第十三章滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)

1、第十三章 滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì),教學(xué)目標(biāo)1．會(huì)選用滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和材料；2．掌握非液體摩擦滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) 計(jì)算；,軸承是支撐軸的部件，按其工作時(shí)的摩擦性質(zhì)可以分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承）兩大類。雖然滾動(dòng)軸承有一系列優(yōu)點(diǎn)，在一般機(jī)械中獲得廣泛的應(yīng)用，但是在高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分等場(chǎng)合下，滑動(dòng)軸承則獲得廣泛使用。所以，本章主要討論滑動(dòng)軸承。,§13.1滑動(dòng)軸承的特點(diǎn)、類型及應(yīng)

2、用,滑動(dòng)軸承的運(yùn)動(dòng)形式是以軸頸與軸瓦相對(duì)滑動(dòng)為主要特征，也即摩擦性質(zhì)為滑動(dòng)摩擦。實(shí)踐表明，由于滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑條件不同，會(huì)出現(xiàn)不同的摩擦狀態(tài)。軸承工作面的摩擦狀態(tài)分為干摩擦狀態(tài)、邊界摩擦狀態(tài)、混合摩擦狀態(tài)和流體摩擦狀態(tài)四類，如圖所示。,圖13－1,兩摩擦表面直接接觸，相對(duì)滑動(dòng)，又不加入任何潤(rùn)滑劑，稱為干摩擦；兩摩擦表面被流體（液體或氣體）層完全隔開，摩擦性質(zhì)僅取決于流體內(nèi)部分子之間粘性阻力稱為流體摩擦；兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，

3、摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性質(zhì)的稱為邊界摩擦狀態(tài)；實(shí)際上，干摩擦狀態(tài)和邊界摩擦狀態(tài)很難精確區(qū)分，所以這兩種摩擦狀態(tài)也常常歸并為邊界摩擦狀態(tài)。,在實(shí)際應(yīng)用中，軸承工作表面有時(shí)是邊界摩擦和流體摩擦并存的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦。邊界摩擦和混合摩 擦又常稱為非液體摩擦。 所以，滑動(dòng)軸承按其摩擦性質(zhì)可以分為液體滑動(dòng)摩擦軸承和非液體滑動(dòng)摩擦軸承兩類。,1）液體滑動(dòng)摩擦軸承：由于在液體滑動(dòng)軸承中，軸頸和軸承的工作表面被一層潤(rùn)滑油

4、膜隔開，兩零件之間沒有直接接觸，軸承的阻力只是潤(rùn)滑油分子之間的摩擦，所以摩擦系數(shù)很小，一般僅為0.001～0.008。這種軸承的壽命長(zhǎng)、效率高，但是制造精度要求也高，并需要在一定的條件下才能實(shí)現(xiàn)液體摩擦。,2）非液體滑動(dòng)摩擦軸承：非液體滑動(dòng)摩擦軸承的軸頸與軸承工作表面之間雖有潤(rùn)滑油的存在，但在表面局部凸起部分仍發(fā)生金屬的直接接觸。因此摩擦系數(shù)較大，一般為0.1～0.3，容易磨損，但結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)制造精度和工作條件的要求不高，故此在機(jī)械中得

5、到廣泛使用。 干摩擦的摩擦系數(shù)大，磨損嚴(yán)重，軸承工作壽命短。所以在滑動(dòng)軸承中應(yīng)力求避免。 所以，高速長(zhǎng)期運(yùn)行的軸承要求工作在液體摩擦狀態(tài)下，一般工作條件下軸承則維持在邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)下工作。因此本章主要討論非液體滑動(dòng)摩擦軸承。,按照軸承承受的載荷分類可以分為：1）徑向滑動(dòng)軸承，主要承受徑向載荷FR；2)止推滑動(dòng)軸承，主要承受軸向載荷FA（如圖所示）,圖13－2,在機(jī)械中，雖然廣泛采用滾動(dòng)軸承，但在許多

6、情況下又必須采用滑動(dòng)軸承。因?yàn)榛瑒?dòng)軸承的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是滾動(dòng)軸承不能代替的。主要優(yōu)點(diǎn)是：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、加工、拆裝方便；2）具有良好的耐沖擊性和良好的吸振性能，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高；3）壽命長(zhǎng)。但是也有其缺點(diǎn)，主要有：1）維護(hù)復(fù)雜，對(duì)潤(rùn)滑條件較高；2）邊界潤(rùn)滑軸承，摩擦損耗較大。因而在大型汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、壓縮機(jī)、軋鋼機(jī)及高速磨床上多采用滑動(dòng)軸承。此外，在低速而帶有沖擊載荷的機(jī)器中，如水泥攪拌器、滾筒清砂機(jī)、破碎機(jī)等沖壓機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中也多

7、采用滑動(dòng)軸承。,§13.2 滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu),1、徑向滑動(dòng)軸承 常用的徑向滑動(dòng)軸承，我國(guó)已經(jīng)制定了標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下可以根據(jù)工作條件進(jìn)行選用。徑向滑動(dòng)軸承可以分為整體式和剖分式（對(duì)開式）兩大類。,,圖13－3,（1）整體式徑向滑動(dòng)軸承 整體式滑動(dòng)軸承（JB/T2560-91），如圖所示為整體式滑動(dòng)軸承。,它由軸承座和軸承套組成。軸承套壓裝在軸承座孔中，一般配合為H8/s7。軸承座用螺栓與機(jī)座聯(lián)接，頂部設(shè)有

8、安裝注油油杯的螺紋孔。軸套上開有油孔，并在其內(nèi)表面開油溝以輸送潤(rùn)滑油。,圖13－3,這種軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本低，但當(dāng)滑動(dòng)表面磨損后無法修整，而且裝拆軸的時(shí)候只能作軸向移動(dòng)，有時(shí)很不方便，有些粗重的軸和中間具有軸頸的軸（如內(nèi)燃機(jī)的曲軸）就不便或無法安裝。所以，整體式滑動(dòng)軸承多用于低速、輕載和間歇工作的場(chǎng)合，例如手動(dòng)機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械中，等。 這類軸承座的標(biāo)記為：HZ×××軸承座JB/T2560

9、，其中H表示滑動(dòng)軸承座，Z表示整體式，×××表示軸承內(nèi)徑（單位mm）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為：HZ020~140 。,（2）剖分式滑動(dòng)軸承 剖分式滑動(dòng)軸承是由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和螺栓組成。 對(duì)開式二（四）螺栓正滑動(dòng)軸承（JB/T2561-91或JB/T2562-91），如圖所示。,軸承座水平剖分為軸承座和軸承蓋兩部分，并用二（或四）個(gè)螺栓聯(lián)接。為了防止軸承蓋和軸承座橫向錯(cuò)動(dòng)和便于裝配時(shí)對(duì)

10、中，軸承蓋和軸承座的剖分面做成階梯狀。對(duì)開式滑動(dòng)軸承在裝拆軸時(shí)，軸頸不需要軸向移動(dòng)，裝拆方便。另外，適當(dāng)增減軸瓦剖分面間的調(diào)整墊片，可以調(diào)節(jié)軸頸與軸承之間的間隙。這種軸承所受的徑向載荷方向一般不超過剖分面垂線左右35º的范圍，否則應(yīng)該使用斜剖分面軸承。為使?jié)櫥湍芫鶆虻胤植荚谡麄€(gè)工作表面上，一般在不承受載荷的軸瓦表面開出油溝和油孔。,這類軸承軸瓦與座孔之間的配合為H8/m7。軸承座標(biāo)記為：H2×××

11、;軸承座JB2561-91(或H4×××)，其中H表示滑動(dòng)軸承座，2（4）表示螺栓數(shù)， ×××表示軸承內(nèi)徑（單位mm）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為H2030～H2160（H4050～H4220）。,對(duì)開式四螺栓斜滑動(dòng)軸承（JB/T2563-91），如圖所示為對(duì)開式斜滑動(dòng)軸承。軸承剖分面與水 平面成45º角，軸承載荷的方向應(yīng)位于垂直剖分面的軸承中心線左右35º的范圍內(nèi)，其特點(diǎn)

12、與對(duì)開式正滑動(dòng)軸承相同。,軸承座的標(biāo)記為：HX×××軸承座JB/T2563-91，其中H表示滑動(dòng)軸承座，X表示斜座，×××表示軸承內(nèi)徑（單位mm）。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格為HX050～HX220。,圖13－5,當(dāng)軸頸較長(zhǎng)（寬徑比大于1.5～1.75），軸的剛度較小，或由于兩軸承不是安裝在同一剛性機(jī)架上，同心度較難保證時(shí)，都會(huì)造成軸瓦端部的局部接觸（如圖所示a），使軸瓦局部嚴(yán)重磨損。,圖13－

13、6,為此可采用能相對(duì)軸承自行調(diào)節(jié)軸線位置的滑動(dòng)軸承，稱為自回滑動(dòng)軸承，如圖。 這種滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是軸瓦的外表面做成凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面箱配合，當(dāng)軸變形時(shí)，軸瓦可隨軸線自動(dòng)調(diào)節(jié)位置，從而保證軸頸和軸瓦為球面接觸。,圖13－6,（3）軸承與軸瓦結(jié)構(gòu) 整體式軸承中與軸頸配合的零件稱為軸套，結(jié)構(gòu)如圖所示，分為不帶擋邊和帶擋邊的兩種結(jié)構(gòu)，其基本尺寸、公差參見GB2509-81或GB2510-81。,圖13－

14、7,對(duì)開式軸承的軸瓦由上下兩半組成，如圖所示。為使軸瓦既有一定的強(qiáng)度，又有良好的減磨性，常在軸瓦內(nèi)表面澆鑄一層減磨性好的材料（如軸承合金），稱為軸承襯。,圖13－8,圖13－9,軸承襯應(yīng)可靠的貼合在軸瓦表面上，為此可以采用如圖所示的結(jié)合形式（圖中涂黑層表示軸承襯）,為了將潤(rùn)滑油引入軸承，并布滿于工作表面， 常在其上開有供油孔和油溝；供油孔和油溝應(yīng)開在軸瓦的非承載區(qū)，否則會(huì)降低油膜的承載能力，如圖13-10所示。,圖13－10,軸向油溝也

15、不應(yīng)在軸瓦全長(zhǎng)上開通，以免潤(rùn)滑油自油溝端部大量泄漏。常見的油溝形式如圖13-11所示。,圖13－11,對(duì)于一些重型機(jī)器的軸承軸瓦，其上常開設(shè)油室。它既可以使?jié)櫥臻g增大，并有貯油和保證潤(rùn)滑油穩(wěn)定應(yīng)的作用，如圖所示。,圖13－12,圖13－13,2、推力滑動(dòng)軸承 推力滑動(dòng)軸承用于承受軸向載荷。如圖13－13所示為一簡(jiǎn)單的推力軸承結(jié)構(gòu)。,它由軸承座、套筒、徑向軸瓦、止推軸瓦所組成。,為了便于對(duì)中，止推軸瓦底部制成球面形式，并

16、用銷釘來防止它隨軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)，潤(rùn)滑油從底部進(jìn)入，上部流出。最簡(jiǎn)結(jié)構(gòu)如圖14－11所示。,圖13－14,圖13－14,由于工作面上相對(duì)滑動(dòng)速度不等，越靠近邊緣處相對(duì)滑動(dòng)速度越大，磨損越嚴(yán)重，會(huì)造成工作面上壓強(qiáng)分布不均勻，相對(duì)滑動(dòng)端面通常采用環(huán)狀端面。當(dāng)載荷較大時(shí)，可采用多環(huán),軸頸，如圖14－11b所示，這種結(jié)構(gòu)能夠承受雙向軸向載荷。 對(duì)于14－11所示的結(jié)構(gòu)多用于低速輕載的場(chǎng)合,§13.3 滑動(dòng)軸承的失效形式及材料,一、

17、滑動(dòng)軸承的失效形式 滑動(dòng)軸承的失效形式通常由多種原因引起，失效的形式有很多種，有時(shí)幾種失效形式并存，相互影響。,（1）磨粒磨損 進(jìn)入軸承間隙的硬顆粒物（如灰塵、砂礫等）有的嵌入軸承表面，有的游離于間隙中并隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，它們都將對(duì)軸頸和軸承表面起研磨作用。在機(jī)器起動(dòng)、停車或軸頸與軸承發(fā)生邊緣接觸時(shí)，他們都將加劇軸承磨損，導(dǎo)致幾何行狀改變、精度喪失，軸承間隙加大，使軸承性能在預(yù)期壽命前急劇惡化。,（2）

18、刮傷 進(jìn)入軸承間隙的硬顆?；蜉S頸表面粗糙的輪廓峰頂，在軸承傷劃出線狀傷痕，導(dǎo)致軸承因刮傷而失效。（3）膠合（也稱為燒瓦） 當(dāng)軸承溫升過高，載荷過大，油膜破裂時(shí)，或在潤(rùn)滑油供應(yīng)不足的條件下，軸頸和軸承的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面材料發(fā)生粘附和遷移，從而造成軸承損壞，有時(shí)甚至可能導(dǎo)致相對(duì)運(yùn)動(dòng)的中止。,（4）疲勞剝落 在載荷反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動(dòng)方向垂直的疲勞裂紋，當(dāng)裂紋向軸承襯與襯背結(jié)合面擴(kuò)展后，造成軸承襯材料

19、的剝落。它與軸承襯和襯背因結(jié)合不良或結(jié)合力不足造成軸承襯的剝離有些相似，但疲勞剝落周邊不規(guī)則，結(jié)合不良造成的剝離周邊比較光滑。,（5）腐蝕 潤(rùn)滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對(duì)軸承材料有腐蝕性，特別對(duì)制造銅鋁合金中的鉛，易受腐蝕而形成點(diǎn)狀剝落。氧對(duì)錫基巴氏合金的腐蝕，會(huì)使軸承表面形成一層由SnO2和SnO混合組成的黑色硬質(zhì)覆蓋層，它能擦傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。此外，硫?qū)y或銅的軸承材料的腐蝕，潤(rùn)滑油中水分對(duì)

20、銅鉛合金的腐蝕，都應(yīng)予以注意。,以上列舉了常見的幾種失效形式，由于工作條件不同，滑動(dòng)軸承還可出現(xiàn)氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕和微動(dòng)磨損等損傷。從美國(guó)、英國(guó)和日本三家汽車廠統(tǒng)計(jì)的汽車用滑動(dòng)軸承故障原因的平均比率來看，因不干凈或由異物進(jìn)入而導(dǎo)致故障的比率較大。,二、軸承材料 軸瓦與軸承襯的材料通稱為軸承材料。針對(duì)以上所述的失效形式，軸承材料性能應(yīng)著重滿足以下主要要求：1）良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性 減摩性是指材料副具

21、有低的摩擦系數(shù)。耐磨性是指材料的抗磨性能（通常以磨損率表示）。抗膠合性是指材料的耐熱性和抗粘附性。,2）良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性 摩擦順應(yīng)性是指材料通過表層彈塑性變形來補(bǔ)償軸承滑動(dòng)表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動(dòng)表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。磨合性是指軸瓦與軸頸表面經(jīng)過短期輕載運(yùn)轉(zhuǎn)后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。 3）足夠的強(qiáng)度和抗腐蝕能力,4）良好的導(dǎo)熱性、工

22、藝性、經(jīng)濟(jì)性等 應(yīng)該指出的是：沒有一種軸承材料全面具備上述性能，因而必須針對(duì)各種具體的情況，仔細(xì)進(jìn)行分析后合理選用。 常用的材料可以分為三大類：1）金屬材料，如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等；2）多孔質(zhì)金屬材料；3）非金屬材料，如工程塑料、碳—石磨等。,1）軸承合金（通稱巴氏合金或白合金） 軸承合金是錫、鉛、銻、銅的合金，它以錫或鉛作為基體，其內(nèi)含有銻錫（Sb-Sn）或銅錫（Cu-Sn）的硬晶粒

23、。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則增加材料的塑性。軸承合金的彈性模量和彈性極限都很低，在所有軸承材料中，它的嵌入性及摩擦順應(yīng)性最好，很容易和軸頸磨合，也不易與軸頸發(fā)生膠合。但軸承合金的強(qiáng)度很低，不能單獨(dú)制作軸瓦，只能粘附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上作軸承襯。軸承合金適用于重載、中高速場(chǎng)合，價(jià)格較貴。,2）銅合金 銅合金具有較高的強(qiáng)度，較好的減磨性和耐磨性。由于青銅的減磨性和阿耐磨性比黃銅好，故青銅是最常用的材料。青銅有錫青銅、鉛青銅和

24、鋁青銅等幾種，其中錫青銅的減摩性和耐磨性最好，應(yīng)用廣泛。但錫青銅比軸承合金硬度高，磨合性及嵌入性差，適用于重載及中速場(chǎng)合。鉛青銅抗膠合能力強(qiáng)，適用于高速、重載軸承。鋁青銅的強(qiáng)度及硬度較高，抗膠合能力較差，適用于低速重載軸承。在一般機(jī)械中有50％的滑動(dòng)軸承采用青銅材料。,3）鋁基軸承合金 鋁基軸承合金在許多國(guó)家獲得了廣泛的應(yīng)用。它有相當(dāng)好的耐蝕性和較高的疲勞強(qiáng)度，摩擦性也較好。這些品質(zhì)使鋁基軸承合金在部分領(lǐng)域取代了較貴的軸承

25、合金和青銅。鋁基軸承合金可以制成單金屬零件（如軸套、軸承等），也可以制成雙金屬零件，雙金屬軸瓦以鋁基軸承合金為軸承襯，以鋼作襯背。,4）灰鑄鐵和耐磨鑄鐵 普通灰鑄鐵或加有鎳、鉻鈦等合金成分的耐磨灰鑄鐵，或者是球墨鑄鐵，都可以用作軸承材料。這類材料中的片狀或球狀石墨在材料表面上覆蓋后，可以形成一層起潤(rùn)滑作用的石墨層，故具有一定的減摩性和耐磨性。此外石墨能吸附碳?xì)浠衔?，有助于提高邊界?rùn)滑性能，故采用灰鑄鐵作軸承材料時(shí)應(yīng)加潤(rùn)滑油

26、。由于鑄鐵性脆、磨合性能差，故只適用于輕載低速和不受沖擊載荷的場(chǎng)合。,5）多孔質(zhì)金屬材料 這是不同于金屬粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的軸承材料。這種材料是多孔結(jié)構(gòu)的，孔隙約占體積的10％～35％。使用前先把軸瓦在加熱的油中浸漬數(shù)小時(shí)，使孔隙中充滿潤(rùn)滑油，因而通常把這種材料制成的軸承稱為含油軸承。它具有自潤(rùn)滑性。工作時(shí)，由于軸頸轉(zhuǎn)動(dòng)的抽吸作用及軸承發(fā)熱時(shí)油的膨脹作用，油便進(jìn)入摩擦表面間起潤(rùn)滑作用；,不工作時(shí)，因毛細(xì)管作用，油便被吸回到

27、軸承內(nèi)部，故在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，即使不加油仍能和好的工作。如果定期給以供油，則使用效果更好。但由于其韌性較小，故宜用于平穩(wěn)無沖擊載荷及中低速情況。常用的有多孔鐵和多孔質(zhì)青銅。多孔鐵常用來制作磨粉機(jī)軸套、機(jī)床油泵襯套、內(nèi)燃機(jī)凸輪軸襯套等，多孔質(zhì)青銅常用來制作電唱機(jī)、電風(fēng)扇、紡織機(jī)械及汽車發(fā)電機(jī)的軸承。我國(guó)也有專門制造含油軸承的生產(chǎn)廠家，需用時(shí)可根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)選用。,,5）非金屬材料 非金屬材料中應(yīng)用最廣的是各種塑料，如酚醛樹脂

28、、尼龍、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：與許多化學(xué)物質(zhì)不起反應(yīng)，抗腐蝕性好，例如聚四氟乙烯（PTEE）能抗強(qiáng)酸和弱堿；具有一定的自潤(rùn)滑性，可以在無潤(rùn)滑條件下工作，在高溫條件下具有一定的潤(rùn)滑能力；具有包容異物的能力（嵌入性好），不宜擦傷配合零件表面；減摩性及耐磨性比較好。,選擇聚合物作軸承材料時(shí)，必須注意以下一些問題：由于聚合物的熱傳導(dǎo)能力差，只有鋼的百分之幾，因此必須考慮摩擦熱的消散問題，它嚴(yán)格限制著聚合物軸承的工作轉(zhuǎn)速及壓力值。又因?yàn)榫?/p>

29、合物的線脹系數(shù)比鋼大的多，因此聚合物軸承與鋼制軸頸的間隙比金屬軸承的間隙大。此外聚合物材料的強(qiáng)度和屈服極限較低，因而在裝配和工作時(shí)能承受的載荷有限。另外聚合物在常溫下回產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，因而不宜用來制作間隙要求嚴(yán)格的軸承。,碳—石墨是電機(jī)電刷的常用材料，也是不良環(huán)境中的軸承材料。碳—石墨是由不同量的碳和石墨構(gòu)成的人造材料，石墨含量越多，材料越軟，摩擦系數(shù)越小。可在碳—石墨材料中加入金屬、聚四氟乙烯或二硫化鉬組分，也可以浸漬液體潤(rùn)滑劑。碳—石

30、墨軸承具有自潤(rùn)滑性，它的自潤(rùn)性和減摩性取決于吸附的水蒸氣量。碳—石墨和含有碳輕化合物的潤(rùn)滑劑有親和力，加入潤(rùn)滑劑有助于提高其邊界潤(rùn)滑性能。此外，它還可以作水潤(rùn)滑的軸承材料。,橡膠主要用于以水作潤(rùn)滑劑或環(huán)境較臟污之處。橡膠軸承內(nèi)壁上帶有縱向溝槽，便于潤(rùn)滑劑的流通、加強(qiáng)冷卻效果并沖走臟物。 木材具有多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，可用填充劑來改善其性能。填充聚合物能提高木材的尺寸穩(wěn)定性和減少吸濕量，并能提高強(qiáng)度。采用木材（以溶于潤(rùn)滑油的聚乙烯作填充

31、劑）制成的軸承，可在灰塵極多的條件下工作，例如用作建筑、農(nóng)業(yè)中使用的帶式輸送機(jī)支撐滾子的滑動(dòng)軸承。,§13.4 非液體滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì),非液體滑動(dòng)軸承的主要失效形式為工作表面的磨損和膠合，所以其設(shè)計(jì)計(jì)算準(zhǔn)則是：維持邊界油膜不破裂。由于影響非液體摩擦滑動(dòng)軸承承載能力的因素十分復(fù)雜，所以目前所采用的計(jì)算方法仍限于簡(jiǎn)化條件。,圖13－15,1、徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 設(shè)計(jì)時(shí)，一般已經(jīng)知道軸頸直徑d，轉(zhuǎn)速n，軸承承受的徑向載荷FR

32、，然后按照下述步驟進(jìn)行計(jì)算。,1）根據(jù)工作條件和使用要求，確定軸承的結(jié)構(gòu)型式，并選定軸瓦材料。,圖13－15,2）確定軸承的寬度B。一般按寬徑比B/d及d來確定B。B/d越大，軸承的承載能力越大，但油不易從兩端流出，散熱性差，油溫升高；B/d越小，則兩段泄漏量大，摩擦功耗小，軸承溫升小，但承載能力小。通常取B/d＝0.5～1.5。若必須要求,B/d > 1.5～1.75時(shí)，應(yīng)改善潤(rùn)滑條件，并采用自動(dòng)調(diào)位軸承。,常用機(jī)械推薦值見下表

33、。,3）驗(yàn)算軸承的工作壓力（1）校核壓強(qiáng)p 對(duì)于低速或間歇工作的軸承，為了防止?jié)櫥蛷墓ぷ鞅砻鏀D出，保證良好的潤(rùn)滑而不致過渡磨損，壓強(qiáng)p應(yīng)滿足下列條件：,式中：FR為軸承軸向載荷，單位N；[p]為許用壓強(qiáng)，單位MPa，可以查有關(guān)手冊(cè)得到；d、B 為軸頸的直徑和工作長(zhǎng)度，單位mm。,（2）校核壓強(qiáng)速度值pv 壓強(qiáng)速度pv值間接反應(yīng)軸承的溫升，對(duì)于載荷較大和速度較高的軸承，為了保證軸承工作時(shí)不致

34、過渡發(fā)熱產(chǎn)生膠合失效，pv值應(yīng)滿足下列條件：,式中：n為軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min；[pv]為pv的許用值，也可以查有關(guān)手冊(cè)得到。,（3）校核速度v 對(duì)于壓強(qiáng)p小的軸承，即使p和pv值驗(yàn)算合格，由于華東速度過高，也會(huì)產(chǎn)生加速磨損而使軸承報(bào)廢。因此，還要作速度的驗(yàn)算，其條件式為：,[v]為許用速度值，單位m/s，也可以查有關(guān)手冊(cè)得到。,（4）選擇軸承配合 在非液體滑動(dòng)摩擦軸承中，根據(jù)不同的使用要求，為了保證一定

35、的旋轉(zhuǎn)精度，必須合理選擇軸承的配合，以保證一定的間隙，具體的選擇如下表所示。,圖13－16,2、止推滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)計(jì)算 止推滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)步驟與徑向滑動(dòng)軸承相同。 如圖所示為止推軸承結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，其主要核算步驟如下：（1）校核壓強(qiáng)p,式中： FA為軸向載荷，單位N；d1、d2為軸環(huán)的內(nèi)外徑，單位mm，一般取d1＝（0.4～0.6）d2；[p]為p的許用值，單位MPa，可以又手冊(cè)上查得；K為考慮油槽使支撐

36、面積減小的系數(shù)，一般取K=0.90～0.95,（2）校核pvm值,式中：vm為軸環(huán)的平均速度，單位m/s； ，dm＝ 為軸環(huán)平均直徑，單位mm；pv為許用值，單位MPam/s，見下表。,常用軸承形式及尺寸如下表所示。壓強(qiáng)計(jì)算公式成為： z為軸環(huán)的數(shù)目。,表,3、計(jì)算示例【例】用于離心泵的徑向滑動(dòng)軸承，軸頸d＝50mm，轉(zhuǎn)速n＝1500r/min，承受的徑向載

37、荷FR=2500N，軸承材料為ZCuSn5Zn5Pb5。根據(jù)非液體摩擦滑動(dòng)軸承計(jì)算方法校核該軸承是否可用？如不可用，應(yīng)如何改進(jìn)（按軸的強(qiáng)度計(jì)算，軸頸直徑不得小于50mm）?,【解】查表得到ZCuSn5Zn5Pb5的許用值：[p]=5MPa，[v]=3m/s，[pv]=10MPam/s按已知數(shù)據(jù)，并取B/d＝1，得：,由以上計(jì)算可知，v > [v]，故考慮從以下兩個(gè)方面來改進(jìn)：1）減小軸頸以降低速度，取d=50mm，則：,>

38、; [v],故。此方案不可用。2）改選材料 在銅合金軸瓦上澆鑄軸承合金ZChSn10P16－16－2，查表得：[p]=15MPa，[v]=12m/s，[pv]=15MPam/s。其它參數(shù)不變則可滿足要求。,§13.5滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑,潤(rùn)滑的目的主要是減少摩擦，降低磨損，提高軸承效率，同時(shí)還有散熱冷卻、緩沖吸振、密封和防銹的作用。一、潤(rùn)滑劑及其選擇 潤(rùn)滑劑分為潤(rùn)滑油、潤(rùn)滑脂和固體潤(rùn)滑劑三類。,1、

39、潤(rùn)滑油 潤(rùn)滑油是滑動(dòng)軸承中應(yīng)用最廣的潤(rùn)滑劑，目前使用的潤(rùn)滑油多位礦物油。潤(rùn)滑油最重要的屋里性能是粘度，它也是選擇潤(rùn)滑油的主要依據(jù)。粘度標(biāo)志著液體流動(dòng)的內(nèi)摩擦性能。粘度越大，內(nèi)摩擦阻力越大，液體的流動(dòng)性越差。粘度的大小可用動(dòng)力粘度（又稱絕對(duì)粘度）或運(yùn)動(dòng)年度來表示。,動(dòng)力粘度的定義：設(shè)長(zhǎng)、寬、高各為1cm的液體(如圖所示），使兩平行平面a和b產(chǎn)生1m/s的相對(duì)滑動(dòng)速度所需的力Ff為1你N，則認(rèn)為這種液體,圖13－17,具有1粘

40、度單位的動(dòng)力粘度，以η表示，其單位是Ns/m2，或Pas（帕秒）。,運(yùn)動(dòng)粘度ν為動(dòng)力粘度η與同溫度下該液體的密度ρ的比值表示的粘度，其單位為m2/s，該單位偏大，工程上多用mm2/s，即cSt(厘斯)。 工業(yè)上多用運(yùn)動(dòng)粘度標(biāo)定潤(rùn)滑油的粘度。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，潤(rùn)滑油產(chǎn)品油牌號(hào)一般按40ºC時(shí)的運(yùn)動(dòng)粘度平均值來劃分，我們需要時(shí)可以查閱相關(guān)手冊(cè)或資料參考選擇。,2、潤(rùn)滑脂 潤(rùn)滑脂是在潤(rùn)滑油中添加稠化劑（如鈣、鈉

41、、鋁、鋰等金屬）后形成的膠狀潤(rùn)滑劑。因?yàn)樗矶却?，不宜流失，所以承載能力較大，但它的物理、化學(xué)性質(zhì)不如潤(rùn)滑油穩(wěn)定，摩擦功耗也大，故不宜在溫度變化大或高速條件下使用（一般在軸承相對(duì)滑動(dòng)速度低于1～2m/s時(shí)或不變注油的場(chǎng)合使用）。,目前使用最多的是鈣基潤(rùn)滑脂，它有耐水性，常用于60ºC以下的各種機(jī)械設(shè)備中的軸承潤(rùn)滑。鈉基潤(rùn)滑脂可用于115～145ºC以下，但抗水性較差。鋰基潤(rùn)滑脂性能優(yōu)良，抗水性好，在－20～150&#

42、186;C范圍內(nèi)廣泛使用，可以代替鈣基、鈉基潤(rùn)滑脂。,3、固體潤(rùn)滑劑 常用的固體潤(rùn)滑劑有石墨和二硫化鉬。在滑動(dòng)軸承中主要以粉劑加入潤(rùn)滑油或潤(rùn)滑脂中，用于提高其潤(rùn)滑性能，減少摩擦損失，提高軸承使用壽命。尤其高溫、重載下工作的軸承，采用添加二硫化鉬的潤(rùn)滑劑，能獲得良好的潤(rùn)滑效果。,二、潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置 為了保證軸承良好的潤(rùn)滑狀態(tài)，除了合理選擇潤(rùn)滑劑之外，合理選擇潤(rùn)滑方法和潤(rùn)滑裝置也是十分重要的。1）潤(rùn)滑油

43、：潤(rùn)滑油的潤(rùn)滑方法有間歇供油和連續(xù)供油兩種。 間歇供油有手工油壺注油和油杯注油供油。這種方法只適用于低速不重要的軸承或間歇工作的軸承。 對(duì)于重要的軸承必須采用連續(xù)供潤(rùn)滑，連續(xù)供油方法及裝置主要有以下幾種,（1）油杯滴油潤(rùn)滑 如圖所示分別為針閥油杯和芯捻油杯。針閥油杯可調(diào)節(jié)滴油速度以改變供油量，在軸承停止工作時(shí)，可通過油杯上部手柄關(guān)閉油杯，停止供油。芯捻油杯利用毛細(xì)管作用將油引到軸承工作表面

44、上，這種方法不易調(diào)節(jié)供油量。,圖13－18,（2）浸油潤(rùn)滑將部分軸承直接浸入油池中潤(rùn)滑，如圖所示。,圖13－19,圖13－20,（3）飛濺潤(rùn)滑和油環(huán)潤(rùn)滑 飛濺潤(rùn)滑主要用于潤(rùn)滑如減速器、內(nèi)燃機(jī)等機(jī)械中的軸承。通常直接利用轉(zhuǎn)動(dòng)零件將油池中的潤(rùn)滑油帶起濺到軸承或箱體壁上，然后經(jīng)油溝導(dǎo)入軸承工作面進(jìn)行潤(rùn)滑。 甩油環(huán)根據(jù)安裝特點(diǎn)分為松環(huán)和固定環(huán)兩種，如圖所示。,松環(huán)是指油環(huán)松套在軸上，如圖a所示。靠摩擦力隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，將附著

45、在油環(huán)上的油濺到箱體壁上，然后經(jīng)油溝導(dǎo)入軸承和直接甩到軸承工作面上進(jìn)行潤(rùn)滑。當(dāng)軸承轉(zhuǎn)速較低時(shí)，環(huán)和軸同步運(yùn)動(dòng)。轉(zhuǎn)速增加，由于在環(huán)和軸的接觸部位有油潤(rùn)滑，摩擦力降低，油環(huán)會(huì)出現(xiàn)滯后。,圖13－20,圖13－20,松環(huán)的供油量與環(huán)的質(zhì)量、寬度、浸油深度以及潤(rùn)滑油的粘度有關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)證明，松環(huán)的供油量對(duì)軸承的潤(rùn)滑是完全夠用的。如果在油環(huán)的內(nèi)表面上開出窄的溝槽，如圖c所示，供油量會(huì)明顯增大，軸的溫度也會(huì)明顯降低。松環(huán)適用于v ≤ 20m/s，運(yùn)

46、轉(zhuǎn)比較平穩(wěn)的軸承。,如圖b所示，油環(huán)通過緊固螺釘或其它方式固定在軸上，稱為固定環(huán)。這種結(jié)構(gòu)主要用于低速，通常v ≤ 13m/s范圍內(nèi)使用。,圖13－20,（4）壓力循環(huán)潤(rùn)滑 如圖所示，壓力循環(huán)潤(rùn)滑是一種強(qiáng)制潤(rùn)滑方法。潤(rùn)滑油泵將一潤(rùn)高壓力的油經(jīng)油路導(dǎo)入軸承，潤(rùn)滑油經(jīng)軸承兩端流,圖13－21,會(huì)油池，構(gòu)稱個(gè)循環(huán)潤(rùn)滑。這種潤(rùn)滑方法供油量充足，潤(rùn)滑可靠，并有冷卻和沖洗軸承的作用。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、費(fèi)用較高。常用于重載、高速和載荷變化較

47、大的軸承當(dāng)中。,圖13－22,2）脂潤(rùn)滑 潤(rùn)滑脂只能間歇供給。常用的裝置如圖所示的（圖a）旋蓋注油油杯和（圖b）壓注油杯。旋蓋注油油杯靠旋緊杯蓋將杯內(nèi)潤(rùn)滑脂壓入軸承工作面；壓注油杯靠油槍壓注潤(rùn)滑脂至軸承工作面。,滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑方式可根據(jù)系數(shù)k選定： 式中：p為比壓，單位MPa；v為軸頸的線速度，單位m/s。 當(dāng)k ≤ 2時(shí)，用潤(rùn)滑脂，