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滑动轴承教程分析
【教学内容】：滑动轴承的结构、类型和应用；轴瓦的结构和滑动轴承的材料；非液体摩擦滑动轴承的计算。
【基本要求】：熟悉滑动轴承的结构、类型和应用；能合理选择滑动轴承的结构；掌握非液体摩擦滑动轴承的计算。
【教学重点及难点】：常用滑动轴承的典型结构；非液体摩擦滑动轴承的计算。
【教学方法】: 讲授法 利用板书及多媒体等方式，结合实例，进行启发式、引导式教学。
【学时】：课堂教学：2学时。
工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承（图14-1a）。
滑动轴承工作表面的摩擦状态有非液体摩擦和液体摩擦之分。图14-1b、图14-1c是轴承摩擦表面的局部放大图，如图14-1b所示，摩擦表面不能被润滑油完全隔开的轴承称为非液体摩擦滑动轴承。这种轴承的摩擦表面容易磨损，但结构简单，制造精度要求较低，用于一般转速，载荷不大或精度要求不高的场合。摩擦表面完全被润滑油隔开的轴承称为液体摩擦滑动轴承，如图14-1c所示。这种轴承与轴表面不直接接触，因此避免了磨损。液体摩擦滑动轴承制造成本高，多用于高速、精度要求较高或低速、重载的场合。
a 滑动轴承原理图 b非液体摩擦状态 c 液体摩擦状态
图14-1滑动轴承的摩擦状态
根据轴承所能承受的载荷方向不同，滑动轴承可分为向心滑动轴承和推力滑动轴承。向心滑动轴承用于承受径向载荷；推力滑动轴承用于承受轴向载荷。

14—1滑动轴承的结构形式与特点

1．整体式滑动轴承 是在机体上、箱体上或整体的轴承座上直接镗出轴承孔，并在孔内镶入轴套，如图14-2所示，安装时用螺栓联接在机架上。这种轴承结构形式较多，大都已标准化。它的优点是结构简单、成本低；缺点是轴颈只能从端部装入，安装和维修不便，而且轴承磨损后不能调整间隙，只能更换轴套，所以只能用在轻载、低速及间歇性工作的机器上。
图14-2整体式向心滑动轴承
2．剖分式滑动轴承（对开式滑动轴承） 如图14-3所示，它由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦等组成。在轴承座和轴承盖的剖分面上制有阶梯形的定位止口，便于安装时对心。还可在剖分面间放置调整垫片，以便安装或磨损时调整轴承间隙。轴承剖分面最好与载荷方向近于垂直。一般剖分面是水平的或倾斜45°角，以适应不同径向载荷方向的要求。这种轴承装拆方便，又能调整间隙，克服了整体式轴承的缺点，得到了广泛的应用

图14-3剖分式滑动轴承

3．调心式滑动轴承 当轴颈较宽（宽径比B/d＞1.5）、变形较大或不能保证两轴孔轴线重合时，将引起两端轴套严重磨损，这时就应采用调心式滑动轴承。如图14-4所示，就是利用球面支承，自动调整轴套的位置，以适应轴的偏斜。
图14-4调心式滑动轴承
4．推力滑动轴承 推力滑动轴承用于承受轴向载荷。常见的推力轴颈形状如图14-5所示。实心端面轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀，以致轴心部分压强极高，所以很少采用。空心端面轴颈和环状轴颈工作情况较好。载荷较大时，可采用多环轴颈。
图14-5推力滑动轴承

14—2 轴瓦的结构和材料
1．轴瓦的结构
常用的轴瓦有整体式和剖分式两种结构。
整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称为轴套，如图14-6a所示。剖分式轴承采用剖分式轴瓦，如图14-6b所示。
a 整体式轴瓦 b 剖分式轴瓦
图14-6轴瓦的结构
轴瓦可以由一种材料制成，也可以在高强度材料的轴瓦基体上浇注一层或两层轴承合金作为轴承衬，称为双金属轴瓦或三金属轴瓦。为了使轴承衬与轴瓦基体结合牢固，可在轴瓦基体内表面或侧面制出沟槽，如图14-7所示。
图14-7瓦背内壁沟槽
为了使润滑油能均匀流到轴瓦的整个工作表面上，轴瓦上要开出油孔和油沟，一般油孔和油沟应开在非承载区，以保证承载区油膜的连续性。图14-8所示为几种常见的油沟形式。
图14-8油沟形式(非承载区)
2．轴承的材料
轴承材料是指与轴颈直接接触的轴瓦或轴承衬的材料。对其材料的主要要求是：
（1）具有足够的抗压、抗疲劳和抗冲击能力。
（2）具有良好的减摩性、耐磨性和磨合性，抗粘着磨损和磨粒磨损性能较好。
（3）具有良好的顺应性和嵌藏性，具有补偿对中误差和其他几何误差及容纳硬屑粒的能力。
（4）具有良好的工艺性、导热性及抗腐蚀性能等。
但是，任何一种材料不可能同时具备上述性能，因而设计时应根据具体工作条件，按主要性能来选择轴承材料。常用的轴瓦或轴承衬的材料及其性能见表14-1。
表14-1常用的金属轴瓦材料及性能
轴承材料
最大许用值
最高工作温度
oC
最小轴颈硬度
HBS
性能比较
备 注
[p]
MPa
[v]
m/s
[pv]
MPa·
M/s
抗咬粘性
顺嵌应藏性性
耐蚀性
疲劳强度
锡基
轴承
合金
ZSnSb11Cu6
ZSnSb8Cu4
平稳载荷
150
150
1
1
1
5
用于高速、重载下工作的重要轴承，变载荷下易疲劳，价贵。
25
80
20
冲击载荷
20
60
15
铅基
轴承
合金
ZPbSb16Sn16Cu2
15
12
10
150
150
1
1
3
5
用于中速、中等载荷的轴承，不宜受显著的冲击载荷。可作为锡锑轴承合金的代用品
ZPbSb15Sn5Cu3
5
8
5
锡
青
铜
ZCuSn10P1
15
10
15
280
200
3
5
1
1
用于中速、重载及受变载荷的轴承
ZCuSn5Pb5Zn5
8
3
15
用于中速、中等载荷的轴承
铝
青
铜
ZCuAl10Fe3
15
4
12
280
200
5
5
5
2
用于润滑充分的低速、重载轴承
除了上述几种金属材料外，还可采用其它金属材料及非金属材料，如黄铜、铸铁、塑料、橡胶及粉末冶金等作为轴瓦材料。

14—3非液体摩擦滑动轴承的计算
1．径向滑动轴承
设计轴承时，通常已知轴颈的直径d、转速n及轴承径向载荷Fr。因此，轴承的设计是根据这些条件，选择类型、轴瓦材料、确定轴承宽度B，并进行校核计算。对于非标准轴承还需进行结构设计。
对于非液体润滑轴承，常取宽度B=（0.8~1.5）d；如选用标准滑动轴承座，则宽度B值可由有关标准或手册中查到。
由于滑动轴承的主要失效形式为磨损和胶合，故设计时应进行相应的校核计算。
（1）验算平均压强p
为防止轴颈与轴瓦间的润滑油被挤出而发生过度磨损，应限制压强p。径向滑动轴承的承载情况如图14-9所示。
图14-9径向滑动轴承的计算图
(14-1)
式中：Fr为轴承所受的径向载荷（N）；B为轴承宽度（mm）；d为轴颈的直径（mm）；〔p〕为许用压强（MPa），由表14-1查取。
（2）验算pv值
为了防止轴承因温度升高过热而发生胶合，应限制轴承单位面积上的摩擦功率fpv值。由于摩擦系数f可认为是定值，于是限制pv值，即可限制温升。
(14-2)
式中：n为轴的转速（r/min）；〔pv〕为pv的许用值（MPa·m/s），见表14-1。
（3）验算轴颈的圆周速度v
当压强p较小时，虽然用式14-1、14-2验算p和pv值均合格，但由于轴产生弯曲或不同心，轴承的局部区域，可能产生相当高的压力，当速度v过高时，局部的pv值可能超过其许用值，轴承会加速磨损，因而还要求
(14-3)
式中：〔v〕为轴颈的许用圆周速度（m/s），见表14-1。
2．推力滑动轴承的计算
推力滑动轴承的计算与径向轴承的计算相似，当轴承的结构型式及基本尺寸确定后，要对其p和pv值进行验算。推力滑动轴承的承载情况如图14-10所示。
图14-10推力轴承的计算图
（1）校核压强p
(14-4)
式中：Fa为轴向载荷（N）；〔p〕为许用压强（MPa），见表14-2。
（2）校核pv值
(14-5)
式中：vm为轴颈的平均圆周速度， （m/s）；dm为轴颈的平均直径， （mm）；n为轴的转速（r/min）；〔pv〕为pv的许用值（MPa·m/s）见表14-2。
表14-2推力轴承的〔p〕和〔pv〕值
轴材料
未淬火钢
淬火钢
轴瓦材料
铸铁
青铜
轴承合金
青铜
轴承合金
〔p〕/MPa
2~2.5
4~5
5~6
7.5~8
8~9
〔pv〕/MPam/s
1~2.5

14—4、滑动轴承的润滑
润滑对减少滑动轴承的摩擦和磨损以及保证轴承正常工作具有重要意义。因此，设计和使用轴承时，必须合理地采取措施，对轴承进行润滑。
1. 润滑剂
（1）润滑油
润滑油是使用最广的润滑剂，其中以矿物油应用最广。润滑油的主要性能指标是粘度。通常它随温度的升高而降低。我国润滑油产品牌号是按运动粘度（单位为mm2/s，记为cSt，读作厘斯）的中间值划分的。例如L—AN46全损耗系统用油（机械油），即表示在40℃时运动粘度的中间值为46cSt，（40℃时的运动粘度记为ν40）。除粘度之外，润滑油的性能指标还有凝点、闪点等。滑动轴承常用的润滑油牌号及选用可参考表14-3。
表14-3滑动轴承常用润滑油牌号选择
轴颈圆周速度
v（m/s）
轻载 p＜3MPa
工作温度(10~60℃)
中载 p=3~7.5MPa
工作温度(10~60℃)
重载 p＞7.5~30MPa
工作温度(20~80℃)
运动粘度
ν40 (cSt)
适用油牌号
运动粘度
ν40 (cSt)
适用油牌号
运动粘度
ν40(cSt)
适用油牌号
0.3~1.0
45~75
L-AN46，L-AN68
100~125
L-AN100
90~350
L-AN100，L-AN150
L-AN200，L-AN320
1.0~2.5
40~75
L-AN32，L-AN46，
L-AN68
65~90
L-AN68
L-AN100

2.5~5.0
40~55
L-AN32，L-AN46

5.0~9.0
15~45
L-AN15，L -AN22，L-AN32，L-AN46

＞9
5~23
L-AN7，L-AN10,
L-AN15，L-AN22

（2）润滑脂
润滑脂是由润滑油添加各种稠化剂和稳定剂稠化而成的膏状润滑剂。润滑脂主要应用在速度较低（轴颈圆周速度小于1~2m/s）、载荷较大、不经常加油、使用要求不高的场合。具体选用见表14-4。
表14-4滑动轴承润滑脂选择
轴承压强
p（MP a）
轴颈圆周速度
v（m/s）
最高工作温度
t（℃）
润滑脂牌号
＜1.0
≤1.0
75
3号钙基脂
1.0~6.5
0.5~5.0
55
2号钙基脂
1.0~6.5
≤1.0
－50~100
2号锂基脂
≤6.5
0.5~5.0
120
2号钠基脂
＞6.5
≤0.5
75
3号钙基脂
＞6.5
≤0.5
110
1号钙钠基脂
除了润滑油和润滑脂之外，在某些特殊场合，还可使用固体润滑剂，如石墨、二硫化钼、水或气体等作润滑剂。
2．润滑方法
在选用润滑剂之后，还要选用恰当的润滑方式。滑动轴承的润滑方法可按下式求得的k值选用：
(14-6)
式中：p为轴颈的平均压强（MPa）；v为轴颈的圆周速度（m/s）。
当k≤2时，若采用润滑脂润滑，可用图14-11a所示的旋盖式油杯或用图14-11b所示的压配式压注油杯定期加润滑脂润滑；若采用润滑油润滑，用图14-11b所示的压配式压注油杯或图14-11c所示的旋套式油杯定期加油润滑。当k＞2~16时，用图14-11e所示的针阀式注油杯或图14-11d所示的油芯式油杯进行连续的滴油润滑。
a旋盖式油杯 b压配式压注油杯 c旋套式油杯
d油芯式油杯 e 针阀式注油杯
图14-11几种供油装置
当k＞16~32时，用图14-12所式的油环带油方式，或采用飞溅、压力循环等连续供油方式进行润滑；当k＞32时，则必须采用压力循环的供油方式进行润滑。
图14-12油环润滑

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