1、第12章 滑動軸承合肥學院王學軍第12章 滑動軸承 內容提要：本章講述液體動壓滑動軸承和非液體摩擦滑動軸承的工作原理和設計方法。主要包括：確定軸承的結構形式；選擇軸瓦和軸承襯的材料；選擇軸承結構參數；選擇潤滑劑；計算軸承的工作能力；滑動軸承常用的潤滑方法和潤滑裝置。 滑動軸承是用來支承軸的一種重要部件。 12.1.1 滑動軸承的分類12.1.2 滑動軸承的特點和應用12.1 概述12.1.1 滑動軸承的分類按承受載荷方向徑向滑動軸承(承受徑向載荷)推力滑動軸承(承受軸向載荷)按摩擦狀態液體摩擦軸承液體動壓潤滑軸承液體靜壓潤滑軸承非液體摩擦軸承干摩擦、邊界摩擦及液體摩擦的混合摩擦狀態本章主要討論

2、非液體摩擦和液體動壓潤滑滑動軸承的設計計算12.1.2 滑動軸承的特點和應用在高速重載下能正常工作，壽命長。精度高。滑動軸承可做成剖分式的，能滿足特殊結構需要。液體摩擦軸承具有很好的緩沖和阻尼作用，可以吸收振動、緩和沖擊。滑動軸承的徑向尺寸比滾動軸承的小。起動摩擦阻力較大。非液體摩擦滑動軸承具有結構簡單、使用方便等優點，在轉速不太高、不重要的軸上可以采用非液體摩擦滑動軸承。12.2 滑動軸承的結構型式12.2.1 徑向滑動軸承12.2.2 推力滑動軸承12.2.1 徑向滑動軸承常用的徑向滑動軸承有：整體式、剖分式、調心式12.2.1 徑向滑動軸承整體式徑向滑動軸承典型結構：軸承座、軸瓦。在軸承

3、的頂部開出注油孔，以便加注潤滑劑。通常在軸瓦的內表面開有油溝。 特點：結構簡單，間隙無法調整，軸頸只能從軸承端部安裝和拆卸，很不方便。 在低速、輕載條件下工作的軸承和不重要的機器或手動機構中經常采用。12.2.1 徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承12.2.1 徑向滑動軸承剖分式徑向滑動軸承典型結構：軸承座與軸承蓋用雙頭螺柱連接，剖分軸瓦裝在軸承座內，軸承座與軸承蓋間的定位面可保證軸瓦內孔位置準確。特點：裝拆方便、間隙可調 軸承剖分面（載荷方向）水平的剖分面（大多數）傾斜的剖分面12.2.1 徑向滑動軸承調心式徑向滑動軸承典型結構：軸瓦外表面做成球面形狀。特點：軸瓦外表面做成球面形狀，與軸承蓋及軸

4、承座的球狀內表面相配合，軸瓦可以自動調位以適應軸頸在軸彎曲時所產生的偏斜。適用于寬徑較大（B/d1.5）場合12.2.2 推力滑動軸承實心軸頸：這樣的軸頸端面上半徑大的地方速度大，磨損快，端面壓力分布不均勻。空心軸頸：多環推力軸承：（載荷很大）12.2.2 推力滑動軸承多油楔形狀結構：便于形成液體摩擦狀態。12.3 軸瓦的材料和結構軸的材料通常為碳鋼或合金鋼，軸經熱處理后對軸頸進行精加工。軸承座的材料為鑄鐵或鑄鋼，軸承材料指的是軸瓦材料。滑動軸承的失效主要是軸瓦的膠合和磨損，所以對軸瓦的材料和結構有些特殊要求。12.3.1 對軸瓦材料的要求(1)軸瓦材料要有足夠的疲勞強度，才能保證軸瓦在變載荷

5、作用下有足夠的壽命。(2)軸瓦材料要有足夠的抗壓強度，以防止產生過大的塑性變形。(3)軸瓦材料要有良好的減摩性和耐磨性，即要求摩擦系數小，軸瓦磨損小。(4)軸瓦材料應具有較好的抗膠合性，以防止因摩擦熱使油膜破裂后造成膠合(即粘著磨損)。(5)軸瓦材料對潤滑油要有較好的吸附能力，易于形成抗剪切能力較強的邊界膜。12.3.1 對軸瓦材料的要求(6)軸瓦材料要有較好的適應性和嵌藏性，適應性好的材料跑合性能好，嵌藏性好的材料可容納進入潤滑油中微小的固體顆粒，避免軸瓦和軸頸被刮傷。(7)軸瓦材料要有良好的導熱性。(8)選擇軸瓦材料還要考慮經濟性，加工工藝性等。任何一種軸瓦材料都不可能同時滿足上述各項要求

6、，設計時要根據具體條件選擇能滿足主要要求的材料做軸瓦或軸承襯材料。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質軸承材料分三大類：1）金屬材料如軸承合金、青銅、鋁基材料、鋅基合金、減摩鑄鐵等；2）多孔質金屬材料（粉末冶金材料）；3）非金屬材料如塑料、橡膠、硬木等。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質1.軸承合金（又稱白合金、巴氏合金）錫、鉛、銻、銅的合金統稱為軸承合金。它以錫或鉛作基體，懸浮銻錫及銅錫的硬晶粒。硬晶粒起耐磨作用，軟基體則增加材料的塑性。硬晶粒受重載時可以嵌陷到軟基里，使載荷由更大的面積承擔。它的彈性模量和彈性極限都很低。在所有軸承材料中，軸承合金的嵌藏性和順應性最好，很容易和軸頸磨合，它與軸

7、頸的抗膠合能力也較好。巴氏合金的機械強度較低，通常將它貼附在軟鋼、鑄鐵或青銅的軸瓦上使用。錫基合金的熱膨脹性質比鉛基合金好，所以前者更適合于高速軸承，但價格較貴。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質2. 軸承青銅鑄錫鋅鉛青銅有很好的疲勞強度，廣泛用于一般軸承。鑄錫磷青銅是很好的一種減摩材料，減摩性和耐磨性都很好，機械強度也較高，適用于重載軸承。銅鉛合金具有優良的抗膠合性能，在高溫時可以從摩擦表面析出鉛，在銅基體上形成一層薄的敷膜，起到潤滑的作用。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質3. 多孔質金屬材料多孔質金屬是一種粉末冶金材料，它具有多孔組織，采取措施使軸承所有細孔都充滿潤滑油的稱為含油軸承，因

8、此它具有自潤滑性能。常用的含油軸承材料有多孔鐵（鐵石墨）與多孔青銅（青銅石墨）兩種。12.3.2常用的軸瓦材料及其性質4.軸承塑料塑料軸承有自潤滑性能，也可用油或水潤滑。優點：1）摩擦系數較小；2）有足夠的抗壓強度和疲勞強度，可承受沖擊載荷3）耐磨性和跑合性好4）塑性好，可以嵌藏外來雜質，防止損傷軸頸。缺點：導熱性差（只有青銅的幾百分之一），線膨脹系數大（約為金屬的310倍），吸水吸油后體積會膨脹，受載后有冷流性。12.3.3 軸瓦結構軸瓦是滑動軸承的主要零件。設計軸承時，除了選擇合適的軸瓦材料以外，還應合理地設計軸瓦結構，否則會影響滑動軸承的工作性能。制造方法：單金屬雙金屬：當采用貴重軸承材

9、料(如軸承合金)做軸瓦時，為了節省貴重材料和增加強度，常制成雙金屬軸瓦，用貴重金屑做軸承襯，用鋼或銅做瓦背。瓦背強度高，軸承襯減摩性好，兩者結合起來構成令人滿意的軸瓦。三金屬：中間層提高連接強度軸瓦的定位和配合周向定位：定位銷軸向定位：凸緣定位配合：過盈配合12.3.3 軸瓦結構12.3.3 軸瓦結構油孔、油溝和油室油孔用來供應潤滑油，油溝則用來輸送和分布潤滑油。油溝的形狀和位置影響軸承中油膜壓力分布情況。潤滑油應該自油膜壓力最小的地方輸入軸承。油溝不應該開在油膜承載區內，否則會降低油膜的承載能力（圖12.7）。軸向油溝應較軸承寬度稍短，以免油從油溝端部大量流失。油室的結構，它可使潤滑油沿軸向

10、均勻分布，并起著貯油和穩定供油的作用。12.3.3 軸瓦結構12.4 非液體摩擦滑動軸承的計算非液體摩擦滑動軸承工作在混合摩擦狀態下，在摩擦表面間有些地方呈現液體摩擦，有些地方呈現邊界摩擦。如果邊界膜被破壞將會產生干摩擦，摩擦系數增大，磨損加劇，嚴重時導致粘著磨損(膠合)。所以在非液體摩擦軸承中保持邊界膜不被破壞是十分重要的。邊界膜抗破壞的能力，即邊界膜的強度與油的油性有關，也與軸瓦材料有關，還與摩擦表面的壓力和溫度有關。溫度高，壓力大，邊界膜容易破壞。非液體摩擦軸承設計時一旦材料選定則應限制溫度和壓力。但計算每點的壓力很困難，目前只能用限制壓強的辦法進行條件性計算。軸承溫度對邊界膜的影響很大

11、，軸承內各點的溫度不同。目前尚無適用的溫度計算公式。12.4 非液體摩擦滑動軸承的計算軸承溫度的升高是由摩擦功耗引起的，fpv為單位時間內單位面積上的摩擦功，因此可以用限制表征摩擦功的特征值pv，來限制摩擦功耗，亦即限制軸承溫度。進行滑動軸承計算時，已知條件通常是軸頸承受的徑向載荷Fr。軸的轉速n，軸頸的直徑d(由軸的強度計算和結構設計確定的)和軸承的工作條件。軸承計算的任務是確定軸承的長徑比L/d，選擇軸承材料，然后校核p,pv和v。一般取L/d=(0.51.5)。12.4.1 非液體摩擦徑向軸承的計算1.限制軸承平均壓強p（壓強p過大不僅可能使軸瓦產生塑性變形破壞邊界膜，而且一旦出現干摩擦

12、狀態則 加速磨損）式中，Fr軸承徑向載荷，N；d和L軸頸直徑和有效寬度，mm；p許用壓強，MPa。2.限制軸承pv值（pv值大表明摩擦功大，溫升大，邊界膜易破壞，）3.限制滑動速度v/ rFp MPapLd60 1000rnFpvpvL 60 1000dnvv12.4.2 非液體摩擦推力滑動軸承的計算1驗算壓強P2驗算PVm式中，Fa軸向載荷，N；Vm推力軸頸平均直徑處的圓周速度，m/s；n軸轉速，r/min；d0,d軸頸內、外徑，mm；z軸環數。220 ()4aFppZdd kmmpvpv12.5 用潤滑油把摩擦表面完全分隔開時的摩擦，稱為液體摩擦。獲得液體摩擦主要有兩種方法：1）在滑動表面

13、間用足以平衡外載的壓力輸入潤滑油，人為地使兩個表面分離，或者說，用油壓把軸頸頂起，用這種方法來實現液體摩擦的軸承稱為液體靜壓軸承；2）利用軸頸本身回轉時的泵油作用，把油帶入摩擦面間，建立壓力油膜而把摩擦面分開，用這種方法來實現液體摩擦的軸承稱為液體動壓軸承。12.5.1 一維雷諾方程式的推導是建立在以下假設的基礎上（6點假設）：1）忽略壓力對潤滑油粘度的影響；2）潤滑油沿z向沒有流動；3）潤滑油是層流流動；4）油與工作表面吸附牢固，表面油分子隨工作表面一同運動或靜止；5）不計油的慣性力和重力的影響；6）潤滑油不可壓縮。12.5.1 取微單元體進行分析左右兩側的壓力上下兩面的切應力根據x方向系的

14、平衡得整理后得p)(dxxpp)(dyy0)()(dxdzdyydxdzdydzdxxpppdydzyxp12.5.1 由粘度的定義：積分得FuAy將 代入上式，得FuAy22yuxpyxp21221CyCyxpu12.5.1 邊界條件：y=0時， u=v（隨移動件移動）；y=h（油膜厚度）時， u=0（隨靜止件不動）。任何截面沿x方向的單位寬度流量yhyxpyhhvu)(21)(301212hxphvudyqhx21221CyCyxpu12.5.1 假設：油壓最大處的間隙為h0即又由于，油連續流動時流量不變0px0hh012xqvh036hhpvxh301212hxvpqudyhhx12.5

15、.2 由圖可以看出，在油膜厚度為在其左邊， 可知，即油壓隨x的增加而增大；在其右邊 ，可知 ，即油壓隨x的增加而減小。036hhpvxh0hh 0 xp0h0hh0px12.5.2 若即油壓隨x的增加而不變。這表示平行油膜各處油壓總是等于入口和出口處的壓力，應此不能產生高于外面壓力的油壓以支承外載。pC0hh0px036hhpvxh12.5.2 若兩滑動表面呈擴散楔形移動件帶著潤滑油從小口走向大口，油壓必將低于出口和入口處的壓力，不僅不能產生油壓支承外載，而且會產生使兩表面相吸的力。液體動力潤滑軸承形成條件：兩相對運動的摩擦表面，利用其收斂性油楔，使具有一定粘度的液體形成的承載油膜，將摩擦表面

16、完全分離開，以形成液體潤滑狀態。油楔必收斂具有相對速度一定的粘度12.6 液體滑動軸承：兩相對運動的摩擦表面，存在著一定厚度的潤滑油膜，其厚度足以使兩摩擦表面完全分離開而不直接接觸。形成條件復雜技術要求高維護困難12.6.1 滑動軸承工作過程徑向軸承建立液體動力潤滑的過程12.6.1 滑動軸承工作過程徑向軸承建立液體動力潤滑的過程可分為三個階段軸的起動階段不穩定潤滑階段，這時軸頸沿軸承內壁上爬，不時發生表面接觸液體動力潤滑運行階段，這時由于轉速足夠高，帶入到摩擦面間的油量能充滿油楔，并建立承載油膜使軸頸抬起12.6.2 滑動軸承的幾何參數和壓力曲線12.6.3 滑動軸承摩擦特性曲線12.7 多

17、油楔徑向滑動軸承12.7 擺動瓦多油楔徑向滑動軸承12.7 推力多油楔軸承12.8 軸承潤滑的目的主要是：減小摩擦功耗，降低磨損率，同時還可起冷卻、防塵、防銹以及吸振等作用。常用的潤滑材料是潤滑油和潤滑脂。此外，有使用固體（如石墨、二硫化鉬）或氣體（如空氣）作潤滑劑的。潤滑油中以礦物油用的最多。12.8.1 潤滑油的主要物理及化學性能指標是：粘度、粘度指數、油性、閃點、凝點、酸值、殘碳量等。對于動壓潤滑軸承，粘度是最重要的指標，也是選擇軸承用油的主要依據。選擇軸承用潤滑油的粘度時，應考慮軸承壓力、滑動速度、摩擦表面狀況、潤滑方式等條件。12.8.1 潤滑油選擇的一般原則如下：在壓力大或沖擊、變

18、載等工作條件下，應選用粘度較 高的油。滑動速度高時，容易形成油膜，為了減小摩擦功耗，應采用粘度較低的油。加工粗糙或未經跑合的表面，應選用粘度較高的油。循環潤滑、芯捻潤滑或油墊潤滑時，應選用粘度較低的油；飛濺潤滑應選用高品質、能防止與空氣接觸而氧化變質或因激烈攪拌而乳化的油。低溫工作的軸承應選用凝點低的油。12.8.1 液體動力潤滑軸承的潤滑油粘度可以通過計算和參考同類軸承的使用經驗初步確定。混合潤滑軸承的潤滑油選擇可參考表。12.8.2 潤滑脂是用礦物油與各種稠化劑混合制成。它的稠度大，不易流失，承載力也較大，但物理和化學性質不如潤滑油穩定，摩擦功耗大，不宜在溫度變化大或高速下使用。潤滑脂的主

19、要物理性能指標是稠度（錐入度）和滴點。軸頸速度小于1m/s2m/s的滑動軸承可以采用脂潤滑。鈣基潤滑脂，它在100攝氏度附近開始稠度急劇降低，因此只能在60攝氏度以下使用。鈉基潤滑脂滴點高，一般用在120攝氏度以下，比鈣基脂耐熱，但怕水。鋰基潤滑脂有一定的抗水性和較好的穩定性，適用于20攝氏度120攝氏度。12.8.3 滑動軸承的潤滑方式可根據系數k選定式中：p=F/(dB)平均壓強，MPa；v軸頸的線速度，m/s；k32壓力循環潤滑。3pvk 12.8.3 潤滑油供給可以是間歇的或連續的，連續供油比較可靠。用油壺注油，只能達到間歇潤滑的作用。12.8.3 連續供油主要有下列方法：1.滴油潤滑為針閥式注油油杯。當手柄臥倒時