机械设计第17章

第17章滑动轴承概述滑动轴承的结构形式轴瓦的材料和结构非液体摩擦滑动轴承的设计液体动压滑动轴承的设计1概述滑动轴承工作平稳、可靠，噪声较滚动轴承低。如果能够保证液体摩擦润滑，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，可以减小摩擦损失和表面磨损，且油膜具有一定的吸振能力。滑动轴承设计包括下列一些内容：决定轴承的结构型选择轴瓦和轴承衬的材料决定轴承结构参数选择润滑剂和润滑方法计算轴承工作能力。2由于滑动轴承的摩擦损耗一般都比较大，维护也比较复杂，所以在很多场合采用滚动轴承。由于滑动轴承本身的一些独特的忧点，它在某些特殊场合仍占有重要地位。主要应用在以下几种情况：工作转速特高时使用。因为在这种转速下，滚动轴承的寿命将大为降低。3因为滑动轴承比滚动轴承中影响精度的零件数少，故可制造得更为精确。对轴的支承位置要求特别精确时使用。若采用滚动轴承，由于必须单件生产，因而造价很高。特重型的轴承。4承受巨大的冲击和振动载荷的轴承。由于滑动轴承的轴瓦和轴颈间的支承面一般较大，而且有油层的缓冲和阻尼作用，因而具有比滚动轴承更优越的工作性能。根据装配要求必须做成剖分式的轴承（如曲轴的轴承）。滚动轴承无法满足这种要求。当轴的排列较紧密时，由于空间尺寸的限制，必须采用径向尺寸较小的轴承。滑动轴承在航空发动机附件、仪表，金属切削机床、内燃机、铁路机车及车辆、轧钢机，雷达、卫星通讯地面站及天文望远镜等方面应用很广泛。5滑动轴承的分类流体动压滑动轴承（动压轴承）液体摩擦滑动轴承非液体摩擦滑动轴承非液体摩擦是指边界摩擦和混合摩擦的总称流体静压滑动轴承（静压轴承）6摩擦状态完全液体摩擦边界摩擦干摩擦滑动轴承工作的理想状态7向心滑动轴承的结构形式—剖分式轴承盖、轴承座、剖分轴瓦、螺栓轴承剖分面最好与载荷方向近于垂直。正剖分斜剖分8轴瓦是轴承直接和轴颈相接触的零件。在液体摩擦状态下工作时，轴颈与轴瓦间有油膜隔开；在启动、停车、换向或转速变化时，轴颈与轴瓦不可避免地直接接触。为了节省贵金属或其他需要，常在轴瓦内表面上贴附一层轴承衬。在轴瓦内壁不负担载荷的表面上开设油沟。9向心滑动轴承的结构形式—整体式整体式轴承：10最常用的轴承座材料为铸铁，轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有装油杯的螺纹孔。轴承孔内压入用减磨材料制成的轴套。轴套上开有油孔，并在内表面上开油沟以输送润滑油。优点：结构简单、刚度较大缺点：当滑动表面磨损而间隙过大时，无法调整轴承间隙。轴径只能从端部装入，对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。11向心滑动轴承的结构形式—自动调心式轴瓦外表面做成球面形状，与轴承座的球状内表面配合，球面中心通过轴颈的轴线，轴瓦可以自动调位以适应轴颈在轴弯曲时产生的倾斜。12向心滑动轴承的结构形式—间隙可调式外锥面轴套（圆轴颈）内锥面轴套（圆锥轴颈）13推力滑动轴承的结构形式推力轴承用来承受轴向载荷，当与向心轴承联合使用时，可以承受复合载荷。推力轴承由轴承座和推力轴颈组咸。轴颈结构形式有：实心式空心式单环式多环式推力轴承的工作表面可以是轴的端面或轴上的环形平面。14推力滑动轴承的结构形式实心式空心式单环式多环式多油楔式15轴瓦的材料轴瓦的主要失效形式是磨损和胶合。选择轴瓦材料应考虑的内容：强度、韧性、顺应性和嵌藏性；磨合性、减磨性、耐磨性和抗胶合性；耐腐蚀性润滑性能和热学性质（传热性及热膨胀性）；工艺性；经济性。16强度包括冲击强度、抗压强度和疲劳强度。顺应性是轴承能适应轴的弯曲和其它几何形状误差的能力嵌藏性

在摩擦表面间混人异物，如尘土或金属碎屑等，应能嵌人轴瓦材料中而不外露，以使轴颈及轴瓦表面不受磨损。磨合性是指材料消除表面不平度，使轴瓦表面和轴颈表面相互吻合的性质。减摩性是指材料具有较低的摩擦阻力的性质。耐磨性是指材料抵抗磨粒磨损和胶合磨损的性质。17常用的轴瓦材料金属材料轴承合金、铜合金、铝合金、减磨铸铁非金属材料塑料、橡胶、硬木、石墨粉末冶金材料18轴承合金又称为巴氏合金或白合金；轴承合金分两大类以锡为基本成分，加入适量的锑和铜制成，称为锡基轴承合金。以铅为基本成分，加入适量的锡和锑制成，称为铅基轴承合金。硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。硬晶粒受重载时可以嵌藏到软基里。在所有轴承材料中．轴承合金的嵌藏性和顺应性最好，很容易和轴颈磨合，它与轴颈的抗胶合能力也较好。缺点：机械强度较低，只用作轴承衬材料。锡基合金的热膨胀性质比铅基合金好，更适合用于高速轴承，但价格较贵。19铜合金铸造铅青铜常用浇注或烧给的办法附于低碳钢轴瓦的内表面上，以制成双金属轴瓦。也可以在其表面再覆盖一薄层轴承合金，制成三金属轴瓦。ZCuPb30铸造锡锌铅青铜常作为整体式轴瓦及轴套材料。ZQSn6-6-3铸造锡磷青铜铜合金中性能最好的轴瓦材料，用来制作整体轴瓦或轴套。ZCuSn10P1铸造铝青铜是铜合金中强度最高的轴瓦材料。硬度也较高，嵌藏性及顺应性较差。故与其相配的轴颈应有较高的硬度及较低的表面粗糙度。ZCuAl10Fe3铸造黄铜用于滑动速度不高的轴承。20铝合金是金属轴瓦材料中应用较晚的一个品种。它的强度高、耐腐蚀，导热性良好。要求轴颈表面有高硬度和低的表面粗糙度。

铸铁普通灰铸铁或加有镍，铬、钛等合金成分的耐磨灰铸铁，或者球墨铸铁，都可以用作轻载低速轴承的轴瓦材料。材料中的片状或球状石墨成分在材料表面上覆盖后，可以形成一层起润滑作用的石墨层。耐磨铸铁表面经磷化处理后，即可形成一多孔性薄层，有助于提高其耐磨性。21粉末冶金材料用不同的金属粉末经压制、烧结而成的多孔结构的轴瓦材料。孔隙约占体积的10%～35%。使用前先把轴瓦在热油中浸渍数小时，使孔隙中充满润滑油，因而通常把这种材料制成的轴承叫含油轴承。它具有自润滑性。工作时，由于轴颈转动的抽吸作用及轴承发热时油的膨胀作用，油便进人摩擦表面间起润滑作用；不工作时，因毛细管作用，油便被吸回到轴承内部，故在相当长时间内．即使不加润滑油仍能很好地工作。22由于其韧性较小，故宜用于平稳无冲击载荷及中低速度或加油不方便的情况下。常用的有青铜—石墨、多孔铁质和铁—石墨三种。这些材料可用大量生产的加工方法制成尺寸比较准确的整体轴套。我国有专门制造含油轴承的工厂，需用时可根据设计手册选用。23非金属材料塑料摩擦系数小，可承受冲击载荷，用于温度不高、载荷不大的场合。石墨石墨本身是一种良好的固体润滑剂。用石墨制出的轴瓦及轴套，摩擦系数小，杭粘着性好。性质很脆，受冲击载荷时易碎。橡胶用于以水作润滑剂之处。轴承内壁上带有纵向沟槽，以利润滑剂的流通。酚醛胶布用布、石棉布或其它人造纤维布用酚醛树脂粘合起来的层状结构的材料。抗粘着性好，强度高，对于水、酸和碱，有良好的耐腐蚀性。尼龙自润滑性、耐腐蚀性、耐磨性、减振性较好。24轴瓦结构轴瓦的结构形式轴瓦的固定方法油沟和油槽25轴瓦结构整体式（轴套）剖分式为了改善轴瓦表面的摩擦性质，常在其内表面上浇注一层或两层减摩材料，称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属轴瓦和三金属轴瓦。这样还可以节约贵重金属。非金属轴瓦，既可以是整体非金属的，也可以是在钢套上镶衬非金属材料的结构。26整体式轴瓦剖分式轴瓦27双金属轴瓦28轴承的固定方法轴瓦和轴承座不允许有相对移动。为了防止轴瓦沿轴向和周向移动，可将其两端做出凸缘来作轴向定位和用紧定螺钉或销钉将其固定在轴承座上。29油孔和油沟为了把润滑油导入整个摩擦面间，轴瓦或轴颈上须开设油孔和油沟。油孔用于供油，油沟用于输送和分布润滑油。油孔和油沟的位置和形状对轴承的承载能力和寿命影响很大。油孔设置在油膜压力最小的地方。油槽应开在轴承不受力或压力较小的区域，以利供油，同时免于降低轴承的承载能力。30不正确的油沟31油沟形状（非承载铸瓦）32纵向油沟纵向油沟:当径向载荷相对轴承不转动时，应开在轴承上，当径向载荷相对轴承转动时，应开在轴上。纵向油沟的长度，一般应稍短于轴瓦的长度，以免油过多地从油沟两端流失。33环形油沟环形油沟当轴承的轴线水平时，最好开设半环，不要延伸到承载区。如