),即在液体作层流运动时,油层间的切应力τ与其速度梯度成正比,其数学表达式为: 式中:u是油层中任一点的速度,du/dy是该点的速度梯度;η是比例系数,即液体的动力粘度,常简称为粘度。 摩擦学中把凡是服从这个粘性定律的液体称为牛顿液体。 动力粘度η为:长、宽、高各为1m的液体,如果使上下平面间以u=1m/s的相对速度运动,所需施加的力F 为1N 时,该液体的粘度为1个国际单位制的动力粘度,以Pa·s(帕·秒)表示,1Pa·s=1N·s/m2 。动力粘度又称绝对粘度。

动力粘度的厘米克秒制单位是P(Poise,单位名称为泊),1P=1dyn·s/cm2。P的百分之一称cP(厘泊)。Pa·s、P及cP间的换算关系为 此外,还有运动粘度ν,它等于动力粘度与液体密度ρ的比值,即在国际单位制中,ν的单位是m2/s。实用上这个单位嫌大,故常采用它的厘米克秒制单位St(Stokes,单位名称为斯),或cSt(厘斯), 1St= 1cm2/s=100cSt。一般润滑油的牌号就是该油在40℃时的运动粘度(单位为cSt或mm2/s) 的平均值,见表。

用润滑油同水作比较所测得的粘度,称为相对粘度。我国常用恩氏粘度表示相对粘度,规定:在一定温度t下,200cm3的油样流过直径2 用润滑油同水作比较所测得的粘度,称为相对粘度。我国常用恩氏粘度表示相对粘度,规定:在一定温度t下,200cm3的油样流过直径2.8mm小孔所需要的时间,与同体积20℃的蒸馏水流过该孔所需时间的比值,即为该油样的恩氏粘度,用符号Et表示。

选用润滑油时,要考虑速度、载荷和工作情况。对于载荷大、温度高的轴承宜选粘度大的油,载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。 润滑油的粘度随着温度的升高而降低,这对于运行着的轴承来说,必须加以注意。描述粘度随温度变化情况的线图称为粘温图,见图。 润滑油的粘度还随着压力的升高而增大,但压力不太高时,变化极微,可略而不计。 选用润滑油时,要考虑速度、载荷和工作情况。对于载荷大、温度高的轴承宜选粘度大的油,载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。

2. 润滑脂 润滑脂是由润滑油和各种稠化剂(如钙、钠、铝、锂等金属皂)混合稠化而成。润滑脂密封简单,不需经常加添,不易流失,所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围,受温度的影响不大,但摩擦损耗较大,机械效率较低,故不宜用于高速。且润滑脂易变质,不如润滑油稳定。总的来说,一般参数的机器,特别是低速或带有冲击的机器,都可以使用润滑脂润滑。 目前使用最多的是钙基润滑脂,它有耐水性,常用于60℃以下的各种机械设备中轴承的润滑。

二、润滑装置 3.固体润滑剂 固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氯乙烯树脂等多种品种。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。 滑动轴承的给油方法多种多样。如图1所示,有针阀式油杯、 A型弹簧盖油杯、润滑脂用油杯等。

上述三种油杯均已列入国家标准,选用时可查阅有关手册。 下图为油环润滑,在轴颈上套一油环,油环下部浸入油地中,当轴颈旋转时,靠摩擦力带动油环旋转,把油引入轴承。油环浸在油池内的深度约为其直径的四分之一时,给油量已足以维持液体润滑状态的需要。它常用于大型电机的滑动轴承中。 最完善的给油方法是利用油泵循环给油,给油量充足,给油压力只需0.05MPa,在油的循环系统中常配置过滤器、冷却器。

§10-5 非液体摩擦滑动轴承的设计 一、非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则 磨损——非液体摩擦滑动轴承工作表面,在工作时有局部金属 §10-5 非液体摩擦滑动轴承的设计 一、非液体摩擦滑动轴承的失效形式及计算准则 磨损——非液体摩擦滑动轴承工作表面,在工作时有局部金属 接触,会产生不同程度的摩擦和磨损,导致轴承配间隙增大,影 响轴的旋转精度,从而使轴承不能正常工作。 一)失 效形式 胶合——当载荷过大而导致油膜破裂时;或在润滑油供应不足 条件下,轴承温升过高,轴颈和轴承的相对运动表面材料发生粘 附和迁移,从而出现胶合。 限制轴承平均压力p ——以免产生过度的磨损; 二)计算准则 限制pv值——以防止过热产生胶合; 限制滑动速度V ——以免加速磨损而使轴承报废。

二、非液体摩擦滑动轴承的设计计算 一)向心轴承设计 设计的已知条件:轴颈直径d(由轴的结构设计确定),轴的转 速n(r/min),径向载荷FR(N),使用条件. 设计方法及步骤: 1.根据工作要求选择轴承结构形式:整体式还是剖分式 2.选择轴瓦材料 3.选择轴承的长径比l/d 4.验算轴承的工作能力 1)验算平均压力p——目的是保证润滑油不被过大的压力挤出,从而避免轴瓦产生过度的磨损

[pv]——轴瓦材料的许用值,N/mm2·m/s,其值见表12-2 B 式中 FR——轴承的径向载荷,N; B——轴瓦长度,mm; d——轴颈直径,mm; [p]——轴瓦材料的许用压力 MPa ,其值见表13-1 d 2)验算轴承的pv值——目的是限制轴承的摩擦功耗与温升, 避免引起边界油膜破裂,产生胶合 式中 n——轴的转速,r/min; [pv]——轴瓦材料的许用值,N/mm2·m/s,其值见表12-2

3)验算滑动速度v 对于p和pv的验算均合格的轴承,由于滑动速度过高,也会加 速磨损而使轴承报废。这是因为p只是平均压力,实际上,在 轴发生弯曲或不同心等引起的一系列误差及振动的影响下,轴 承边缘可能产生相当高的压力,因而局部区域的pv值还会超过 许用值。因此必须验算滑动速度V满足 式中 [v]——许用滑动速度,其值见表12-2。

5. 选择轴颈与轴瓦之间的配合 ∆ d d' 轴承间隙∆ d' - d ∆ 根据 轴的转速n1 径向载荷FR n1↑, ∆↑ 一般可选H9/d9或H8/f7、H7/f6 三.推力滑动轴承设计(略)