機械設計第十二章

2023/1/161第十二章滑動軸承

JournalBearings電子科技大學凌丹機械設計概述滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的失效形式及常用材料軸瓦結(jié)構(gòu)及潤滑4123滑動軸承的設計計算5主要內(nèi)容滑動軸承的特點滑動軸承的應用滑動軸承設計工作的主要內(nèi)容12-1概述

滑動軸承的特點面接觸，工作平穩(wěn)、可靠，承載能力高；零件數(shù)目少，易于達到很高的精度；噪聲比滾動軸承低。軸頸軸瓦12-1概述滑動軸承的特殊應用工作轉(zhuǎn)速特高時使用在這種轉(zhuǎn)速下，滾動軸承的壽命將大為降低。對軸的支承位置要求特別精確時使用滑動軸承比滾動軸承中影響精度的零件數(shù)少，故可制造得更為精確。特重型的軸承若采用滾動軸承，由于必須單件生產(chǎn)，因而造價很高。承受巨大的沖擊和振動載荷的軸承?；瑒虞S承的軸瓦和軸頸間的支承面一般較大，有油層的緩沖和阻尼作用，因而具有比滾動軸承更優(yōu)越的工作性能。12-1概述根據(jù)裝配要求必須做成剖分式的軸承如發(fā)動機曲軸的軸承軸承處徑向尺寸受到限制時，可采用滑動軸承

如多輥軋鋼機在特殊條件下（如水中、或腐蝕介質(zhì)）工作的軸承如艦艇螺旋槳推進器的軸承12-1概述

滑動軸承的設計內(nèi)容軸承的型式和結(jié)構(gòu)選擇；軸瓦的結(jié)構(gòu)和材料選擇；軸承的結(jié)構(gòu)參數(shù)設計潤滑劑及其供應量的確定；軸承工作能力及熱平衡計算。12-1概述概述滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的失效形式及常用材料軸瓦結(jié)構(gòu)及潤滑4123滑動軸承的設計計算5主要內(nèi)容一、徑向滑動軸承的結(jié)構(gòu)１．整體式徑向滑動軸承特點：結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉。應用：低速、輕載或間歇性工作的機器中。軸承座整體軸套螺紋孔油杯孔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。常用的滑動軸承已經(jīng)標準化，可根據(jù)使用要求從有關手冊中合理選用。12-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式整體式徑向滑動軸承(Bushing)２．剖分式（對開式）徑向滑動軸承特點：便于軸的安裝，間隙可調(diào)整，但結(jié)構(gòu)復雜。對開式軸承(整體軸套)對開式軸承(剖分軸套)注：剖分面的垂線與徑向力的夾角不大于35°，否則，采用45°傾斜剖分式應用比較廣泛。12-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式45?軸承中分面常布置成與載荷垂直或接近垂直。3．調(diào)心式徑向滑動軸承（自位軸承）特點：軸瓦能自動調(diào)整位置，以適應軸的偏斜。注：調(diào)心式軸承必須成對使用。球面配合當軸傾斜時，可保證軸頸與軸承配合表面接觸良好，從而避免產(chǎn)生偏載。主要用于軸的剛度較小，軸承寬度較大的場合。12-2滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式對開式徑向滑動軸承的裝配圖止推滑動軸承Thrustbearing作用：用來承受軸向載荷結(jié)構(gòu)形式：空心式---軸頸接觸面上壓力分布較均勻，潤滑條件比實心式要好。單環(huán)式---利用軸頸的環(huán)形端面止推，結(jié)構(gòu)簡單，潤滑便，廣泛用于低速、輕載的場合。多環(huán)式---不僅能承受較大的軸向載荷，有時還可承受雙向軸向載荷。各環(huán)間載荷分布不均，其單位面積的承載能力比單環(huán)式低50%。結(jié)構(gòu)特點：在軸的端面、軸肩或安裝圓盤做成止推面。在止推環(huán)形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其數(shù)量一般為6~12。---傾角固定，頂部預留平臺，類型固定式可傾式用來承受停車后的載荷。---傾角隨載荷、轉(zhuǎn)速自行調(diào)整，性能好。FF巴氏合金繞此邊線自行傾斜F止推滑動軸承–多油楔軸承Thrustbearing概述滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的失效形式及常用材料軸瓦結(jié)構(gòu)及潤滑4123滑動軸承的設計計算5主要內(nèi)容磨粒磨損----進入軸承間隙的硬顆粒有的隨軸一起轉(zhuǎn)動，對軸承表面起研磨作用。刮傷----進入軸承間隙的硬顆粒或軸徑表面粗糙的微觀輪廓尖峰，在軸承表面劃出線狀傷痕。膠合----當瞬時溫升過高，載荷過大，油膜破裂時或供油不足時，軸承表面材料發(fā)生粘附和遷移，造成軸承損傷。疲勞剝落----在載荷得反復作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動方向垂直的疲勞裂紋，擴展后造成軸承材料剝落。腐蝕----潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對軸承材料有腐蝕，材料腐蝕易形成點狀剝落。一、滑動軸承的失效形式軸瓦磨損表面劃傷疲勞點蝕軸瓦膠合軸瓦嚴重點蝕一、滑動軸承的失效形式微動磨損----發(fā)生在名義上相對靜止，實際上存在循環(huán)的微幅相對運動的兩個緊密接觸的表面上?；瑒虞S承的其它失效形式:氣蝕---氣流沖蝕零件表面引起的機械磨損；

流體侵蝕---流體沖蝕零件表面引起的機械磨損；

電侵蝕---電化學或電離作用引起的機械磨損；

一、滑動軸承的失效形式汽車用滑動軸承故障原因的平均比率其它氣蝕制造精度低腐蝕故障原因6.08.115.911.138.3比率／％6.72.85.55.6比率／％超載對中不良安裝誤差潤滑油不足不干凈故障原因良好的減摩性、耐磨性和咬粘性。足夠的強度和抗腐蝕的能力。良好的摩擦順應性、嵌入性和磨合性。良好的導熱性、工藝性、經(jīng)濟性等。二、滑動軸承的材料1、對材料性能要求工程上常用澆鑄或壓合的方法將兩種不同的金屬組合在一起，性能上取長補短。還應有足夠的強度和抗腐蝕能力、良好的導熱性、工藝性和經(jīng)濟性。1)減摩性----材料副具有較低的摩擦系數(shù)。2)耐磨性----材料的抗磨性能，通常以磨損率表示。3)抗膠合----材料的耐熱性與抗粘附性。4)摩擦順應性----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。5)嵌入性----材料容納硬質(zhì)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。6)磨合性----軸瓦與軸頸表面經(jīng)短期輕載運行后，形成相互吻合的表面形狀和粗糙度的能力。二、滑動軸承的材料材料性能定義常用軸承材料滑動軸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)金屬材料工程塑料碳—石墨橡膠木材軸承襯二、滑動軸承的材料1、軸承合金（巴氏合金、白合金）錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Ti)、銅(Cu)等金屬的合金，錫或鉛為基體。優(yōu)點：

硬晶粒耐磨；軟基體增加塑性。嵌入性和摩擦順應性好。缺點：價格貴、機械強度較差；只能作為軸承襯材料澆注在鋼、鑄鐵、或青銅軸瓦上。由于巴式合金熔點低,工作溫度：t<120℃。1、軸承合金（巴氏合金、白合金）2、銅合金優(yōu)點：青銅強度高、承載能力大、耐磨性和導熱性都優(yōu)于軸承合金。工作溫度高達250℃。缺點：可塑性差、不易跑合、與之相配的軸徑必須淬硬。

青銅可以單獨制成軸瓦，也可以作為軸承襯澆注在鋼或鑄鐵軸瓦上。鋁青銅鉛青銅錫青銅→中速重載→中速中載→低速重載將不同的金屬粉末經(jīng)壓制燒結(jié)而成的多孔結(jié)構(gòu)材料，稱為粉末冶金材料，其孔隙約占體積的10～35%，可貯存潤滑油，故又稱為含油軸承。運轉(zhuǎn)時，軸瓦溫度升高，因油的膨脹系數(shù)比金屬大，從而自動進入摩擦表面潤滑軸承。停車時，因毛細管作用潤滑油又被吸回孔隙中。含油軸承加一次油便可工作較長時間，若能定期加油，則效果更好。用于載荷平穩(wěn)、低速和加油不方便的場合。3.多孔質(zhì)金屬材料（粉末冶金材料）4、非金屬材料塑料一般用于溫度不高，載荷不大的場合。尼龍軸承適用于速度不高或散熱條件好的地方橡膠軸承彈性大，能減輕振動，使運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，可以用水潤滑，常用于離心水泵，水輪機等場合。5、灰鑄鐵及耐磨鑄鐵適用于輕載低速和不受沖擊載荷的場合。表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能續(xù)表12-1常用軸瓦及軸承襯材料的性能概述滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的失效形式及常用材料軸瓦結(jié)構(gòu)及潤滑4123滑動軸承的設計計算5主要內(nèi)容軸瓦和軸承襯對軸瓦的要求：具有一定的強度和剛度；在軸承中定位可靠；容易裝拆，調(diào)整方便。軸承襯：

澆鑄或軋制在軸瓦內(nèi)表面上的薄層軸承合金。改善軸承的耐磨性、減磨性等性能。一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類整體式對開式按加工分類按尺寸分類按材料分類需從軸端安裝和拆卸，可修復性差。可以直接從軸的中部安裝和拆卸，可修復。軸瓦的類型整體軸套對開式軸瓦按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型厚壁薄壁薄壁軸瓦厚壁軸瓦整體式對開式節(jié)省材料，但剛度不足，故對軸承座孔的加工精度要求高。具有足夠的強度和剛度，可降低對軸承座孔的加工精度要求。一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型單材料多材料單一材料兩種材料強度足夠的材料可以直接作成軸瓦，如黃銅，灰鑄鐵。軸瓦襯強度不足，故采用多材料制作軸瓦。厚壁薄壁整體式對開式一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)按構(gòu)造分類按加工分類按尺寸分類按材料分類軸瓦的類型鑄造軸瓦卷制軸套鑄造軋制鑄造工藝性好，單件、大批生產(chǎn)均可，適用于厚壁軸瓦。只適用于薄壁軸瓦，具有很高的生產(chǎn)率。單材料多材料厚壁薄壁整體式對開式一、軸瓦的形式和結(jié)構(gòu)----將軸瓦一端或兩端做凸緣。凸緣定位二、軸瓦的定位方法軸向定位凸耳(定位唇)定位凸耳凸緣目的：防止軸瓦與軸承座之間產(chǎn)生軸向和周向的相對移動。緊定螺釘周向定位銷釘二、軸瓦的定位方法三、軸瓦的油孔和油槽作用：把潤滑油導入軸頸和軸承所構(gòu)成的運動副表面。進油孔油槽F油槽油孔盡量開在非承載區(qū)，不要降低或少降低承載區(qū)油膜的承載能力。軸向油槽單軸向油槽軸頸單向旋轉(zhuǎn)雙軸向油槽軸頸雙向旋轉(zhuǎn)F單軸向油槽在最大油膜厚度處φa雙軸向油槽開在軸承剖分面上保證潤滑油從壓力最小的地方進入軸承。軸向油槽不能開通至軸承端部，應留有適當?shù)挠头饷?。三、軸瓦的油孔和油槽周向油槽對軸承承載能力的影響有油槽無油槽油槽周向油槽適用于載荷變動范圍超過180°時，開設在軸承寬度中部。三、軸瓦的油孔和油槽不完全液體潤滑徑向軸承油槽的形狀：三、軸瓦的油孔和油槽油槽可以由非承載區(qū)延伸到承載區(qū)。寬徑比B/d----軸瓦寬度與軸徑直徑之比。液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.5~1非液體潤滑摩擦的滑動軸承:B/d=0.8~1.5

大型液體滑動軸承常設計成兩邊供油的形式，既有利于形成動壓油膜，又起冷卻作用。Bd三、軸瓦的油孔和油槽潤滑方式：油潤滑脂潤滑固體潤滑劑潤滑四、潤滑方式GreaseGun旋蓋式油脂杯動壓潤滑靜壓潤滑概述滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式滑動軸承的失效形式及常用材料軸瓦結(jié)構(gòu)及潤滑4123滑動軸承的設計計算5主要內(nèi)容一、失效形式與設計準則工作狀態(tài)：因采用潤滑脂、油繩或滴油潤滑，由于軸承的不到足夠的潤滑劑，故無法形成完全的承載油膜，工作狀態(tài)為邊界潤滑或混合摩擦潤滑。失效形式：邊界油膜破裂。設計準則：保證邊界膜不破裂。校核內(nèi)容：２．驗算摩擦發(fā)熱pv≤[pv]，限制軸承的溫升；３．驗算滑動速度v≤[v]，防止由于速度過高加速磨損。1.驗算平均壓力p≤[p]，以保證強度要求；二、徑向滑動軸承的設計計算已知條件：外加徑向載荷F(N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)及軸頸直徑d(mm)１.驗算軸承的平均壓力pFdn

B----軸瓦寬度，[p]----許用壓力。２.驗算pv值，限制摩擦熱v—軸頸圓周速度，m/s；[pv]—軸承材料的pv許用值。n—軸速度，m/s；3.滑動速度過高時，還應驗算v二、徑向滑動軸承的設計計算三、止推滑動軸承的計算已知條件：外加軸向載荷Fa

(N)、軸頸轉(zhuǎn)速n(r/mm)1.驗算平均壓力Fad1d2Fad1d2z--軸環(huán)數(shù)考慮承載的不均勻性，對于多環(huán)止推軸承，[p]、[pv]應降低50%。3)驗算pv值v-軸承環(huán)形支承面平均直徑處的圓周速度v(m/s)Fd1d2Fd1d2形成動壓油膜的必要條件：1.兩運動表面之間必須有楔形間隙；2.兩運動表面之間必須連續(xù)充滿潤滑油或其它液體；3.兩運動表面必須有相對滑動速度。其運動方向必須保證潤滑油從大截面流進，從小截面出來。流體動壓潤滑形成的條件靜止狀態(tài)h=0啟動狀態(tài)h≈0形成油膜動壓潤滑的形成過程三、徑向動壓潤滑軸承的幾何關系設軸孔和軸的半徑為：R,r直徑為：

D，d，偏心距:e

偏位角：φa直徑間隙：Δ＝D－d半徑間隙：δ＝R－r＝Δ/2相對間隙：ψ＝

δ/r＝Δ/d

最小油膜厚度：

hmin=δ－e＝

rψ(1-χ)定義:χ＝e/δ為偏心率其他形式滑動軸承簡介自潤滑軸承多油楔軸承固定瓦多油楔軸承可傾瓦多油楔軸承液體靜壓軸承氣體潤滑軸承磁懸浮軸承通用型鋼基自潤滑軸承

以優(yōu)質(zhì)低碳鋼板為基體，中