《機械設計》 第十二章滑動軸承

1、 第十二章 滑動軸承 121 概述 軸承分為滑動摩擦軸承(簡稱滑動軸承)和滾動摩擦軸承(簡稱滾動軸承)兩大類。滾動軸承:摩擦系數(shù)小，起動阻力小，已標準化，選用、潤滑、維護都很方便，一般機器中應用較廣?；瑒虞S承:工作轉速特高、特大沖擊與振動、徑向空間尺寸受到限制或必須剖分安裝(如曲軸的軸承)、以及需在水或腐蝕性介質中工作等條件下應用。在軋鋼機、汽輪機、內燃機、鐵路機車及車輛、金屬切削機床、航空發(fā)動機附件、雷達、衛(wèi)星通信地面站、天文望遠鏡以及各種儀表中應用頗為廣泛。121 概述（續(xù)）按其承受載荷方向分類徑向軸承(承受徑向載荷)和止推軸承(承受軸向載荷)。根據(jù)其滑動表面間潤滑狀態(tài)分類液體潤滑軸承、不

2、完全液體潤滑軸承(指滑動表面間處于邊界潤滑或混合潤滑狀態(tài))和無潤滑軸承(指工作時不加潤滑劑)。根據(jù)液體潤滑承載機理分類液體動力潤滑軸承(簡稱液體動壓軸承)和液體靜壓潤滑軸承(簡稱液體靜壓軸承)。本章主要討論液體動壓軸承。121 概述（續(xù)） 要正確地設計滑動軸承，必須合理地解決以下問題：1）軸承的型式和結構；2）軸瓦的結構和材料選擇；3)軸承的結構參數(shù)；4)潤滑劑的選擇和供應；5)軸承的工作能力及熱平衡計算。121 概述（續(xù)）122 徑向滑動軸承的主要結構型式 (一)整體式徑向滑動軸承它由軸承座、減摩材料制成的整體軸套等組成。軸承座上面設有安裝潤滑油杯的螺紋孔。在軸套上開有油孔，并在軸套的內表面

3、上開有油槽。 (一)整體式徑向滑動軸承(續(xù))優(yōu)點:結構簡單，成本低廉。缺點:軸套磨損后，軸承間隙過大時無法調整；只能從軸頸端部裝拆，對于重型機器的軸或具有中間軸頸的軸，裝拆很不方便或無法安裝。應用:在低速、輕載或間歇性工作的機器中，如某些農業(yè)機械，手動機械等。軸承所用的軸承座:整體有襯正滑動軸承座，其標準見JBT 25601991。 (二)對開式徑向滑動軸承它是由軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦和雙頭螺柱等組成。軸承蓋和軸承座的剖分面常作成階梯形，以便對中和防止橫向錯動。軸承蓋上部開有螺紋孔，用以安裝油杯或油管。剖分式軸瓦由上、下兩半組成，通常是下軸瓦承受載荷，上軸瓦不承受載荷。 122 徑向滑動軸

4、承的主要結構型式（續(xù)）為了節(jié)省貴重金屬或其它需要，常在軸瓦內表面上貼附一層軸承襯。在軸瓦內壁不承受載荷的表面上開設油槽，潤滑油通過油孔和油槽流進軸承間隙。(二)對開式徑向滑動軸承（續(xù)）(二)對開式徑向滑動軸承(續(xù))軸承剖分面最好與載荷方向近于垂直，多數(shù)軸承的剖分面是水平的(也有做成傾斜的，如傾斜45，以適應徑向載荷作用線的傾斜度超出軸承垂直中心線左右各35范圍的情況)。這種軸承裝拆方便，并且軸瓦磨損后可以用減少剖分面處的墊片厚度來調整軸承間隙(調整后應修刮軸瓦內孔)。(二)對開式徑向滑動軸承(續(xù))軸承所用的軸承座叫做對開式二螺柱正滑動軸承座其標準見JBT 25611991；四螺柱的見JBT25

5、621991?？蓪⑤S瓦的瓦背制成凸球面，并將其支承面制成凹球面，從而組成調心軸承，用于支承撓度較大或多支點的長軸。 123 滑動軸承的失效形式及常用材料 (一)滑動軸承的失效形式 1磨粒磨損 進入軸承間隙的硬顆粒(如灰塵、砂粒等)有的嵌入軸承表面，有的游離于間隙中并隨軸一起轉動，它們都將對軸頸和軸承表面起研磨作用。在起動、停車或軸頸與軸承發(fā)生邊緣接觸時，它們都將加劇軸承磨損，導致幾何形狀改變、精度喪失，軸承間隙加大，使軸承性能在預期壽命前急劇惡化。磨損及膠合點蝕及金屬剝落(一)滑動軸承的失效形式（續(xù)） 2刮傷 進入軸承間隙中的硬顆粒或軸頸表面粗糙的輪廓峰頂。在軸承上劃出線狀傷痕，導致軸承因刮傷

6、而失效。 3咬粘(膠合) 當軸承溫升過高，載荷過大，油膜破裂對，或在潤滑油供應不足條件下，軸頸和軸承的相對運動表面材料發(fā)生粘附和遷移。從而造成軸承損壞。咬粘有時甚至可能導致相對運動中止。(一)滑動軸承的失效形式（續(xù)） 4疲勞剝落 在載荷反復作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動方向垂直的疲勞裂紋，當裂紋向軸承襯與襯背結合面擴展后，造成軸承襯材料的剝落。它與軸承襯和襯背因結合不良或結合力不足造成軸承村的剝離有些相似，但疲勞剝落周邊不規(guī)則，結合不良造成的剝離則周邊比較光滑。 5腐蝕 潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質對軸承材料有腐蝕性，特別是對鑄造銅鉛合金中的鉛，易受腐蝕而形成點狀的脫落。氧對錫基巴氏合

7、金的腐蝕，會使軸承表面形成一層由SnO2和SnO混合組成的黑色硬質覆蓋層，它能擦傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。此外，硫對含銀或含銅的軸承材料的腐蝕，潤滑油中水分對銅鉛合金的腐蝕，都應予以注意。(一)滑動軸承的失效形式（續(xù)） 由于工作條件不同，滑動軸承還可能出現(xiàn)氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕和微動磨損等損傷。從美國、英國和日本三家汽車廠統(tǒng)計的汽車用滑動軸承故障原因的平均比率來看,因不干凈或有異物而導致故障所占的比例最大。故障原因不干凈潤滑油不足安裝誤差對中不良超載腐蝕制造精度低氣蝕其它比率383111159816056552867(一)滑動軸承的失效形式（續(xù)） (二)軸承材料軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承

8、材料。軸承材料性能應著重滿足以下主要要求。1良好的減摩性、耐磨性和抗咬粘性減摩性是指材料副具有低的摩擦系數(shù)。耐磨性是指材料的抗磨性能(通常以磨損率表示)?？挂д承允侵覆牧系哪蜔嵝院涂拐掣叫?。123 滑動軸承的失效形式及常用材料（續(xù)）(二)軸承材料（續(xù)） 2良好的摩擦順應性、嵌入性和磨合性 摩擦順應性是指材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容納硬質顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。磨合性是指軸瓦與軸頸表面經短期輕載運轉后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。 3足夠的強度和抗腐蝕能力。 4良好的導熱性、工藝性、經濟性等。沒有一種軸承材料能夠全

9、面具備上述性能 (二)軸承材料（續(xù)） 常用的軸承材料可分三大類：1)金屬材料，如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等；2)多孔質金屬材料；3)非金屬材料，如工程塑料、碳石墨等。(二)軸承材料（續(xù)） 1軸承合金(通稱巴氏合金或白合金) 軸承合金是錫、鉛、銻、銅的合金，它以錫或鉛作基體，其內含有銻錫(SbSn)或銅錫(CuSn)的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則增加材料的塑性。軸承合金的彈性模量和彈性極限都很低，在所有軸承材料中，它的嵌入性及摩擦順應性最好，很容易和軸頸磨合，也不易與軸頸發(fā)生咬粘。但軸承合金的強度很低，不能單獨制作軸瓦，只能貼附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上作軸承襯。軸承合金適用于重載、中

10、高速場合，價格較貴。(二)軸承材料（續(xù)） 2銅合金 銅合金具有較高的強度，較好的減摩性和耐磨性。由于青銅的減摩性和耐磨性比黃銅好，故青銅是最常用的材料。青銅有錫青銅、鉛青銅和鋁青銅等幾種，其中錫青銅的減摩性和耐磨性最好，應用較廣。但錫青銅比軸承合金硬度高，磨合性及嵌人性差，適用于重載及中速場合。鉛青銅抗粘附能力強，適用于高速、重載軸承。鋁青銅的強度及硬度較高，抗粘附能力較差，適用于低速、重載軸承。(二)軸承材料（續(xù)） 3鋁基軸承合金 鋁基軸承合金在許多國家獲得廣泛應用。它有相當好的耐蝕性和較高的疲勞強度，摩擦性能亦較好。這些品質使鋁基軸承合金在部分領域取代了較貴的軸承合金和青銅。鋁基軸承合金可

11、以制成單金屬零件(如軸套、軸承等)，也可制成雙金屬零件，雙金屬軸瓦以鋁基軸承合金為軸承襯，以鋼作襯背。(二)軸承材料（續(xù)） 4灰鑄鐵及耐磨鑄鐵 普通灰鑄鐵或加有鎳、鉻、鈦等合金成分的耐磨灰鑄鐵，或者球墨鑄鐵，都可以用作軸承材料。這類材料中的片狀或球狀石墨在材料表面上覆蓋后，可以形成一層起潤滑作用的石墨層，故具有一定的減摩性和耐磨性。此外，石墨能吸附碳氫化合物，有助于提高邊界潤滑性能，故采用灰鑄鐵作軸承材料時，應加潤滑油。由于鑄鐵性脆、磨合性差，故只適用于輕載低速和不受沖擊載荷的場合。 (二)軸承材料（續(xù)） 5多孔質金屬材料 用不同金屬粉末經壓制、燒結而成的軸承材料。是多孔結構，孔隙約占體積的1

12、0-35。使用前先把軸瓦在熱油中浸漬數(shù)小時，使孔隙中充滿潤滑油，這種材料制成的軸承叫含油軸承。它具有自潤滑性。工作時，由于軸頸轉動的抽吸作用及軸承發(fā)熱時油的膨脹作用，油便進入摩擦表面間起潤滑作用；不工作時，因毛細管作用，油便被吸回到軸承內部，故在相當長時間內，即使不加潤滑油仍能很好地工作。但由于其韌性較小，故宜用于平穩(wěn)無沖擊載荷及中低速度情況。常用的有多孔鐵和多孔質青銅。多孔鐵常用來制作磨粉機軸套、機床油泵襯套、內燃機凸輪軸襯套等。多孔質青銅常用來制作電唱機、電風扇、紡織機械及汽車發(fā)電機的軸承。我國已有專門制造含油軸承的工廠，需用時可根據(jù)設計手冊選用。(二)軸承材料（續(xù)） 6非金屬材料 非金屬

13、材料中應用最多的是各種塑料(聚合物材料)，如酚醛樹脂、尼龍、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：與許多化學物質不起反應，抗腐蝕能力特別強，例如聚四氟乙烯(PTFE)能抗強酸弱堿；具有一定的自潤滑性，可以在無潤滑條件下工作，在高溫條件下具有一定的潤滑能力；具有包容異物的能力(嵌人性好)，不易擦傷配偶表面；減摩性及耐磨性都比較好。 碳石墨是電機電刷的常用材料，也是不良環(huán)境中的軸承材料。碳石墨是由不同量的碳和石墨構成的人造材料，石墨含量愈多，材料愈軟，摩擦系數(shù)愈小?？稍谔际牧现屑尤虢饘佟⒕鬯姆蚁┗蚨蚧f組分，也可以浸漬液體潤滑劑。碳石墨軸承具有自潤性，它的自潤性和減摩性取決于吸附的水蒸氣量。碳石墨

14、和含有碳氫化合物的潤滑劑有親和力，加入潤滑劑有助于提高其邊界潤滑性能。此外，它還可以作水潤滑的軸承材料。(二)軸承材料（續(xù)） 橡膠主要用于以水作潤滑劑且環(huán)境較臟污之處。橡膠軸承內壁上帶有縱向溝槽，以利潤滑劑的流通，加強冷卻效果并沖走污物。 木材具有多孔質結構，可用填充劑來改善其性能。填充聚合物能提高木材的尺寸穩(wěn)定性和減少吸濕量，并能提高強度。采用木材(以溶于潤滑油的聚乙烯作填充劑)制成的軸承，可在灰塵極多的條件下工作，例如用作建筑、農業(yè)中使用的帶式輸送機支承輥子的滑動軸承。 (二)軸承材料（續(xù)） 124 軸瓦結構 軸瓦是滑動軸承中的重要零件，它的結構設計是否合理對軸承性能影響很大。有時為了節(jié)省

15、貴重合金材料或者由于結構上的需要，常在軸瓦的內表面上澆鑄或軋制一層軸承合金，稱為軸承襯。軸瓦應具有一定的強度和剛度，在軸承中定位可靠，便于輸入潤滑劑容易散熱，并且裝拆、調整方便。為此，軸瓦應在外形結構、定位、油槽開設和配合等方面采用不同的形式以適應不同的工作要求。 124 軸瓦結構（續(xù)） (一)軸瓦的型式和構造 常用的軸瓦有整體式和對開式兩種結構。 整體式軸瓦按材料及制法不同，分為整體軸套(圖123)和單層、雙層或多層材料卷制軸套(圖124)。非金屬整體式軸瓦既可以是整體非金屬軸套。也可以是在鋼套上鑲襯非金屬材料。 整體式軸瓦軸承襯(一)軸瓦的型式和構造（續(xù)）(一)軸瓦的型式和構造（續(xù)） 對開

16、式軸瓦有厚壁軸瓦和薄壁軸瓦之分。厚壁軸瓦用鑄造方法制造，內表面可附有軸承襯，常將軸承合金用離心鑄造法澆注在鑄鐵、鋼或青銅軸瓦的內表面上。為使軸承合金與軸瓦貼附得好，常在軸瓦內表面上制出各種形式的榫頭、凹溝或螺紋。 (一)軸瓦的型式和構造（續(xù)） 薄壁軸瓦由于能用雙金屬板連續(xù)軋制等新工藝進行大量生產，故質量穩(wěn)定，成本低，但軸瓦剛性小，裝配時不再修刮軸瓦內圓表面，軸瓦受力后，其形狀完全取決于軸承座的形狀，因此，軸瓦和軸承座均需精密加工。薄壁軸瓦在汽車發(fā)動機、柴油機上得到廣泛應用。 剖分式軸瓦(一)軸瓦的型式和構造（續(xù)） (二)軸瓦的定位軸瓦和軸承座不允許有相對移動。為了防止軸瓦沿軸向和周向移動，可將

17、其兩端做出凸緣來作軸向定位，也可用緊定螺釘(圖127a)或銷釘(圖127b)將其固定在軸承座上，或在軸瓦剖分面上沖出定位唇(凸耳)以供定位用(圖126)。124 軸瓦結構（續(xù)）(三)油孔及油槽 為了把潤滑油導人整個摩擦面間，軸瓦或軸頸上須開設油孔或油槽。對于液體動壓徑向軸承，有軸向油槽和周向油槽兩種形式可供選擇。124 軸瓦結構（續(xù)）(三)油孔及油槽（續(xù)） 軸向油槽分為單軸向油槽及雙軸向油槽。對于整體式徑向軸承，軸頸單向旋轉時，載荷方向變化不大，單軸向油槽最好開在最大油膜厚度位置，以保證潤滑油從壓力最小的地方輸入軸承。對開式徑向軸承，常把軸向油槽開在軸承剖分面處(剖分面與載荷作用線成90)，如

18、果軸頸雙向旋轉，可在軸承剖分面上開設雙軸向油槽，通常軸向油槽應較軸承寬度稍短，以便在軸瓦兩端留出封油面，防止?jié)櫥蛷亩瞬看罅苛魇А?三)油孔及油槽（續(xù)）周向油槽適用于載荷方向變動范圍超過180的場合，它常設在軸承寬度中部，把軸承分為兩個獨立部分；當寬度相同時，設有周向油槽軸承的承載能力低于設有軸向油槽的軸承。對于不完全液體潤滑徑向軸承，常用油槽形狀見圖1211，設計時，可以將油槽從非承載區(qū)延伸到承載區(qū)。 125 滑動軸承潤滑劑的選用 (一)潤滑脂及其選擇 使用潤滑脂也可以形成將滑動表面完全分開的一層薄膜。由于潤滑脂屬于半固體潤滑劑，流動性極差，故無冷卻效果。常用在那些要求不高、難以經常供油，或

19、者低速重載以及作擺動運動之處的軸承中。(一)潤滑脂及其選擇（續(xù)） 選擇潤滑脂品種的一般原則為： 1)當壓力高和滑動速度低時，選擇針人度小一些的品種；反之，選擇針人度大一些的品種。 2)所用潤滑脂的滴點，一般應較軸承的工作溫度高約20-30，以免工作時潤滑脂過多地流失。 3)在有水淋或潮濕的環(huán)境下，應選擇防水性強的鈣基或鋁基潤滑脂。在溫度較高處應選用鈉基或復合鈣基潤滑脂。 (二)潤滑油及其選擇 潤滑油是滑動軸承中應用最廣的潤滑劑。液體動壓軸承通常采用潤滑油作潤滑劑。原則上講，當轉速高、壓力小時。應選粘度較低的油；反之。當轉速低、壓力大時，應選粘度較高的油。 潤滑油粘度隨溫度的升高而降低，故在較高

20、溫度下工作的軸承(例如t60)，所用油的粘度應比通常的高一些。125 滑動軸承潤滑劑的選用（續(xù)） (三)固體潤滑劑 固體潤滑劑可以在摩擦表面上形成固體膜以減小摩擦阻力，通常只用于一些有特殊要求的場合。 二硫化鉬用粘結劑調配涂在軸承摩擦表面上可以大大提高摩擦副的磨損壽命。在金屬表面上涂鍍一層鉬，然后放在含硫的氣氛中加熱，可生成MoS2膜。這種膜粘附最為牢固，承載能力極高。在用塑料或多孔質金屬制造的軸承材料中滲入MoS2粉末，會在摩擦過程中連續(xù)對摩擦表面提供MoS2薄膜。將全熔金屬注到在石墨或碳石墨零件的孔隙中，或經過燒結制成軸瓦可獲得較高的粘附能力。聚四氟乙烯片材可沖壓成軸瓦，也可以用燒結法或粘

21、結法形成聚四氟乙烯膜粘附在軸瓦內表面上。軟金屬薄膜(如鉛、金、銀等薄膜)主要用于真空及高溫的場合。125 滑動軸承潤滑劑的選用（續(xù)）126 不完全液體潤滑滑動軸承設計計算 采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑的徑向滑動軸承，由于軸承中得不到足夠的潤滑劑，在相對運動表面間難以產生一個完全的承載油膜，軸承只能在混合摩擦潤滑狀態(tài)(即邊界潤滑和液體潤滑同時存在的狀態(tài))下運轉。這類軸承可靠的工作條件是：邊界膜不遭破裂，維持粗糙表面微腔內有液體潤滑存在。因此，這類軸承的承載能力不僅與邊界膜的強度及其破裂溫度有關，而且與軸承材料、軸頸與軸承表面粗糙度、潤滑油的供給量等因素有著密切的關系。 126 不完全液體潤滑滑動軸

22、承設計計算（續(xù)） 在工程上，這類軸承常以維持邊界油膜不遭破壞作為設計的最低要求。但是促使邊界油膜破裂的因素較復雜，所以目前仍采用簡化的條件性計算。這種計算方法只適用于一般對工作可靠性要求不高的低速、重載或間歇工作的軸承。 (一)徑向滑動軸承的計算 在設計時，通常是已知軸承所受徑向載荷F(單位為N)、軸頸轉速n(單位為r/min)及軸頸直徑d(單位為mm)，然后進行以下驗算。1驗算軸承的平均壓力p(單位為MPa)(121)式中：B軸承寬度Mm(根據(jù)寬徑比B/d)； p軸瓦材料的許用壓力，MPa,其值表122。126 不完全液體潤滑滑動軸承設計計算（續(xù)）(一)徑向滑動軸承的計算(續(xù)) 2驗算軸承的pv(單位為MPa。m/s)值 軸承的發(fā)熱量與其單位面積上的摩擦功耗fpv成正比(f是摩擦系數(shù))；限制pv值就是限制軸承的溫升。（12-2） 式中：v軸頸圓周速度，即滑動速度，ms； pv軸承材料的嚴許用值，MPams，其值見表122。(一)徑向滑動軸承的計算(續(xù)) 3驗算滑動速度v(單位為ms) vv (123)式中v為許用滑動速度，ms，其值見表122。 滑動軸承所選用的材料及尺寸經驗算合格后，應選取恰當?shù)呐浜?。一般可選H9/d9或H8/f7、H7/f6。 (二)止推滑動軸承的計算 止推滑動軸承