第16章+滑动轴承a1

第16章滑动轴承1第16章滑动轴承16.1摩擦状态16.2滑动轴承的特点及结构型式16.3轴瓦及轴承衬材料16.4轴承润滑材料及方法16.5滑动轴承的条件性计算16.6液体动力润滑的基本原理16.8其他轴承简介作业：(16.1～16.3)、16.52概述1、支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度2、减少转轴与支承之间的摩擦与磨损对于高速、重载、高精度、结构上需要剖分的场合，需采用滑动轴承，如汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机等。在低速受冲击载荷作用的机器中，也采用滑动轴承，如水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等。轴承的功用：分为滑动轴承和滚动轴承两大类。轴承分类：滚动轴承是标准件，它具有一系列优点，在一般机器中得到广泛应用。3一、摩擦磨损的基本知识：16.1摩擦状态有相对运动的零件，工作时都会有摩擦和磨损。摩擦是机械运动中的物理现象。在一般机械中因各种形式的表面损坏而失效的零件占全部零部件报废零部件的80%。采用润滑是减少摩擦磨损的有效手段。二、摩擦状态按表面润滑情况，摩擦可分为：

干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。4

两摩擦表面间无润滑剂，两固体表面直接接触的摩擦。这种摩擦功率损失大，磨损严重。使得轴承工作时温升强烈，严重时导致轴瓦烧毁。干摩擦的摩擦阻力最大，f>0.3，磨损最严重，零件的使用寿命最短1、干摩擦因此在滑动轴承中不允许出现干摩擦。5

摩擦表面间有润滑油存在，由于润滑油与金属表面的吸附作用，在金属表面上形成了一层极薄的边界油膜。因为油膜厚度小于1m，不足以将两金属表面分隔开，运动时两零件尖峰部分仍直接接触。这种摩擦称为边界摩擦。多数滑动轴承都是这种摩擦状态。2、边界摩擦金属表面覆盖一层油膜后，虽然不能绝对消除表面磨损，但可以起着减轻磨损的作用。这种摩擦的摩擦系数，f0.1～0.36

当两摩擦表面间有充足的润滑油，并满足一定的条件时，两摩擦表面完全被润滑油分隔开，形成厚度达几十微米的压力油膜。这时只有液体之间的摩擦，这种摩擦称为液体摩擦。重要轴承采用这种摩擦。3、液体摩擦

由于两摩擦表面被油隔开而不直接接触，摩擦系数极小（f0.001～0.01）

。可以显著的减少摩擦和磨损。7混合摩擦介于干摩擦、边界摩擦与液体摩擦之间，在一般机器中最常见。4.混合摩擦（也称为非液体摩擦）摩擦状态按表面润滑情况，摩擦可分为：

干摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。8纵坐标：摩擦系数；横坐标：轴承特性数n：轴的转速；η：润滑剂动力粘度；p：轴承压强实验得到摩擦特性曲线：

916.2滑动轴承的特点及结构型式滑动轴承按承受载荷方向：向心滑动轴承—径向滑动轴承，主要承受径向载荷Fr。推力滑动轴承—主要承受轴向载荷Fa。101、径向滑动轴承

适用范围：多用在低速、轻载或间歇性工作的机器中。

优点：结构简单，成本低廉。

缺点：轴套磨损后，轴承间隙过大时无法调整；另外，只能从轴颈端部装拆，对于重量大的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便，甚至在结构上无法实现。

1）整体式滑动轴承1112整体式轴瓦13142）剖分式滑动轴承优点：这种轴承装拆方便，且轴瓦磨损后可以用减少剖分面处的垫片厚度来调整轴承间隙，同时，调整后应修刮轴承内孔。

轴承盖和轴承座的剖分面常做成阶梯形，以便对中和防止横向错动。15剖分式滑动轴承16轴承中起支承轴颈作用的零件是轴瓦，因此轴瓦是滑动轴承中的重要零件。向心滑动轴承的轴瓦内孔是圆柱形。润滑油由非承载区引入轴颈；为了便于润滑油均匀分布在轴颈上，进油口开有油沟17

剖分式轴瓦1819载荷是垂直向下或略有偏斜时，轴承中分面为水平面；若载荷方向有较大偏差时，则轴承的中分面也是斜面布置，使中分面垂直或接近垂直于载荷。203）自动调心式滑动轴承（宽径比）时采用。21大型液体润滑的滑动轴承中，一般采用润滑油从两侧导入的结构。

为了使润滑油顺利进入轴瓦与轴间隙，轴瓦两侧面开有油室。222推力滑动轴承1)固定式推力轴承楔形的倾斜角固定不变，在楔形顶部留出平台，用来承受停车后的轴向载荷。

2)可倾式推力轴承扇形块的倾斜角能随载荷、转速的变化而自行调整，性能更为优越。2316.3轴瓦及轴承衬材料1）要有足够的机械强度和可塑性；2）耐磨、抗胶合能力强；3）耐腐蚀性好；4）润滑性能和热学性能好(传热性好、热膨帐系数小)；5）工艺性好；6）经济性好。轴承材料——轴瓦和轴承衬材料主要失效：磨损，其次强度不足引起的疲劳破坏等。对材料的要求24浇注轴承合金的轴瓦25一、轴承合金（又称白合金、巴氏合金）1、主要成分是：锡Sn，铅Pb，锑Sb，铜Cu的合金。2、分锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。以锡或铅作基体，悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒，硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。

锡锑轴承合金：

1）摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐腐蚀性能好，易跑合；2）常用于高速、重载的轴承；3）价格较贵且高温时机械强度较差；4）只能作为轴承衬材料。铅锑轴承合金：

性能与锡锑轴承合金相近，但材料较脆；不宜承受较大的冲击载荷；一般用于中速、中载的轴承。26二、青铜主要是铜与锡、铅、锌和铝的合金，运用最广的轴承材料。强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。可在较高的温度下工作。但可塑性差，不易跑合，与之配合的轴颈必须淬硬。可单独做成轴瓦，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上铜与锡的合金称为锡青铜，铅青铜和铝青铜属于无锡青铜。锡青铜用于高速与重载条件；铅青铜用于中速和中等载荷条件；铝青铜用于重载和低速条件。27青铜轴承28双金属轴承以优质低碳钢板为基体，表面烧结铅锡青铜合金，经数次高温烧结和致密轧制而成。结合强度高、承载能力大、耐摩性能好等。特别适合于中速中载及低速高载等场合。通过特殊工艺手段，在摩擦面上加工出各种油槽、油穴及油孔，适应各种不同润滑工况条件。广泛应用于汽车发动机、底盘、摩托车离合器、齿轮擦板和起重设备等领域。29三、具有特殊性能的轴承材料

粉末冶金是将不同金属粉末再加上石墨、硫、锡或铅等粉末混合后高压成型，再经过高温烧结而成的多孔性结构材料，又称陶瓷金属。使用前需在热油中浸渍几小时，使孔隙中充满润滑油，故也称为含油轴承。具有自润滑性能。

在不重要的或低速轻载的轴承中，也常采用灰铸铁或耐磨铸铁作为轴瓦材料。30含油轴承31非金属材料非金属材料以塑料用的最多。塑料轴承有自润滑性能，也可用油或水润滑。主要优点：1）摩擦系数较小；2）有足够的抗压、疲劳强度，可承受冲击载荷；3）耐磨性和跑合性好；4）塑性好，保护轴颈。但导热性差，线膨胀系数大，不利于轴承尺寸的稳定。32自润滑轴承填充聚四氟乙烯树脂经模塑加工制成悬浮聚合聚四氟乙烯树脂与各种填充剂混合成填充聚四氟乙烯树脂。与纯聚四氟乙烯轴承套相比具有低磨耗低磨擦系数抗蠕变的优点，可广泛应用于蝶阀、球阀、纺织机、染色机、印刷机轴承套等。

填充聚四氟乙烯轴承套33无油润滑轴承以钢板为基体，中间烧结球形青铜粉，表面轧制聚四氟乙烯（PTFE）和铅的混合物，卷制而成，国外同类产品称为DU。具有摩擦系数小、耐磨、抗腐蚀性好和无油润滑的特点。能降低成本、减少机械体积，避免咬轴现象和降低机械噪音等。广泛应用于各种机械的滑动部位，如印刷机、健身器、液压搬运车、微电机、汽车、摩托车与农林业机械等。3416.4轴承润滑材料及方法一、轴承润滑材料轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还可起到冷却、吸振、防锈等作用。润滑对滑动轴承的工作能力和使用寿命有重大影响润滑剂可以分为：1.液体润滑剂——润滑油2.半固体润滑剂——润滑脂3.固体润滑剂351、润滑油粘度表示了液体流动的内摩擦性能。或者说是流体抵抗剪切变形的能力。润滑油沿油层垂直方向的速度的变化率叫做速度梯度，因此层与层存在的液体内部摩擦剪应力为：为油层中任一点的速度，是对应于一点的速度梯度；是比例系数，即液体的动力粘度，简称粘度。36动力粘度：国际单位：N.s/m2（P.as）物理单位:P（泊）或cP（厘泊），1P=100cP。

动力粘度又称为绝对粘度，主要用于流体动力学计算。1Pa.s=1N.s/m2=10P=1000cP运动粘度

等于动力粘度与液体密度的比值：的国际单位是m2/s，常采用物理单位St（斯）或cSt（厘斯），1St=100cSt=10-4m2/s37润滑油的粘度是随温度的升高而降低的。润滑油的粘度随压力的升高而增大，当压力不高时（小于100个大气压），变化极小。润滑油的运动粘度通常用毛细管粘度计测量。38工业上润滑油广泛应用矿物油，是从石油中经过提取燃油后剩下的重油，再经过减压蒸馏精制而成。国家标准中按用途不同分有机械油、汽轮机油及齿轮油等。根据粘度的不同，每种油又分为不同的牌号，油号越大粘度越高。39润滑油的选择外载大—难形成油膜—选粘度高的油速度高—摩擦大—选粘度低的油温度高—油变稀—选粘度高的油比压大—油易挤出—选粘度高的油粗糙的表面，选用粘度较高的油；循环润滑、芯捻润滑时，应选用粘度较低的油；飞浅润滑应选用高品质、能防止与空气接触而氧化变质或因激烈搅拌而乳化的油。402、润滑脂润滑脂是由润滑油和各种稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属皂）混合稠化而成的。作为基础油的大多数是矿物油，也有合成油。稠化剂大多数是金属皂类，也有非金属皂类。根据皂类的不同，有钙基、钠基、锂基和铝基润滑脂。钠基脂不耐水而耐高温；钙基脂耐水但不耐高温；锂基脂既耐水又耐高温。411）针入度：用质量为150g的标准圆锥体在250C的恒温下，由脂表面经5秒钟后沉入脂内的深度。润滑脂的主要性能是：2）滴点：在规定的加热条件下，润滑脂从标准量杯的孔口滴下第一滴时的温度。423、固体润滑剂在摩擦表面间加入固体粉末代替流体膜来润滑，称为固体润滑剂。常用的固体润滑剂有：石墨、二硫化钼和聚四氟乙烯，另外还有二硫化钨等。一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用。43以高强度的铜合金为基体，嵌入成形的固体润滑剂制成突破了一般轴承依靠油膜润滑的界限，适用于无油、高温、高负载、耐腐蚀及水中或其他化学溶液等无法加油润滑的特殊场合。

44二、轴承润滑方法

润滑剂的供应方法可以分为分散润滑和集中润滑。集中润滑是对所有润滑点采用统一的润滑系统，通过油管分送润滑油，装置复杂，使用方便。油润滑有间歇润滑与连续润滑；脂润滑通常采用间歇供应。各种润滑方法451、油润滑1）滴油润滑462)芯捻或线纱润滑不易调节供油量

3)油环润滑只用于水平而连续运转的轴颈60r/min～100r/min﹤n﹤1500r/min～2000r/min。

474)飞溅润滑如齿轮减速器：利用浸入油中的齿轮转动时将润滑油飞溅成的油沫沿箱壁和油沟流入轴承。485)浸油润滑部分轴承直接浸在油中以润滑轴承。6)压力循环润滑重载、振动或交变载荷的工作条件下，能取得良好的润滑效果。492.脂润滑润滑脂只能间歇供应黄油杯是应用最广的脂润滑装置。润滑脂贮存在杯体里，杯盖用螺纹与杯体联接，旋拧杯盖可将润滑脂压送到轴承孔内。也常用黄油枪向轴承补充润滑脂。5016.5滑动轴承的条件性计算非液体摩擦滑动轴承失效形式胶合、磨损等设计准则：至少保持在边界润滑状态，即维持边界油膜不破裂。计算方法：简化计算（条件性计算）复杂51失

效

形

式

图

例磨损及胶合点蚀及金属剥落521、限制轴承平均压强F—径向载荷,N；d—轴颈直径,mm；B—轴瓦有效宽度,mm；[p]—许用压强,MPa。目的：防止p过高，油被挤出，产生“过度磨损”。2、限制pv值MPa·m/s∴pv↑→摩擦功耗↑→发热量↑→易胶合目的：限制pv是为了限制轴承温升、防止胶合。∵轴承发热量∝单位面积摩擦功耗μpv

一、径向轴承53二、推力轴承结构：空心、实心、单环、多环实心式：空心式：实心式：边缘v大，磨损快，中间p↑↑，压力分布不均。空心式：压力分布均匀性↑。5455已知：径向载荷F，转速n，宽径比[p]，[pv]。求：保证混合润滑条件下的轴颈直径d=？解：1）由：2）由：1)、2)大者≤d∴56获得液体润滑的主要方法：

利用轴颈本身回转时的泵油作用，把油带入摩擦面间，建立压力油膜而把两表面分开，用这种方法来实现液体润滑的轴承称为液体动压轴承。

1.液体静压轴承

在滑动表面间用足以平衡外载的压力输入润滑油，人为地将两表面分开，用这种方法来实现液体润滑的轴承称为液体静压轴承；

2.液体动压轴承16.6液体动力润滑的基本原理57a）A//B,不加F,流入流出量相等，A板不下沉；b）A//B,加F,油向两侧挤出，A板下沉，直至A、B相接触；两平行板间不能形成压力油膜16.6.1动压油膜现象58c）A不平行B收敛油楔进口端速度向内凹加F出口端速度向外凸液体不可压缩不是三角形分布油的粘性和压力的作用，改变了油层速度变化规律油楔内各处油压大于入口、出口处油压→正压力→与外载荷F平衡动压油膜5916.6.2液体动力润滑的基本方程式——雷诺方程1、建模为方便研究，作如下假设：研究对象：被润滑油隔开作相对运动的两刚体，一个以v运动，一个静止。601）忽略p-η效应（压粘效应）一般情况适用，对高副不适用（如齿轮）2）油沿z方向无流动，即无限宽轴承B→∞（无限宽）：一维方程3）层流（一般中高速情况；特高速“湍流”、“紊流”）4）油与表面吸附，一起运动或静止即：油层流速y=0，u=v(板速)y=h，u=0(静止板)5）不计油的惯性力和重力6）油不可压缩：ρ=const端泄端泄BB为有限宽时：二维方程612、求解针对“连续介质”，通过取“微单元体”手段：由于：62流速方程：剪切流(直线分布)压力流(抛物线分布)二次积分代入边界条件：y=0，u=v；y=h，u=063连续流动方程：任何截面沿x方向单位宽度流量qx相等设在最大油压Pmax处，h=h0(即时，h=h0)，此时：∴一维雷诺方程（R·E）6416.6.3油楔承载机理由R·E油压变化与η、v、h有关p→油膜承载能力→平衡外载当h＞h0时，，油压为增函数；当h=h0时，，p=pmax；当h＜h0时，，油压为减函数。可见，对收敛形油楔，油楔内各处油压大于入口、出口处油压→正压力→承载。65任何截面处h=h0，=0，不能产生高于出口、入口处的油压→不能承载。进口小、出口大，油压p低于出口、入口压力（负压）→不能承载，相反使两表面相吸。※若二板平行：v※若二滑动表面为扩散形：v661、润滑油有一定粘度η。2、有一定相对滑动速度v。承载能力∝v；3、相对滑动面之间必须形成收敛形间隙，即：油从大口流进，小口流出。（入口、出口处p＜油楔内p）4、有足够充分的供油量。↑，承载能力↑。η↑→液体动压润滑形成的必要条件：6768no1oo1oo1oo1onn静止n=0时启动不稳定运行稳定运行RRRR轴颈处于最低位金属直接接触轴与瓦间形成楔形间隙；轴径旋转将油带入间隙，带入油量少，轴颈沿孔壁向上爬行摩擦力使轴颈右移带油量增加，楔形油膜压产生动压力将轴颈托起其合力将轴颈左推油膜压力将轴颈完全托起其合力与外载平衡油膜压力偏心距e向心动压滑动轴承的工作过程***693、由于影响液体动压轴承的参数较多，相互影响，所以设计中若调整了某一参数，将会影响其它参数，凡受到影响的参数都应重新计算。注意：1、液体动力润滑轴承在启动，停车阶段处于非液体摩擦状态，设计时，应验算p≤[p]，pv≤[pv]2、零件有制造误差，计算时应分别对上偏差对应的ψmax下偏差对应的ψmin两种状态进行计算，必须同时满足液体动压状态的充分条件。7016.7其他轴承简介

1.多油楔滑动轴承稳定性好，旋转精度高，但承载能力较低，功耗较大。

712.液体静压轴承

液体静压轴承是用油泵把高压油送到轴承间隙里，强制形成油膜，靠液体的静压平衡外载荷。

723.气体轴承气体轴承是用气体作润滑剂的滑动轴承。气体粘度小：轴承可以在高转速下工作。转速可达每分钟几十万甚至百万转。摩擦阻力很小，功耗甚微，空气粘度受温度变化的影响很小，能在很大的温度范围内应用。气体轴承也分气体动压轴承和气体静压轴承两大类。其工作原理和液体润滑轴承基本相同。73滑动轴承与滚动轴承比较滑动轴承：①启动阻力大②摩擦系数非液体摩擦：大液体摩擦：小③适应速度非液体摩擦：低液体摩擦：高④耐冲击：好滚动轴承：①启动阻力小②摩擦系数：小③适应速度：低、中④耐冲击：差***74非标滚动轴承精度要求较高，结构尺寸较小或因特殊要求而不能采用标准轴承微型滚动轴承（嵌入式滚动支承）（a）与（b）有杯形外圈而没有内圈，锥形轴颈与滚珠直接接触，其轴向间隙由弹簧或螺母调整（c）采用碟形垫圈来消除轴承间隙，垫圈的作用力比作用在轴承上的最大轴向力大2～3倍75精密分度头主轴系统（采用密珠轴承）由止推密珠轴承2、4和径向密珠轴承1、3组成76轴承所用滚珠数量多且接近于多头螺旋排列密珠轴承保持架孔分布情况77密集的钢珠有误差平均效应，减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，主轴回转精度有所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保持。实践证明，提高钢珠的密集度有利于主轴回转精度的提高，但过多的增加钢珠会增大摩擦力矩。因此，在保证主轴运转灵活的前提下，尽量增多钢珠数量。78直线滚珠轴承79滚动导轨

80磁悬浮轴承磁悬浮轴承：利用磁场力将轴无机械摩擦、无润滑地悬浮在空间的一种轴承定子部分装上电磁体，保持转子悬浮在磁场中。81位移传感器4检测转子的偏心，通过反馈与基准信号1（转子的理想位置）进行比较，调节器2根据偏差信号进行调节，并把调节信号送到功率放大器3以改变电磁体（定子）的电流，从而改变磁悬浮力的大小，使转子恢复到理想位置。82径向磁悬浮轴承的转轴（如主轴）一般要配备辅助轴承，工作时辅助轴承不与转轴接触，当断电或磁悬浮失控时能托住高速旋转的转轴，起到完全保护作用。辅助轴承与转子之间的间隙一般等于转子与电磁体气隙的一半。轴向悬浮轴承的工作原理与径向磁悬浮轴承相同。83磁悬浮轴承采用非接触的磁悬浮技术，没有机械接触，具有不需要润滑与密封、振动小、噪音低、寿命长等特点，可以在真空、高温、高速环境下应用，转速可以高达20000－80000r/min，轴承工