第12章滑動(dòng)軸承

第四篇軸系零部件1.軸承的分類①按摩擦性質(zhì)分滾動(dòng)軸承（rollingbearing）相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滾動(dòng)的軸承機(jī)床汽車機(jī)車等用滑動(dòng)軸承（slidingbearing）相對(duì)運(yùn)動(dòng)為滑動(dòng)的軸承柴油機(jī)曲軸汽輪機(jī)軸凸輪軸等②按承受載荷的方向分向心軸承（radialbearing）主要承受徑向載荷和不大的軸向載荷推力軸承（thrustbearing）只能承受軸向載荷向心推力軸承（angularcontactbearing）既能承受徑向載荷又能承受軸向載荷第十二章滑動(dòng)軸承一、概述1.分類液體靜壓軸承（hydrostaticbearing）流體動(dòng)壓軸承（hydrodynamicbearing）不完全液體摩擦滑動(dòng)軸承流體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承2.應(yīng)用工作轉(zhuǎn)速特別高的軸承高速情況下滾動(dòng)軸承的壽命大為降低要求對(duì)軸的支承位置特別精確的軸承滑動(dòng)軸承影響精度的零件數(shù)少特重型的軸承單件生產(chǎn)，用滾動(dòng)軸承成本高承受巨大沖擊振動(dòng)載荷的軸承油層的阻尼和吸振作用根據(jù)使用要求必須做成剖分式的軸承徑向尺寸較小的軸承特殊工作條件下工作的軸承滾動(dòng)軸承不可能做成剖分式在水或腐蝕性介質(zhì)中工作3.特點(diǎn)工作平穩(wěn)，無(wú)噪音；工作可靠；保證液體摩擦下，可大大減少摩擦損失和表面磨損；有一定的吸振能力；起動(dòng)摩擦阻力大。決定軸承的結(jié)構(gòu)和型式；選擇軸瓦和軸承襯的結(jié)構(gòu)和材料；軸承強(qiáng)度和剛度的計(jì)算；潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式的選擇；保證潤(rùn)滑而考慮的溫度、壓力分布、軸承間隙；軸承的熱平衡計(jì)算。4.軸承設(shè)計(jì)應(yīng)解決的問(wèn)題二、滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)1.徑向滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)①對(duì)開式滑動(dòng)軸承(splitplainbearing)

②整體式向心軸承(solidbearing)③

橢圓軸承（ellipticbearing）④

多油楔軸承（multi-oilwedgebearing）四油楔軸瓦⑤球面軸承（plainself-aligningbearing）2.止推滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)①固定式推力軸承

(plainthrustbearing)②可傾扇面推力軸承（tilting-padbearing

）三、軸瓦材料和結(jié)構(gòu)1.對(duì)軸瓦材料的要求摩擦副間摩擦系數(shù)小、耐磨抗粘著性好P↑、n↑、間隙小、表面粗糙、潤(rùn)滑不良等容易發(fā)生粘著適應(yīng)性好硬度低、塑性好和彈性系數(shù)低的材料具有良好的適應(yīng)性能夠適應(yīng)軸的彎曲和幾何形狀誤差的能力容納異物的能力強(qiáng)塵土、金屬磨屑能嵌入軸瓦材料中而不外露的性能抗疲勞性好軸承合金，盡可能做得薄一些，有利于提高疲勞壽命強(qiáng)度高用雙金屬、三金屬的軸瓦結(jié)構(gòu)可以提高強(qiáng)度抗腐蝕性好含錫成分的材料、鋁合金等可減輕腐蝕2.軸瓦材料①鑄鐵（castiron）含有片狀或球狀石墨，可起潤(rùn)滑作用用于低速輕載或開式傳動(dòng)的軸承②軸承合金（巴氏合金）（bearingalloy）錫基軸承合金（ZChSnSb11-6）抗腐蝕性好，抗膠合能力強(qiáng)適用于高速重載鉛基軸承合金（ZChPbSb16-16-2）抗膠合能力差，熱膨脹性差，脆適于中速中載③銅合金（copperbasealloy）鑄造鉛青銅（ZCuPb30）用于高速重載鑄造錫鋅鉛青銅（ZCuSn5Pb5Zn5）用作整體式軸瓦及軸套鑄造錫磷青銅（ZCuSn10P1）用作整體式軸瓦及軸套鑄造鋁青銅（ZCuAl10Fe3）強(qiáng)度最高，硬度較高，但容納異物和適應(yīng)性差用于低速重載鑄造黃銅（ZCuZn16Si4、ZCuZn40Mn2）用于滑動(dòng)速度不高的軸承④鋁合金（aluminumbasealloy）強(qiáng)度高，耐腐蝕，導(dǎo)熱性好，但要求軸頸有高硬度、低表面粗糙度柴油機(jī)曲軸瓦用⑤粉末冶金（powdermetallurgy）韌性小，抗沖擊振動(dòng)能力差適用于載荷平穩(wěn)、中小速度或潤(rùn)滑條件較差的場(chǎng)合自潤(rùn)滑原理：軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的抽吸作用；

軸和油的熱脹，把油擠入摩擦表面。⑥非金屬材料石墨（plumbago）橡膠（rubber）陶瓷（ceramic）酚醛樹脂（phenolicresin）尼龍（nylon）3.軸瓦的結(jié)構(gòu)①整體式卷制軸瓦（單層、雙金屬或三金屬）整體鑄造三金屬在鋼背和軸瓦之間再加一中間層，以提高表層強(qiáng)度質(zhì)量穩(wěn)定，成本低，但軸瓦剛性小用雙金屬板軋制等新工藝進(jìn)行大批量生產(chǎn)薄壁軸瓦用鑄造方式鑄造，內(nèi)表面可附有軸承襯②剖分式厚壁軸瓦不同材料的組合，用于不同的工況：鋼背與鉛青銅、鋼背與巴氏合金用于高壓力、高轉(zhuǎn)速和有沖擊載荷處鋼背與紫銅用于低轉(zhuǎn)速和有振動(dòng)處青銅背與巴氏合金適用壓力很大及轉(zhuǎn)速很高鑄鐵背與巴氏合金用于承受平穩(wěn)載荷處鑄鋼背與巴氏合金用于陡震和沖擊載荷處③軸瓦的定位做出凸緣作軸向定位用緊定螺釘用銷釘軸瓦剖分面上沖出定位唇4.油孔和油溝（槽）B／d

較小的軸承，只需開一個(gè)油孔B／d

較大、可靠性要求高的軸承，應(yīng)開設(shè)油槽油槽開在有利于供油盡量不降低軸承承載能力開設(shè)油槽的原則：縱向油槽徑向載荷相對(duì)軸承不轉(zhuǎn)時(shí)，開在軸瓦上徑向載荷相對(duì)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，開在軸上油槽的長(zhǎng)度稍短于軸瓦的長(zhǎng)度環(huán)形油槽軸線水平的軸承，開在非承載區(qū)的半環(huán)開設(shè)全環(huán)，宜開在靠近軸承的兩個(gè)端部豎直放置的軸承全環(huán)油槽宜開在軸承的上端由下向上吸油時(shí)，可開螺旋油槽油槽的剖面形狀，應(yīng)避免邊緣有銳邊及棱角四、不完全液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算1.失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則磨損：磨料磨損工作要求不高，速度較低，載荷不大，難于維護(hù)的軸承1.失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（續(xù)）磨損：疲勞磨損1.失效形式和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則（續(xù)）磨損：腐蝕磨損設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：保證兩摩擦面（軸頸和軸瓦）間有一層邊界潤(rùn)滑油膜2.徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算已知：在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中得到的軸徑d，軸頸轉(zhuǎn)速n，徑向載荷F①確定軸承的基本結(jié)構(gòu)和材料根據(jù)工作條件和使用要求，確定軸承結(jié)構(gòu)形式，選擇軸瓦材料，確定軸承的寬度。②驗(yàn)算軸承的平均壓力p驗(yàn)算p解決什么問(wèn)題？

保證油膜不被破壞，保證潤(rùn)滑，減少磨損③驗(yàn)算軸承的pv值驗(yàn)算pv限制什么？

限制pv就是防止油溫過(guò)高④驗(yàn)算滑動(dòng)速度vv≤[v]滑動(dòng)速度過(guò)高，也會(huì)加速磨損而報(bào)廢⑤選擇軸承的配合保證一定的間隙，保證旋轉(zhuǎn)精度，一般選：驗(yàn)算

v限制什么？

3.止推滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算

已知：軸向載荷Fa，轉(zhuǎn)速n①根據(jù)載荷Fa的大小、方向及空間尺寸等選擇軸承結(jié)構(gòu)型式實(shí)心式、空心式、單環(huán)式、多環(huán)式②根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初定軸頸基本尺寸③壓力p的驗(yàn)算④pvm的驗(yàn)算Fa—軸向載荷z—支承面數(shù)目d1—軸承孔直徑d2—軸環(huán)直徑n—軸頸轉(zhuǎn)速[p]—許用壓力[pv]—pv的許用值五、流體動(dòng)力潤(rùn)滑徑向滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)1.流體動(dòng)力潤(rùn)滑理論的基本方程假設(shè)：流體流動(dòng)具有層流性質(zhì)流體不可壓縮流體的重力、慣性力不計(jì)流體的粘度為常量，與壓力無(wú)關(guān)流體沿厚度（y）方向油壓為常數(shù)運(yùn)動(dòng)表面為光滑表面流體與平板面間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)左、右面的壓力上、下面的剪切力x方向的平衡：油膜內(nèi)沿x軸的壓力變化率和沿y軸的剪切力變化率相等代入牛頓粘性液體摩擦定律得流體動(dòng)力潤(rùn)滑的基本方程①油層的速度分布對(duì)y兩次積分得邊界條件：y＝0時(shí)，u＝v；y＝h（油膜厚度）時(shí)，u＝0油層速度分布：前一項(xiàng)呈線性分布，由板的運(yùn)動(dòng)引起的；后一項(xiàng)呈拋物線分布，由油壓沿x方向的變化引起的。代入積分常數(shù)，整理后得②潤(rùn)滑油的流量③壓力方程——無(wú)限長(zhǎng)動(dòng)壓軸承的基本方程流體力學(xué)的無(wú)側(cè)漏條件和流量連續(xù)性定理一維雷諾方程在p＝pmax剖面處油膜厚度為h0，沿y方向的速度變化呈線性分布，則流量為：q＝vh0／2無(wú)限長(zhǎng)動(dòng)壓軸承的基本方程：④討論

若h＝h

0入口和出口壓力相等建立不起承載能力

沿x方向油膜厚度按線性變化在h＞h

0段（原點(diǎn)起）在h＜h

0段壓力逐漸增大壓力逐漸減小油膜沿x方向各處的壓力都大于入口和出口壓力，能承受載荷速度分析：入口段：凹形拋物線出口段：凸形拋物線油膜能承受外載荷的條件：相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面必須形成收斂的楔形空間；兩表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度，且能把油從大口帶入小口；潤(rùn)滑油必須有一定的粘度，供油充分。2.徑向軸承動(dòng)壓潤(rùn)滑的建立靜止時(shí)，自然形成彎曲的楔形空間轉(zhuǎn)動(dòng)開始，摩擦力迫使軸頸向摩擦力方向偏移；轉(zhuǎn)速的提高，帶入的油量增大，壓力也逐漸增大，推動(dòng)軸頸向速度方向偏移，并逐漸向上托起；轉(zhuǎn)速的增大，使壓力繼續(xù)增大，進(jìn)一步把軸頸推向軸承的中心，直到與外載荷平衡。軸頸中心與孔的中心是否會(huì)重合？3.承載能力與軸承的寬徑比寬徑比大為什么是這個(gè)結(jié)果？側(cè)漏比例小承載能力提高帶走的摩擦熱小溫度升高潤(rùn)滑油粘度降低承載能力下降高速重載，溫升高，易選小寬徑比；低速重載，為提高整體剛性，易選大寬徑比；高速輕載，對(duì)剛性無(wú)過(guò)高要求的，選小寬徑比；對(duì)剛性有較高要求的，選大寬徑比。4.軸承的間隙直徑間隙Δ：間隙的選擇原則：載荷越大，直徑間隙應(yīng)選小一些；轉(zhuǎn)速越高，直徑間隙應(yīng)選大一些；要求旋轉(zhuǎn)精度高的軸承，直徑間隙選小一些；膨脹系數(shù)大的材料，直徑間隙應(yīng)選大一些。5.最小油膜厚度和承載能力（1）油膜厚度偏心距

e軸頸中心與軸承中心的距離相對(duì)偏心距最小油膜厚度為：相對(duì)間隙壓力最大處的油膜厚度為（3）外載方向上的總動(dòng)壓力（4）承載能力

理論上，F(xiàn)＝pyB，但是，由于軸承存在側(cè)漏，壓力沿軸承寬度方向呈拋物線規(guī)律分布。

（5）最小油膜厚度與承載能力的關(guān)系因?yàn)椋篽min越小Cp越大F越大盡量減小hmin，但是，hmin受限：軸頸和軸瓦表面粗糙度；軸的剛性；軸瓦與軸頸的幾何形狀誤差。

保證軸承的正常工作，可以采取：結(jié)構(gòu)上，保證軸和軸瓦有足夠的剛性；制造安裝上，保證符合規(guī)定的精度；使用上，保證潤(rùn)滑油的清潔度。6.軸承中的摩擦系數(shù)液體摩擦的摩擦力：

油層面積：速度梯度：7.軸承的耗油量

供油為了補(bǔ)充端泄的油；充足的供油是產(chǎn)生液體摩擦的必要條件；過(guò)大供油會(huì)加大摩擦阻力，降低機(jī)械效率。8.軸承的熱平衡計(jì)算摩擦產(chǎn)生的熱量：流動(dòng)油帶走的熱量：軸承散逸的熱量：熱平衡：溫度差：加冷卻水套在非承載區(qū)開油溝，加快熱量傳導(dǎo)

平均溫度：不平衡的處理：設(shè)計(jì)時(shí)，先給定tm，求出Δt，再校驗(yàn)入口溫度

ti＝tm－0.5Δt若ti＞35℃～40℃，表示軸承熱平衡易建立，軸承的承載能力有富余，可降低平均溫度tm，也可以適當(dāng)加大軸頸和軸瓦的表面粗糙度。若ti＜35℃～40℃，表示軸承不易達(dá)到熱平衡，需要加大軸承間隙，降低軸頸和軸瓦的表面粗糙度。六、潤(rùn)滑劑的選擇潤(rùn)滑劑的主要作用不完全液體摩擦：降低摩擦，減少磨損，提高軸承效率；液體摩擦：是工作介質(zhì)，也起冷卻作用。1.潤(rùn)滑脂用于非全液體摩擦軸承，要求不高，難以經(jīng)常供油，或者特別低速重載、搖擺運(yùn)動(dòng)。選用原則壓力高，滑動(dòng)速度低時(shí)，選擇針入度小的潤(rùn)滑脂；所選潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)應(yīng)高于工作溫度約20～30℃；有水或潮濕的地方，應(yīng)選