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第15章滑动轴承滑动轴承滑动轴承通过润滑剂作为中间介质将旋转的轴与固定的机架(座)分隔开，以达到减少摩擦的作用，是一种工作在滑动摩擦状态下的轴承。其基本的结构包括轴瓦(套)和轴颈。滑动轴承主要用于滚动轴承难以满足工作要求的场合，如高转速、长寿命、低摩擦阻力、承受大的冲击载荷、低噪声和无污染等条件．另外，为降低成本，一些极简单的回转件支承也常采用滑动轴承。滑动轴承功用：1、支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；2、减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。分类：滚动轴承和滑动轴承两大类。应用：在高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合下，滑动轴承就显示出它的优异性能。因而在汽轮机、离心式压缩机、内燃机、大型电机中多采用滑动轴承。此外，在低速而带有冲击的机器中，如水泥搅拌机、滚筒清砂机、破碎机等也常采用滑动轴承。§15—1摩擦状态1．干摩擦2．边界摩擦3．液体摩擦4.混合摩擦(或称为非液体摩擦)。摩擦状态1．干摩擦当两摩擦表面间不加任何润滑剂时，即出现固体表面间直接接触的摩擦(图15—1a)，工程称为干摩擦。此时，必有大量的摩擦功损耗和严重的磨损。在滑动轴承中则表现为强烈的升温，甚至把轴瓦烧毁。所以，在滑动轴承中不允许出现干摩擦。2．边界摩擦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，因而在金属表面上形成极薄的边界油膜(图15—1b)不足以将两金属表面分隔开，所以相互运动时，两金属表面微观的高峰部分仍将互相搓削，这种状态称为边界摩擦。一般而言，金属表面覆盖一层边界油膜后，虽不能绝对消除表面的磨损，却可以起着减轻磨损的作用。这种状态的摩擦系数f≈0.1~0.3。3．液体摩擦若两摩擦表面间有充足的润滑油，而且能满足一定的条件(见§15—6)，则在两摩擦面间可形成厚度达几十微米的压力油膜。它能将相对运动着的两金属表面分隔开，如图15—1c所示。此时只有液体之间的摩擦，称为液体摩擦，又称为液体润滑。换言之，形成的压力油膜可以将重物托起，使其浮在油膜之上。由于两摩擦表面被油隔开而不直接接触，摩擦系数很小(f=0.001~0.01)，所以显著地减少了摩擦和磨损。综合上述，液体摩擦是最理想的情况。混合摩擦在一般机器中，摩擦表面多处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的混合状态，称为混合摩擦(或称为非液体摩擦)。摩擦的作用(1)主要的能量损耗，如齿轮传动，蜗杆传动中由于啮合齿间相对滑动产生的摩擦损耗等．摩擦造成的经济损失是惊人的．由摩擦造成的磨损是机械设备中主要的失效形式．(2)机械传动的动力，如带传动和摩擦轮传动．(3)能量转换的中介，如摩擦制动器，通过将机械的动能转换成摩擦热，使动能转换成热能，起到制动的作用等．磨损磨损是指一个物体由于机械的原因，与一个固体的、液体的或气体的摩擦副元素发生接触或相对运动，而使表面材料不断损失的过程．机械零件的磨损失效据统计占零件失效的60％～80％，机械零件的耐磨性设计对于节约材料和能源，提高零件的使用寿命，减少维修的费用等有着巨大的经济和社会效益。机械零件的一般磨损过程磨损一般包括三个阶段：(1)磨合磨损是指在机器使用初期，为改善机器零件的适应性、表面形态和摩擦相容性的磨损过程．此时，磨损率逐渐下降．(2)稳定磨损磨损率保持不变，属于正常工作阶段．磨损率越低，零件的使用寿命越长．(3)失效磨损磨损率急剧增加，使工作条件迅速恶化，导致失效．磨损的主要类型(1)磨粒磨损(2)粘着磨损(3)表面疲劳磨损(4)腐蚀磨损(1)磨粒磨损外界硬颗粒或对磨表面上的硬凸起物在摩擦过程中引起表面材料脱落的现象，称为磨粒磨损．它的特征是摩擦表面沿滑动方向形成划痕，在一些脆性材料上还会有崩碎及颗粒。磨粒磨损的主要作用机理是磨粒在摩擦表面的犁耕作用，即微观切削过程，因此磨粒与材料的相对硬度和外载荷的大小是影响磨粒磨损程度的主要因素．而其他条件相同时，大的外载荷会增大磨损率。(2)粘着磨损当摩擦副表面相对滑动时，相互接触的表面由于粘着效应形成粘着结点发生剪切断裂，被剪切的材料或脱落成磨屑，或由一个表面迁移到另一个表面，此类磨损统称为粘着磨损．粘着磨损的特征是出现材料的转移，同时沿滑动方向存在不同程度的滑痕．根据粘着磨损发生的程度不同，粘着磨损包括发生在材料浅层的轻微磨损和胶合磨损。(3)表面疲劳磨损两个相互滚动或滚动兼滑动的摩擦表面，在循环接触应力作用下，由于材料疲劳剥落而形成凹坑，统称为表面疲劳磨损或接触疲劳磨损。疲劳表面的典型外观是表面出现疲劳裂纹和点蚀．一般说来，表面疲劳磨损是不可避免的，即使是在良好的油膜润滑条件下也会发生。(4)腐蚀磨损由于金属与周围介质发生化学或电化学反应，造成摩擦副的表面损伤，统称为腐蚀磨损．腐蚀磨损主要包括氧化磨损和特殊介质腐蚀磨损两种．由于微动磨损和气蚀中化学反应影响很大，所以也被认为是腐蚀磨损。摩擦化学磨损的表面一般具有反应物(膜、微粒)。耐磨性设计零部件的耐磨性设计主要包括：润滑与密封设计、摩擦副材料的匹配与材料表面强化、耐磨性结构设计、摩擦副表面形貌的控制等方面。磨损监控就是对机械进行定期或连续的磨损状态监测，并提出相应的改进措施，保证机械的正常工作．主要的方法有：光谱分析法、铁谱分析法——都是通过对机械中润滑油中的磨损颗粒进行分析，从而判断机械零部件磨损情况的方法．噪声(或振动)分析法——通过将机械正常工作状态下的噪声(振动)与零件发生磨损后的噪声(振动)频谱进行比较，即可预测或预报严重磨损的出现。§15—2滑动轴承的结构型式滑动轴承的分类：按照承受载荷的方向主要分为1、向心滑动轴承—又称径向滑动轴承，主要承受径向载荷；2、推力滑动轴承—承受轴向载荷。一、向心滑动轴承组成：图15—2所示是一种普通的剖分式轴承。它是由轴承盖1、轴承座2、剖分轴瓦3和联接螺栓4等组成。轴承中直接支承轴颈的零件是轴瓦。为了安装时容易对心，在轴承盖与轴承座的中分面上做出阶梯形的榫口。轴承盖应当适度压紧轴瓦，使轴瓦不能在轴承孔中转动。轴承盖上制有螺纹孔，以便安装油杯或油管。剖分式轴承轴瓦轴瓦是滑动轴承中的重要零件。如图15-3所示，向心滑动轴承的轴瓦内孔为圆柱形。若载荷方向向下，则下轴瓦为承载区，上轴瓦为非承载区。润滑油应由非承载区引入，所以在顶部开进油孔。在轴瓦内表面，以进油口为中心沿纵向、斜向或横向开有油沟，以利于润滑油均匀分布在整个轴颈上。油沟的形式很多，如图15—4所示。一般油沟与轴瓦端面保持一定距离，以防止漏油。油沟的形式润滑油应由非承载区引入向心滑动轴承当载荷垂直向下或略有偏斜时，轴承的中分面常为水平方向。若载荷方向有较大偏斜时，则轴承的中分面也斜着布置(通常倾斜450)，使中分平面垂直于或接近垂直于载荷(图15—5)。图15—6所示为润滑油从两侧导人的结构，常用于大型的液体润滑的滑动轴承中。一侧油进入后被旋转着的轴颈带人楔形间隙中形成动压油膜，另一侧油进入后覆盖在轴颈上半部，起着冷却作用，最后油从轴承的两端泄出。图15—7所示的轴瓦两侧面镗有油室，这种结构可以使润滑油顺利地进入轴瓦与轴颈的间隙。斜开的向心滑动轴承两侧供油的滑动轴承两侧供油的滑动轴承轴瓦的宽径比轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比，它是向心滑动轴承中的重要参数之一。对于液体摩擦的滑动轴承，常取B/d=0.5~1；对于非液体摩擦的滑动轴承，常取B/d=0.8~1.5，有时可以更大些。二、推力滑动轴承轴上的轴向力应采用推力轴承来承受。止推面可以利用轴的端面，也可在轴的中段做出凸肩或装上推力圆盘。平行平面之间是不能形成动压油膜的，因此须沿轴承止推面按若干块扇形面积开出楔形。图15—8a所示为固定式推力轴承，其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。图b为可倾式推力轴承，其扇形块的倾斜角能随载荷、转速的改变而自行调整，因此性能更为优越。扇形块数一般为6~12，图c为扇形块的放大图。推力滑动轴承§15-3轴瓦及轴承衬材料对轴瓦材料性能的要求：1)摩擦系数小；2)导热性好，热膨胀系数小；3)耐磨、耐蚀、抗胶合能力强；4)要有足够的机械强度和可塑性。为满足较要求，常见的是用两层不同金属做成的轴瓦，两种金属在性能上取长补短。在工艺上可以用浇铸或压合的方法，将薄层材料粘附在轴瓦基体上。粘附上去的薄层材料通常称为轴承衬。轴瓦及轴承衬材料常用的轴瓦和轴承衬材料有下列几种：一、轴承合金二、青铜三、具有特殊性能的轴承材料表15—l中给出常用轴瓦及轴承衬材料的性能一、轴承合金轴承合金(又称白合金、巴氏合金)有锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两大类。锡锑轴承合金的摩擦系数小，抗胶合性能良好，对油的吸附性强，耐蚀性好，易跑合，是优良的轴承材料，常用于高速、重载的轴承。但它的价格较贵且机械强度较差，因此只能作为轴承衬材料而浇铸在钢、铸铁(图15—9a及b)或青铜轴瓦上(图c)。用青铜作为轴瓦基体是取其导热性良好。铅锑轴承合金的各方面性能与锡锑轴承合金相近，但这种材料较脆，不宜承受较大的冲击载荷。它一般用于中速、中载的轴承。浇铸轴承合金的轴瓦二、青铜青铜的强度高，承载能力大，耐磨性与导热性都优于轴承合金。它可以在较高的温度(2500C)下工作。但它的可塑性差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。青铜可以单独做成轴瓦。为了节省有色金属，也可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴瓦材料的青铜，主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。在一般情况下，它们分别用于中速重载、中速中载和低速重载的轴承上。三、具有特殊性能的轴承材料用粉末冶金法(经制粉、成型、烧结等工艺)做成的轴承，具有多孔性组织，孔隙内可以贮存润滑油，常称为含油轴承。运转时，轴瓦温度升高，由于油的膨胀系数比金属大，因而自动进入摩擦表面起到润滑作用。含油轴承加一次油可以使用较长时间，常用于加油不方便的场合。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。橡胶轴承具有较大的弹性，能减轻振动使运转平稳，可以用水润滑，常用于潜水泵、砂石清洗机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承具有摩擦系数低，可塑性、跑合性良好，耐磨、耐蚀；可以用水、油及化学溶液润滑等优点。但它的导热性差，膨胀系数较大，容易变形。为改善此缺陷，可将薄层塑料作为轴承衬材料粘附在金属轴瓦上使用。§15—4润滑剂和润滑装置一、润滑剂轴承润滑的目的在于降低摩擦功耗，减少磨损，同时还起到冷却、吸振、防锈等作用。润滑剂分为：1)液体润滑剂—润滑油；2)半固体润滑剂—润滑脂；3)固体润滑剂等。特点：在润滑性能上润滑油一般比润滑脂好，应用最广。但润滑脂具有不易流失等优点，也常用。固体润滑剂除在特殊场合下使用外，目前正在逐步扩大使用范围。1、润滑油目前使用的润滑油大部分为石油系润滑油(矿物油)。在轴承润滑中，润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。粘度表征液体流动的内摩擦性能。润滑油的粘度并不是不变的，它随着温度的升高而降低，还随着压力的升高而增大，但压力不太高时(如小于10MPa)，变化极微，可略而不计。选用润滑油时，要考虑速度、载荷和工作情况。对于载荷大、温度高的轴承宜选粘度大的油，载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。2、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。特点：润滑脂密封简单，不需经常加添，不易流失，所以在垂直的摩擦表面上也可以应用。润滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用于高速。且润滑脂易变质，不如润滑油稳定。总的来说，一般参数的机器，特别是低速或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂润滑。润滑脂目前使用最多的是钙基润滑脂，它有耐水性，常用于60℃以下的各种机械设备中轴承的润滑。钠基润滑脂可用于115~1450C以下，但不耐水。锂基润滑脂性能优良，耐水，在一20~150℃范围内广泛适用，可以代替钙基、钠基润滑脂。3．固体润滑剂固体润滑剂有石墨、二硫化钼(MoS2)、聚氟乙烯树脂等多种品种。应用：一般在超出润滑油使用范围之外才考虑使用，例如在高温介质中，或在低速重载条件下。目前其应用已逐渐