1、第 12 章 滑动轴承基本内容轴承是支承轴颈或轴上的回转件。根据轴承的工作原理可分：滚动摩擦轴承（滚动轴承）和滑 动摩擦轴承（滑动轴承）。滑动轴承表面能形成润滑膜将运动副表面分开，则滑动摩擦力可大大降低，由于运动副表面不直接接触，因此也避免了磨损。滑动轴承的承载能力大，回转精度高，润滑膜具有抗冲击 作用，因此，在工程上获得广泛的应用。基本要求：1 熟练掌握滑动轴承的 类型和结构特点；2 熟练掌握非液体摩擦滑 动轴承的条件性计算 ；3 掌握轴瓦材料和轴瓦 结构；4 熟悉润滑油和润滑脂的性能和选择原则；5 了解液体摩擦动压向心滑 动轴承的设计计算。12.1 滑动轴承的类型轴承是支承轴颈或轴上的回转
2、件。根据轴承的工作原理可分：滚动摩擦轴承（滚动轴承）和滑动摩擦轴承（滑动轴承）。滑动轴承：在滑动轴承表面若能形成润滑膜将运动副表面分开， 则滑 动摩擦力可大大降低，由于运 动副表面不直接接触，因此也避免了磨损。滑动轴承的承 载能力大，回 转精度高，润滑膜具有抗冲击作用，因此，在工程上获得广泛的应用。润滑膜的形成是滑动轴承能正常工作的基本条件，影响润滑膜形成的因素有润滑方式、运动副相对运动速度、润滑剂的物理性质和运动副表面的粗糙度等。滑 动轴承的设计应 根据轴承的工作条件，确定 轴承的结构类型、选择润滑剂和润滑方法及确定轴承的几何参数。滑动轴承的类型根据承受载荷的方向分为:动压滑动轴承：利用相对
3、运动副表面的相对运动和几何形状，借助流体粘性，把润滑剂带进摩擦面之间，依靠自然建立的流体压力膜，将运动副表面分开的 润滑方法为流体 动力润滑。静压滑动轴承：在滑动轴承与轴颈表面之间输入高压润滑剂以承受外载荷，使运动副表面分离的润滑方法成为流体静压润滑。根据结构型式不同可分为：滑动轴承通常由轴承座、轴瓦、轴承衬和润滑结构等部分组 成12.2 轴瓦材料轴瓦分为剖分式和整体式结构。 为了改善轴瓦表面的摩擦性 质，常在其内径面上 浇铸一层或两层减摩材料，通常称为轴承衬，所以轴瓦又有双金属 轴瓦和三金属轴瓦。12.3 轴承材料轴瓦或轴承是滑动轴承的重要零件， 轴瓦和轴承衬的材料 统称为轴承材料。由于 轴
4、瓦或轴承衬与轴颈直接接触，一般轴颈部分比较耐磨，因此轴 瓦的主要失效形式是磨损。 轴 瓦的磨损与轴颈的材料、轴瓦自身材料、润滑剂和润滑状 态直接相关，选择轴瓦材料应综 合考虑这些因素，以提高滑 动轴 承的使用寿命和工作性能。轴承的材料有：1） 金属材料，如轴承合金、青铜、铝基合金、锌基合金等；2） 多孔质金属材料（粉末冶金材料）；3） 非金属材料。其中:轴承合金: 轴承合金又称白合金，主要是锡、 铅、锑或其它金属的合金，由于其耐磨型好、塑性高、跑合性能好、导热性好和抗胶和性好及与油的吸附性好，故适用于重载、高速情况下，轴承合金的强度较小，价格较贵，使用 时必须浇筑在青铜、钢带或铸铁的轴瓦上，形
5、成较薄的涂层。多孔质金属材料: 多孔质金属是一种粉末材料，它具有多孔组织，若将其浸在润滑油中，使微孔中充满润滑油， 变成了含油轴承，具有自润滑性能。多孔质金属材料的韧性小，只适应于平稳的无冲击载荷及中、小速度情况下。轴承塑料: 常用的轴承塑料有酚 醛塑料、尼龙、聚四氟乙烯等，塑料轴承有较大的抗压强度和耐磨性，可用油和水润滑，也有自润滑性能，但导热性差。12.4 润滑剂润滑剂的作用是减小摩擦阻力、降低磨损、冷却和吸振等，润滑剂有液态的、固态的和气体及半固态的，液体的 润滑剂称为润滑油，半固体的、在常温下呈油膏状为润滑脂。润滑油润滑油是主要的润滑剂，润滑油的主要物理性能指 标是粘度，粘度表征液体流
6、动的内摩擦性能，粘度越大，其流 动性愈差。润滑油另一物理性能是油性，表征 润滑油在金属表面上的吸附能力。油性愈大，对金属的吸附能力愈强，油膜愈容易形成。润滑油的选择应综 合考虑轴承的承载量、 轴颈转 速、润滑方式、滑动轴承的表面粗糙度等因素。一般原则如下：1、 在高速轻载的工作条件下，为了减小摩擦功耗可选择粘度小的 润滑油；2、 在重载或冲击载荷工作条件下，应采用油性大、粘度大的润滑油，以形成 稳定的润滑膜；3、 静压或动静压滑动轴 承可选用粘度小的润滑油；4、 表面粗糙或未经跑合的表面应选择粘度高的润滑油。流体动力润滑轴承的润滑油粘度的选取，可经过计算进行校核。润滑脂轴颈速度小于 1 m/s
7、 2 m/s 的滑 动轴承可以采用润滑脂，润滑脂是用矿物油、各种稠化剂（如钙、纳、锂、 铝等金属皂）和水调和而成，润滑脂的稠度（ 针入度）大，承 载能力大，但物理和化学性质不稳定，不宜在温度变化大的条件下使用，多用于低速重载或摆动的轴承中固体润滑剂和气体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钼 （MoS2）和聚四氟乙烯（PTFE）等多种品种。一般在重载条件下，或在高温工作条件下使用。气体润滑剂常用空气，多用于高速及不能用 润滑油或 润滑脂处。12.5 润滑方法向轴承提供润滑剂是形成润滑膜的必要条件，静 压轴承和 动静压轴承是通过油泵、 节流器和油沟向滑动轴承的轴瓦连续供油，形成油膜使得轴 瓦与轴颈表面
8、分开。 动压滑动轴 承的油膜是靠轴颈的转动将润滑油带进轴承间隙，其供油方式有连续供油和间歇供油。12.6 非液体滑动轴承的设计计算采用润滑脂、滴油润滑的轴承，由于得不到足够的油量，在相对运动表面间难于产生完整的承载油膜，轴承只能在混合摩擦状态下工作，属于非液体滑 动轴承。 这类轴承的的主要失效形式是磨 损和胶合，其次是表面压溃和点蚀。因此，该轴承的计算准则是，维护轴 承材料和边界油膜出发，控制轴承的平均压强 p、滑动速度 v 和乘积 pv 分别不超过许用值，即: pp； vv； pvpv式中:p、 v和pv 为许用值， 见表。对于径向轴承:p=F/(Bd)； v=dn 式中:F-轴承载荷；B-
9、轴承宽度； d-轴径直径；n-轴的转速对于推力轴承:p=F/(/4)(d2-d02)； v=(d+d0)/2n式中:d 和 d0-环行接触面的外径和内径，通常 d0=（0.60.8）d； -考虑因开油沟使接触面积减小的系数，通常=0.80.9。12.7.1 液体动压润滑的基本方程式雷诺方程在摩擦表面之间维持一定厚度的润滑油膜，使相 对运动的两摩擦表面完全隔开，这种轴承称为液体摩擦轴承，依靠摩擦表面间的相对运动速度和油的粘性而在油膜中自动产生压力场，并以此油膜压力平衡外载荷，从而保持一定油膜厚度的轴承称为液体动压轴承。描述 润滑油膜压强规律的数学表达式称 为雷诺方程。下图是两块成楔形间隙的平扳，
10、 间隙中充满润滑油。假 设两平板在 z 方向为无限宽( 即假设液体在 z 方向没有流动)，研究楔形油膜中一个微单元体上的受力平衡条件 ，即 :整理后即可得到压强 p 变化与剪应力的变化规律：将牛顿粘性定律公式 代入上式并积分；确定积分常数，即可得到描述油膜场中各点流速 v 的公式h 为任意位置 x 处的油膜厚度设在 z 方向取 l 单位长度，则单位时间内流经任意位置 x 处的流量为 ，将速度 v 公式代入， 积分即得 由于液体为不可压缩，因此流经任何 x 位置处的流量 Q 都应相等，亦即 Q 沿 x 方向无变化，这就是 连续条件，用数学表示即为 ，即得：(a)该式称为无限宽轴承液体动压基本方程
11、，又称一 维雷诺方程。实际轴承都是有限宽的，因此雷 诺方程是二维的，即：z 为轴承宽度方向坐标。雷诺方程描述了油膜场中各点油压 p 的分布规律，它是液体润滑理论的基础12.7.2 油楔承载机理对公式 积分一次，令 处的油膜厚度为 h0 则由一维雷诺方程得到如下公式(b)从上式可看出，如两块平板互相平行，即在任何 x 位置处都是 h=h0，则 ，亦即油压 p 沿 x 方向无变化，则油膜场中如无外压供应，油膜不能自 动产生动压。如果两块平板沿动平板运动速度 v 方向呈收缩形间隙，则动平板依靠粘性将润滑油由间隙 h 大的空间带向间隙小的空间，由此而使油的压强高于 环境压力。式（ b）中油压沿 x 方
12、向的变化率与油膜厚度 h 之间的关系，如图所示曲线。由式可知，当 h h0时 ，即油 压随 x 的增加而增大，这在图中相当于从油膜大端到 h0 这一部分；当 hh 0时 ，即油压随 x 的增加而减小，这在图中相当于从 h0 向右到油膜小端。而压强在 h=h0处最大。油 压分布曲线 沿整块动平板的积分即为其总承载能力，当 轴承油膜承载能力与外 载荷 F 平衡时，油膜场维持在一定油膜厚度下工作。对公式 积分一次，令 处的油膜厚度为 h0则由一维雷诺方程得到如由上述油楔承载机理可知，两相对运动表面间要建立 动压而保持连续油膜的条件是：（1）相对运动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙；（2）被油膜分开的
13、表面必须有一定的相对运动速度，其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出；（3）润滑油必须有一定黏度，供油要充分。这三条通常称为形成动压油膜的必要条件，缺少其中任何一条都不可能形成动压效应，构成动压轴承。除此之外， 为了保证动压轴承完全在液体摩擦状态下工作， 轴承工作时 的最小油膜厚度 hmin 必须大于油膜允许值。同时，考 虑到 轴承工作时，不可避免存在摩擦，引起 轴承升温，因此， 还必须 控制轴承的温升不超过允许值。另外， 动压轴承在启动和停 车时， 处于非液体摩擦状态，受到平均压强 p、滑动速度 v 及 pv 值的限制12.7.3 径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程径向滑动轴承的轴颈与
14、轴承孔间必须留有间隙，如 图所示，当轴颈静止时，轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触。此时，两表面间自然形成一收敛的楔形空间。当轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升。随着 转速的增大，轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空 间的油量也逐渐加多。这时，右侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈向左浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈 便稳定在一定的偏心位置上。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷 F 相平衡。此时，由于轴 承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程
