机械设计第12章 滑动轴承..

第12章滑动轴承§12-1滑动轴承概述§12-2滑动轴承的典型结构§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料§12-4滑动轴承轴瓦结构§12-5滑动轴承润滑剂的选择§12-6不完全液体润滑滑动轴承的设计计算§12-7液体动力润滑径向滑动轴承的设计计算§12-8其它形式滑动轴承简介分类滚动轴承轴承的功用：用来支承轴及轴上零件。滑动轴承优点多，应用广用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。§12-1滑动轴承概述1．能承担一定的载荷，具有一定的强度和刚度。2．具有小的摩擦力矩，使回转件转动灵活。3．具有一定的支承精度，保证被支承零件的回转精度。一、轴承的基本要求二、轴承的分类按摩擦性质分按受载方向分按润滑状态分向心推力(径向止推)轴承向心(径向)轴承推力(止推)轴承不完全液体润滑滑动轴承液体润滑滑动轴承三、滑动轴承的应用领域1.工作转速特高的轴承，汽轮发电机；2.要求对轴的支承位置特别精确的轴承，如精密磨床；3.特重型的轴承，如水轮发电机；4.承受巨大冲击和振动载荷的轴承，如破碎机；5.根据装配要求必须做成剖分式的轴承，如曲轴轴承；6.在特殊条件下（如水中、或腐蚀介质）工作的轴承，如舰艇螺旋桨推进器的轴承；7.轴承处径向尺寸受到限制时，可采用滑动轴承。如多辊轧钢机。四、滑动轴承的设计内容轴承的型式和结构选择；轴瓦的结构和材料选择；轴承的结构参数设计润滑剂及其供应量的确定；轴承工作能力及热平衡计算。一、向心滑动轴承组成：轴承座、轴套或轴瓦等。§12-2滑动轴承的结构型式油杯孔轴承(1)结构简单，成本低廉。应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。(2)因磨损而造成的间隙无法调整。(3)只能从沿轴向装入或拆。1.整体式向心滑动轴承轴承座特点：将轴承座或轴瓦分离制造，两部分用联接螺栓。剖分式向心滑动轴承螺纹孔轴承座轴承盖联接螺栓剖分轴瓦2.剖分式向心滑动轴承特点：结构复杂，可以调整因磨损而造成的间隙，安装方便。应用场合：低速、轻载或间歇性工作的机器。榫口潘存云教授研制潘存云教授研制作用：用来承受轴向载荷二、推力滑动轴承结构形式：潘存云教授研制21F1F2F21F21空心式——轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件比实心式要好。单环式——利用轴颈的环形端面止推，结构简单，润滑便，广泛用于低速、轻载的场合。多环式——不仅能承受较大的轴向载荷，有时还可承受双向轴向载荷。各环间载荷分布不均，其单位面积的承载能力比单环式低50%。潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制结构特点：在轴的端面、轴肩或安装圆盘做成止推面。在止推环形面上，分布有若干有楔角的扇形快。其数量一般为6~12。——倾角固定，顶部预留平台类型固定式可倾式用来承受停车后的载荷。——倾角随载荷、转速自行调整，性能好FF巴氏合金绕此边线自行倾斜F§12-3滑动轴承的失效形式及常用材料一、滑动轴承常见失效形式磨粒磨损——进入轴承间隙的硬颗粒有的随轴一起转动，对轴承表面起研磨作用。刮伤——进入轴承间隙的硬颗粒或轴径表面粗糙的微观轮廓尖峰，在轴承表面划出线状伤痕。胶合——当瞬时温升过高，载荷过大，油膜破裂时或供油不足时，轴承表面材料发生粘附和迁移，造成轴承损伤。疲劳剥落——在载荷得反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，扩展后造成轴承材料剥落。腐蚀——润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀，材料腐蚀易形成点状剥落。潘存云教授研制微动磨损——发生在名义上相对静止，实际上存在循环的微幅相对运动的两个紧密接触的表面上。其它失效形式:气蚀——气流冲蚀零件表面引起的机械磨损；流体侵蚀——流体冲蚀零件表面引起的机械磨损；电侵蚀——电化学或电离作用引起的机械磨损；轴瓦失效实例:潘存云教授研制疲劳点蚀潘存云教授研制表面划伤潘存云教授研制轴瓦磨损潘存云教授研制汽车用滑动轴承故障原因的平均比率其它气蚀制造精度低腐蚀故障原因6.08.115.911.138.3比率／(％)6.72.85.55.6比率／(％)超载对中不良安装误差润滑油不足不干净故障原因二、滑动轴承的材料1.轴承材料性能的要求(1)减摩性——材料副具有较低的摩擦系数。(2)耐磨性——材料的抗磨性能，通常以磨损率表示。(3)抗胶合——材料的耐热性与抗粘附性。(4)摩擦顺应性——材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力。(5)嵌入性——材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能。(6)磨合性——轴瓦与轴颈表面经短期轻载运行后，形成相互吻合的表面形状和粗糙度的能力。轴承材料是指在轴承结构中直接参与摩擦部分的材料，如轴瓦和轴承衬的材料。工程上常用浇铸或压合的方法将两种不同的金属组合在一起，性能上取长补短。轴承衬此外还应有足够的强度和抗腐蚀能力、良好的导热性、工艺性和经济性。能同时满足这些要求的材料是难找的，但应根据具体情况主要的使用要求。滑动轴承材料金属材料非金属材料轴承合金铜合金铝基轴承合金铸铁多孔质金属材料工程塑料碳-石墨橡胶木材2.常用轴承材料潘存云教授研制（1）轴承合金（白合金、巴氏合金）是锡、铅、锑、铜等金属的合金，锡或铅为基体。优点：f小，抗胶合性能好、对油的吸附性强、耐腐蚀性好、容易跑合、是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。缺点：价格贵、机械强度较差；只能作为轴承衬材料浇注在钢、铸铁、或青铜轴瓦上。工作温度：t120℃由于巴式合金熔点低潘存云教授研制（2）铜合金优点：青铜强度高、承载能力大、耐磨性和导热性都优于轴承合金。工作温度高达250℃。缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。青铜可以单独制成轴瓦，也可以作为轴承衬浇注在钢或铸铁轴瓦上。铝青铜铅青铜锡青铜中速重载中速中载低速重载（3）铝基合金铝锡合金：有相当好的耐腐蚀合和较高的疲劳强度，摩擦性能也较好。在部分领域取代了较贵的轴承合金与青铜。（4）铸铁：用于不重要、低速轻载轴承。含油轴承：用粉末冶金法制作的轴承，具有多孔组织，可存储润滑油。可用于加油不方便的场合。运转时轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，油自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油，可使用较长时间。（5）多孔质金属材料橡胶轴承：具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可用水润滑。常用于潜水泵、沙石清洗机、钻机等有泥沙的场合。工程塑料：具有摩擦系数低、可塑性、跑合性良好、耐磨、耐腐蚀、可用水、油及化学溶液等润滑的优点。缺点：导热性差、膨胀系数大、容易变形。为改善此缺陷，可作为轴承衬粘复在金属轴瓦上使用。（6）非金属材料碳-石墨：是电机电刷常用材料，具有自润滑性，用于不良环境中。木材：具有多孔结构，可在灰尘极多的环境中使用。表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料牌号类别（名称）锡基轴承合金铅基轴承合金ZSnSb11Cu6ZSnSb8Cu4ZPbSb16Sn16Cu2ZCuSn10P1(10-1锡青铜)ZPbSb15Sn56Cu3Cd2ZCuSn5Pb5Zn5(5-5-5锡青铜)ZCuPb30(30铅青铜)ZCuAl10Fe3(10-3铝青铜)15121015412251230831515101558520601525802011151135351134425552锡青铜铅青铜铝青铜最大许用值①性能比较②平稳载荷用于高速、重载下工作的重要轴承，变载荷下易于疲劳，价贵。用于中速、中等载荷作的轴承，不宜受显著冲击。可作为锡锑轴承合金的代用品。用于中速重载及受变载荷的轴承用于中速中载的轴承用于高速、重载轴承，承受变载和冲击最宜用于润滑充分的低速重载轴承说明冲击载荷[p][v][pv]MPam/sMPa·m/s抗咬顺应性耐蚀疲劳粘性嵌入性性强度注：①[pv]为不完全润滑下的许用值②性能比较：1~5依次由佳到差续表12-1常用轴瓦及轴承衬材料的性能材料牌号类别（名称）黄铜铝基轴承合金ZCuZn16Si4(16-4硅黄铜)2%铝锡合金铝-硅-镉镀层HT300HT150HT25020~3514—431214~35——12221221055110.1~63~0.750.3~0.454511三元电镀合金银镀层灰铸铁最大许用值①性能比较②用于低俗、中载轴承用于高速、中载轴承，是较新的轴承材料，强度高、耐腐蚀、表面性能好。可用于增压强化柴油机轴承宜用于低速、轻载的不重要轴承说明[p][v][pv]MPam/sMPa·m/s抗咬顺应性耐蚀疲劳粘性嵌入性性强度注：①[pv]为不完全润滑下的许用值②性能比较：1~5依次由佳到差1011055111~42~0.5—4511ZCuZn40Mn4(40-2锰黄铜)28~35——2311耐磨铸铁镀铅锡青铜作中间层，再镀10~30µm三元减摩层，疲劳强度高，嵌入性好镀银，上附薄层铅再镀铟，用于飞机发动机、柴油有轴承§12-4滑动轴承轴瓦结构一、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§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构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潘存云教授研制薄壁轴瓦潘存云教授研制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。§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构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潘存云教授研制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§12-4滑动轴承轴瓦结构一、轴瓦的形式和结构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潘存云教授研制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潘存云教授研制——将轴瓦一端或两端做凸缘凸缘定位二、轴瓦的定位方法轴向定位凸耳(定位唇)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。紧定螺钉周向定位销钉潘存云教授研制潘存云教授研制三、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。潘存云教授研制进油孔油槽潘存云教授研制F潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制潘存云教授研制开孔原则：形式：按油槽走向分——沿轴向、绕周向、斜向、螺旋线等。F（2）轴向油槽不能开通至轴承端部，应留有适当的油封面。（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；双轴向油槽开在轴承剖分面上δδ单轴向油槽在最大油膜厚度处φa潘存云教授研制潘存云教授研制45˚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。Bd§12-5滑动轴承润滑剂的选择一、概述作用：降低摩擦功耗、减少磨损、冷却、吸振、防锈等。分类液体润滑剂——润滑油半固体润滑剂——润滑脂固体润滑剂二、润滑脂及其选择特点：无流动性，可在滑动表面形成一层薄膜。适用场合：要求不高、难以经常供油，或者低速重载以及作摆动运动的轴承中。１．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：１．当压力高和滑动速度低时，选择针入度小一些的品种；反之，选择针入度大一些的品种。选择原则：２．所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高约20～30℃，以免工作时润滑脂过多地流失。３．在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性能强的钙基或铝基润滑脂。在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂。表12-4滑动轴承润滑脂的选择压力(强)p/MPa轴颈圆周速度v/(m/s)最高工作温度℃选用的牌号≤1.0≤1753号钙基脂1.0~6.50.5~5552号钙基脂≥6.5≤0.5753号钙基脂≤6.50.5~51202