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2020年4月9日 程竟升 轴瓦基础知识 1 一 轴瓦的形式和结构 按构造分类 整体式 对开式 按加工分类 按尺寸分类 按材料分类 需从轴端安装和拆卸 可修复性差 可以直接从轴的中部安装和拆卸 可修复 轴瓦的类型 整体轴套 对开式轴瓦 2 按构造分类 按加工分类 按尺寸分类 按材料分类 轴瓦的类型 厚壁 薄壁 薄壁轴瓦 厚壁轴瓦 整体式 对开式 节省材料 但刚度不足 故对轴承座孔的加工精度要求高 具有足够的强度和刚度 可降低对轴承座孔的加工精度要求 3 按构造分类 按加工分类 按尺寸分类 按材料分类 轴瓦的类型 单材料 多材料 单一材料 两种材料 强度足够的材料可以直接作成轴瓦 如黄铜 灰铸铁 轴瓦衬强度不足 故采用多材料制作轴瓦 厚壁 薄壁 整体式 对开式 4 按构造分类 按加工分类 按尺寸分类 按材料分类 轴瓦的类型 铸造轴瓦 卷制轴套 铸造 轧制 铸造工艺性好 单件 大批生产均可 适用于厚壁轴瓦 只适用于薄壁轴瓦 具有很高的生产率 单材料 多材料 厚壁 薄壁 整体式 对开式 5 滑动表面间摩擦状态分类 液体润滑承载机理分类 按其承受载荷方向分类 轴瓦的类型 径向滑动轴承 用于承受径向载荷 推力滑动轴承 用于承受轴向载荷 液体静压润滑轴承 液体动力润滑轴承 液体摩擦轴承 干摩擦轴承 6 二 滑动轴承的典型结构 1 整体式图10 1所示为整体式径向滑动轴承 它是由轴承座1 整体轴瓦2和紧定螺定3等组成 轴承座用螺栓与机座联接 顶部开有进油或安装油杯的螺孔螺纹孔 用轴承材料制成的套筒式轴瓦 或简称轴套 压装在轴承座中 也有一些机器不用专用的轴承座 而把轴瓦 或轴套 直接压压装在在机座或机体孔中 如机床 减速器等 这种轴承结构简单 容易制造 成本低 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 它仅适用于低速轻载或间歇性工作的机器中 7 2 剖分式剖分式径向滑动轴承的典型结构如图10 2和图10 3所示 都由轴承盖座1 轴承座盖2 剖分轴瓦3和螺栓4等组成 图10 2为正剖分式结构 主要用于载荷方向垂直于轴承安装基准面的场合 图10 3为斜剖分式结构 用于载荷与轴承安装面成一定角度 通常倾斜45 的场合 轴承盖上的有螺纹孔用于安装油杯供给润滑油 轴承座与盖的剖分面常作成阶梯形 以便加工和安装时定位并防止工作时错动 在轴瓦剖分面间 一般装上一些薄垫片 当轴瓦磨损后 可通过抽去垫片来调整轴承的径向间隙 这种结构 由于轴承盖可打开 因此装拆维修都较方便 但结构较复杂 价格较贵 8 3 自动调心式当轴承宽度B较大时 轴的弯曲变形或轴承孔倾斜安装误差较大时 它都将会造成轴颈与轴瓦两端的局部接触 从而引起剧烈的磨损和发热 轴承宽度B越大 上述现象越严重 因此 宽径比B d 1 5时 宜采用自动调心式轴承 这种轴承的结构如图10 4所示 其特点是轴瓦1的外支承面作成凸球面 与轴承盖2和轴承座3上的凹球面相配合 球面中心通过轴颈的轴线 因此 轴瓦可承受随轴的弯曲或倾斜而自动调心位 从而以保证轴颈与轴瓦的均匀接触 9 4 推力滑动轴承推力滑动轴承仅能承受轴向载荷 由轴承座和止推轴颈等组成 与径向轴承联合使用才可同时承受轴向与径向载荷 其常用结构如图10 6所示 图a为实心端面推力轴承 这种轴承接触面上的压强分布不均匀 靠近边缘部分磨损较快 很少使用 图b为空心端面推力轴承 接触面积减小 润滑条件有所改善 从而避免了空心式的一些缺点 图c为单环式推力轴承 利用轴颈的环形端面承载 结构简单 常用于低速轻载的场合 图d为多环式推力轴承 采用多个环承担轴向载荷 提高了承载能力 另外还可承受双方向的轴向载荷 实心型在接触面上的压力分布不均匀 中心处压强高 支承面磨损较快 很少使用 空心型支承接触面上的压力分布较均匀 润滑条件有所改善 单环型是利用轴瓦的端面止推 结构简单 润滑方便 广泛常用于低速轻载场合 多环型结构特点同单环型 可用于重载场合 10 11 三 轴瓦材料 常用的轴瓦材料分为金属材料 粉末冶金材料和非金属材料 1 铸铁灰铸铁和耐磨铸铁均可作轴承材料 灰铸铁中的游离石墨虽能起润滑作用 但铸铁硬度高且脆 跑合性差 耐磨铸铁中石墨细小而分布均匀 耐磨性较好 这类材料应用较少 仅适用于轻载 低速和不受冲击的场合 12 2 轴承合金 又称巴氏合金或白合金 它主要由锡 铅 锑 铜等组成 分为锡基轴承合金 例如ZSnSb10Cu6合金中 含锑10 含铜6 锡83 和铅基轴承合金 例如ZPbSb16Sn16Cu2合金中 含锑16 锡16 铜1 75 其余为铅 两类 锡基轴承合金的摩擦系数小 抗胶合能力好 对油的吸附性强 耐腐蚀性好 易跑合 它适用于高速 重载的场合 铅基轴承合金的性能较前者脆 不宜承受冲击载荷 适用于中速 中载的场合 这两类轴承合金的机械强度和熔点都较低 仅宜用于小于150 的工况 且价格贵 一般只用作轴承衬的材料 轴承合金的弹性模量和弹性极限都很低 在所有轴承材料中 它的嵌入性及摩擦顺应性最好 很容易与轴颈磨合 13 3 铜合金有锡青铜 铝青铜和铅青铜三种 青铜的疲劳强度优于轴承合金 耐磨性与减磨性较好 能在较高温度下工作 但可塑性差 不易跑合 宜用于中速重载 中速中载及低速重载 4 铝合金有低锡和高锡两类 铝合金强度高 耐磨性 耐腐蚀性和导热性好 但要求轴颈有较高的硬度和较小的表面粗糙度 轴承的间隙也要稍大些 此类合金价格较便宜 适用于中速中载 低速重载的场合 例如用20高锡铝基合金 含锡20 铜1 其余为铝 与钢制成的双金属轴瓦 成本低 耐磨性好 且有较高的承载能力 已获得广泛应用 14 5 粉末冶金常用的有铁 石墨和青铜 石墨两种 它们是利用铁或铜和石墨粉末混合 经压型 烧结 浸油而制成的多孔隙整体轴套 又称含油轴承 其特点是组织疏松孔隙大 其孔隙约占总容积的15 35 孔隙能吸收润滑油 工作时 贮存在孔隙中的油由于轴颈转动的抽吸和热膨胀作用 油的热胀系数比金属大 油可自动进入工作表面起润滑作用 停车时 油又被吸回孔隙中 因此 这种轴承长期不加油仍能很好地工作 这种材料价廉 易于制造 耐磨性好 但韧性差 宜用于轻载 低速及加油不便的场合 如排气扇 纺织机械 洗衣机及一些复杂仪器设备需经常加油但有困难的轴承 6 非金属材料非金属材料主要特点是摩擦系数小 耐腐蚀 但导热性能差 易变形 常用的有塑料 橡胶和木材等 塑料分为酚醛塑料 聚酰胺 尼龙 和聚四氟乙烯等 一般用于温度不高 载荷不大的场合 橡胶的弹性较大 能适应轴的小量偏斜及在有振动的条件下工作 多用于离心水泵 水轮机和水下机具上 15 凸缘定位 将轴瓦一端或两端做凸缘 凸耳 定位唇 定位 四 轴瓦的定位方法 轴向定位 凸耳 凸缘 目的 防止轴瓦与轴承座之间产生轴向和周向的相对移动 16 紧定螺钉 周向定位 销钉 17 五 轴瓦的油孔和油槽 作用 把润滑油导入轴颈和轴承所构成的运动副表面 进油孔 油槽 18 开孔原则 形式 按油槽走向分 沿轴向 绕周向 斜向 螺旋线等 1 尽量开在非承载区 尽量不要降低或少降低承载区油膜的承载能力 2 轴向油槽不能开通至轴承端部 应留有适当的油封面 19 宽径比B d 轴瓦宽度与轴径直径之比 重要参数液体润滑摩擦的滑动轴承 B d 0 5 1非液体润滑摩擦的滑动轴承 B d 0 8 1 5 轴承中分面常布置成与载荷垂直或接近垂直 载荷倾斜时结构如图 大型液体滑动轴承常设计成两边供油的形式 既有利于形成动压油膜 又起冷却作用 20 六 轴瓦的安装与刮研 1 轴瓦与瓦座和瓦盖的接触要求 1 受力轴瓦 受力轴瓦的瓦背与瓦座的接触面积应大于70 而且分布均匀 其接触范围角 应大于150 其余允许有间隙部分的间隙 不大于0 05mm 如图1所示 2 不受力轴瓦与瓦盖的接触面积应大于60 而且分布均匀 其接触范围角 应大于120 允许有间隙部位的间隙量 应不大于0 05mm 如图1所示 图一轴瓦与瓦座 瓦盖的接触要求 21 3 如达不到上述要求 应以瓦座与瓦盖为基准 用着色法 涂以红丹粉检查接触情况 用细锉锉削瓦背进行修研 直到达到要求为止 接触斑点达到每25mm23 4点即可 4 轴瓦与瓦座 瓦盖装配时 固定滑动轴承的固定销 或螺钉 端头应埋入轴承体内2 3mm 两半瓦合缝处垫片应与瓦口面的形状相同 其宽度应小于轴承内侧1mm 垫片应平整无棱刺 瓦口两端垫片厚度应一致 瓦座 瓦盖的连接螺栓应紧固而受力均匀 所有件应清洗干净 2 轴瓦刮削面使用性能要求的几大要素 1 接触范围角 与接触面 接触斑点要求 轴瓦的接触范围角 与接触面要求见表一 22 在特殊情况下 接触范围角 也有要求为60 的 对于接触范围角 的大小和接触斑点要求 通常由图样明确地给出 如无标注 也无技术文件要求的 可通用技术标准规定执行 参照表一 轴瓦的接触斑点要求 可参照表二中数值要求 对轴瓦进行刮削和检验 表二轴瓦的接触范围角 与接触面要求 23 2 油线与瓦口油槽带a 半开式滑动轴承 都是采用强力润滑 油槽一般都开在不受力的上瓦上 上瓦受力较小 截面为半圆弧形 沿上瓦内周180 分布 由机械加工而成 油槽中间位置与上瓦中心位置的油孔相通 两端连接瓦口油槽带 由于上瓦有间隙量存在 润滑油很容易进入上瓦面与轴上 其主要作用是能将润滑油畅通地注入轴瓦内侧 径向 的瓦口油槽带 表2滑动轴承的研点数 24 b 油槽带分布在上 下轴瓦结合部位处 两侧 如图二所示 油槽带成圆弧楔形 瓦口结合面处向外侧深度一般在1 3mm 视轴瓦的大小 油槽带宽度h一般为8 40mm 油槽带单边距轴瓦端面的尺寸b一般为8 25mm 上述要求通常在图样上明确标出 油槽带的长度为轴瓦轴向长度的85 左右 是一个能存较大量的润滑油的带状油槽 便于轴瓦与轴的润滑与冷却 油槽带通常由机械加工而成 也有钳工手工加工的 图二轴瓦的油槽带与润滑油楔分布 25 3 润滑油楔 润滑油楔位于接触范围角 值之内油槽带与轴瓦的连接处 由手工刮削而成 俗称刮瓦口 其主要作用有两个 一是存油冷却轴瓦与轴 二是利用其圆弧楔角 在轴旋转的带动下 将润滑油 由轴向宽度的面 连接不断地吸向承载部分 使轴瓦与轴有充分良好的润滑 润滑油楔部分是由两段不规则的圆弧组成的一个圆弧楔角 它将油槽带和轴瓦工作接触面光滑地连接起来 其形状如图三所示 与油槽带连接部分要刮得多一些 并将油槽带连接处加工棱角刮掉 在润滑楔角中部至接触面过渡处 刮成圆弧楔角形 图中 的尺寸为油槽带与润滑楔角连接处尺寸 视轴瓦的大小 一般在0 10 0 40mm之间 刮削润滑楔角 要在轴瓦精刮基本结束时进行 不易提前刮削 图三润滑楔角示意图 26 4 轴瓦的顶间隙与侧间隙a 轴瓦的顶间隙 在图样无规定时 根据经验可取轴直径的1 2 应按转速 载荷和润滑油粘度在这个范围内选择 对高质量 高精度加工的轴颈 其值可降到5 10000 b 侧间隙在图样上无规定时 每面为顶间隙的1 2 侧间隙需根据需要刮削出来 但在刮削轴瓦时不可留侧间隙 因刮轴瓦时 需确定轴在180 范围内的正确位置 此时需有侧间隙的部位应暂时作为轴的定位用 要在轴瓦基本刮削完毕时 将侧间隙轻轻刮出 侧隙部位由瓦口的结合面处延伸到规定的工作接触角度区 轴向与油槽带 润滑楔角相接 此部位是不应与轴有接触的 刮削时应注意这点 留侧隙的目的 是为了散失热量 润滑油由此流出一部分并将热量带走 侧隙不可开得过大 这样会使润滑油大量地从侧隙流走而减少轴与轴瓦所需用的润滑油量 这点应特别注意 侧隙如图四所示 最宽处b为瓦口计划面处 尺寸为规定侧间隙的最大值 侧隙与瓦口平面处的尖角应倒角 视轴瓦大小 一般为1 45 3 45 侧隙基本上是由两段不规则的圆弧组成的 27 3 分式轴瓦的刮削过程 1 粗刮轴瓦 如图5a所示 图四侧间隙示意图 28 A 上 下瓦的机械加工刀痕轻刮一遍 要求瓦面应全部刮到 刮削均匀 将加工痕迹刮掉 图五剖分式滑动轴承 轴瓦 的刮削 a b c 29 B 轴上涂色 与上瓦 下瓦研点粗刮几遍 然后将上 下瓦分别镶入瓦座与瓦盖上 瓦上涂色 用轴研点粗刮 待接触面积与研点分布均匀后 可转入细刮 粗刮时应注意 不可将瓦口部分刮亏了 要求180 范围全面接触 2 细刮轴瓦 如图5b所示 细刮轴瓦时 上 下瓦应加垫 瓦口结合面 装配后刮削两端轴瓦 在瓦上涂色 用轴研点 开始压紧装配时 压紧力应均匀 轴不要压得过紧 能转动即可 随刮随撤垫 随压紧 此时也应注意不要将瓦口刮亏了 经多次削刮后 瓦接触面斑点分布均匀 较密即可 3 精刮轴瓦 如图5c所示