第15章滑动轴承 基本内容:摩擦状态、滑动轴承的结构形式、轴瓦结构、轴承材料、润滑剂和润滑装置 非液体摩擦滑动轴承的计算;动压润滑的基本原理 基本要求:了解滑动轴承的工作特点、结构、轴瓦的结构特点、润滑方式和润滑装置 熟悉轴承材料及其要求:掌握非液体润滑滑动轴承的计算方法。 重点:非液体摩擦滑动轴承的计算 计划学时:2学时 第一讲 轴承是机器中的重要零件之一。 ▲功用——支承轴及轴上零件,并保持轴的旋转精度:减少轴与支承之间的摩擦与磨损 ▲滑动轴承的特点与应用:与滚动轴承相比 ▲滑动轴承的设计内容 1)决定轴承的结构型式 2)选择轴瓦和轴承衬的材料 3)决定轴承结构参数 4)选择润滑剂和润滑方法 5)计算轴承工作能力 §15-1摩擦状态 摩擦一一是指在外力作用下,一物体相对另一物体运动或有运动趋势时,在其接触表 面间所产生切向阻力(摩擦力)的现象 根据两表面之间有油、无油,油多、油少的不同情况,可能产生以下几种摩擦状态: 干摩擦 对滑动轴承是不允许出现干摩擦的 边界摩擦 边界油膜很薄,一般<1μm,不足以把粗糙的金属表面完全隔开 液体摩擦 是一种比较理想的工作状态
1—— —— 第 15 章 滑动轴承 基本内容：摩擦状态、滑动轴承的结构形式、轴瓦结构、轴承材料、润滑剂和润滑装置； 非液体摩擦滑动轴承的计算；动压润滑的基本原理； 基本要求：了解滑动轴承的工作特点、结构、轴瓦的结构特点、润滑方式和润滑装置， 熟悉轴承材料及其要求；掌握非液体润滑滑动轴承的计算方法。 重 点：非液体摩擦滑动轴承的计算。 计划学时：2 学时 第一讲 轴承是机器中的重要零件之一。 ▲功用——支承轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度；减少轴与支承之间的摩擦与磨损。 ▲滑动轴承的特点与应用：与滚动轴承相比 ▲滑动轴承的设计内容： l）决定轴承的结构型式； 2）选择轴瓦和轴承衬的材料； 3）决定轴承结构参数； 4）选择润滑剂和润滑方法； 5）计算轴承工作能力。 §15-1 摩擦状态 摩擦——是指在外力作用下，一物体相对另一物体运动或有运动趋势时，在其接触表 面间所产生切向阻力（摩擦力）的现象。 根据两表面之间有油、无油，油多、油少的不同情况，可能产生以下几种摩擦状态： ——干摩擦 对滑动轴承是不允许出现干摩擦的。 ——边界摩擦 边界油膜很薄，一般＜1m，不足以把粗糙的金属表面完全隔开。 ——液体摩擦 是一种比较理想的工作状态
混合摩擦状态 §15-2滑动轴承的结构型式 滑动轴承的类型 按照承受载荷的方向分: 径向轴承 推力轴承 油杯螺纹孔 按摩擦状态分: 油孔 液体润滑滑动轴承:液体动压润滑滑动轴承 轴座 液体静压润滑滑动轴承 轴套 一一非液体润滑滑动轴承 、向心滑动轴承的结构型式 整体式轴承 如图所示是一种常见的整体式径向滑动轴承 整体式轴承构造简单,常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上 缺点 1)当滑动表面磨损而间隙过大时,无法调整轴承间隙; 2)轴颈只能从端部装入,对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。 双头螺柱 2、剖分式轴承 剖分轴、 如图所示的剖分式轴承,其结构组成为 轴水盖 轴承座 轴承盖顶部有油孔 轴承座 一剖分轴瓦瓦上有油孔、油沟 轴承盖与轴承座用螺柱联接。 油沟型式 一轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d称为宽径比,它是向心滑动轴承的重要参数之 对于液体摩擦滑动轴承,常取B/d=0.5~1 对于非液体摩擦滑动轴承,常取B/d=0.8~1.5 推力轴承 常见的推力轴承止推面的形状如图所示
2—— —— ——混合摩擦状态 §15-2 滑动轴承的结构型式 一、滑动轴承的类型 按照承受载荷的方向分： ——径向轴承 ——推力轴承 按摩擦状态分： ——液体润滑滑动轴承：液体动压润滑滑动轴承 液体静压润滑滑动轴承 ——非液体润滑滑动轴承 二、向心滑动轴承的结构型式 1、整体式轴承 如图所示是一种常见的整体式径向滑动轴承。 整体式轴承构造简单，常用于低速、载荷不大的间歇工作的机器上。 缺点： l）当滑动表面磨损而间隙过大时，无法调整轴承间隙； 2）轴颈只能从端部装入，对于粗重的轴或具有中轴颈的轴安装不便。 2、剖分式轴承 如图所示的剖分式轴承，其结构组成为 ——轴承座 ——轴承盖 顶部有油孔 ——剖分轴瓦 瓦上有油孔、油沟 ——轴承盖与轴承座用螺柱联接。 油沟型式 ——轴瓦宽度与轴颈直径之比 B/d 称为宽径比，它是向心滑动轴承的重要参数之一。 对于液体摩擦滑动轴承，常取 B/d=0.5～1 对于非液体摩擦滑动轴承，常取 B/d=0.8～1.5 二、推力轴承 常见的推力轴承止推面的形状如图所示
a)实心端面轴颈 b)空心端面轴颈 c)环状轴颈 d)多环轴颈 §15 3轴瓦及轴承衬材料 轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。 、对轴承材料的要求 根据滑动轴承的工作情况,其主要失效形式为: 磨损 疲劳损坏 轴承衬脱落 高温时,发生胶合或“抱轴” 鉴于以上原因,轴瓦材料应考虑具有以下几方面性能: 1)摩擦系数小 2)导热性好,热膨胀性系数小 3)耐磨性、耐腐蚀性、抗胶合能力强 4)具有良好的塑性、嵌藏性 5)具有足够的机械强度等 ▲由于一种材料很难同时满足上述各项要求,因此为了满足轴承的工作要求,改善轴 瓦表面的摩擦性质,在结构上,常在轴瓦内表面上浇铸或压合一层或两层减摩材料—一通 常称为轴承衬。如图所示。 二、常用轴承材料 1、轴承合金 2、青铜 3、粉末冶金材料 4、铸铁 5、非金属材料 橡胶轴承 塑料轴承 常用金属轴瓦材料的许用值和性能见表15-1 第二讲
3—— —— §15-3 轴瓦及轴承衬材料 轴瓦是滑动轴承中的重要零件。轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。 一、对轴承材料的要求 根据滑动轴承的工作情况，其主要失效形式为： ——磨损 ——疲劳损坏 ——轴承衬脱落 ——高温时，发生胶合或“抱轴” 鉴于以上原因，轴瓦材料应考虑具有以下几方面性能： 1） 摩擦系数小 2） 导热性好，热膨胀性系数小 3） 耐磨性、耐腐蚀性、抗胶合能力强 4） 具有良好的塑性、嵌藏性 5） 具有足够的机械强度等 ▲由于一种材料很难同时满足上述各项要求，因此为了满足轴承的工作要求，改善轴 瓦表面的摩擦性质，在结构上，常在轴瓦内表面上浇铸或压合一层或两层减摩材料——通 常称为轴承衬。如图所示。 二、常用轴承材料 1、轴承合金 2、青铜 3、粉末冶金材料 4、铸铁 5、非金属材料 橡胶轴承 塑料轴承 常用金属轴瓦材料的许用值和性能见表 15—1 第二讲
§15-4润滑剂和润滑装置 、润滑剂 ▲滑动轴承润滑的目的: ▲润滑剂的种类:液体润滑剂—一润滑油 半固体润滑剂一一润滑脂 固体润滑剂——如石墨、二硫化钼等 1、润滑油 目前使用的润滑油主要是矿物油。 润滑油最重要的物理性能是粘度,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。 1 mis 静止作 图4.24平行板间液体的层流流动 图425单位液体动力粘度1Pas的含义 如图所示为被润滑油分开的两平行平板 L 当力F拖动上平板且润滑油作层流流动时,油层间的切应力与其速度梯度了成正 比关系 F u A=-7 或 F 1 (牛顿液体流动 定律) 式中A—一移动板的面积 η——比例常数,即液体的(动力)粘度。负号意即速度u随距离y的增加而减小。 ▲动力粘度的单位 如图所示为长、宽、高各为1m的液体,当上、下平面发生1m/s相对速度需要的切 向力为1N时,该液体的粘度为1Pa·s(即1N·s/m2) 工业上常用动力粘度与与同温度下该液体密度p的比值表示粘度,称之为运动粘度v (Pa·s) m2/s o(kg/m)
4—— —— §15-4 润滑剂和润滑装置 一、润滑剂 ▲滑动轴承润滑的目的： ▲润滑剂的种类：液体润滑剂——润滑油 半固体润滑剂——润滑脂 固体润滑剂——如石墨、二硫化钼等 1、润滑油 目前使用的润滑油主要是矿物油。 润滑油最重要的物理性能是粘度，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。 如图所示为被润滑油分开的两平行平板， 当力 F 拖动上平板且润滑油作层流流动时，油层间的切应力τ与其速度梯度 成正 比关系 即 （牛顿液体流动 定律） 式中 A——移动板的面积 η——比例常数，即液体的（动力）粘度。负号意即速度 u 随距离 y 的增加而减小。 ▲动力粘度的单位 如图所示为长、宽、高各为 l m 的液体，当上、下平面发生 1 m／s 相对速度需要的切 向力为 1 N 时，该液体的粘度为 1 Pa·s（即 1 N·s / m2）。 工业上常用动力粘度与与同温度下该液体密度ρ的比值表示粘度，称之为运动粘度ν 即
矿物油密度p=850kg/m3~900kg/m3 Pa·s和rn2/S都是我国法定计量单位。 粘度单位换算 过去常以cm2/s作为运动粘度单位,称为St(斯) 百分之一St称为cSt(厘斯),单位 m2/s、St和cSt的换算关系是 1m2/s=10 106eSt 动力粘度的物理单位是P(泊) 1P=1dyn·s/cm2,百分之一P称为cP(厘泊),即1P=100cP。 a·s和P、cP的换算关系是 lPa·s=10P=1000cP 常用润滑油的主要性质,见表15 ▲温度和压力对润滑油粘度的影响 一粘度随着温度的升高而降低 几种工业用润滑油在不同温度下的动力粘度可查图15-11或手册 粘度随着压力的增大而升高 实验表明:当压力小于5N/mm2(50at工业大气压)时,压力对粘度的影响很小, 可忽略不计 5N/mm2~100N/mm2压力对粘度具有一定影响 大于100N/mm2压力对粘度影响很大 ▲润滑油的选择 载荷大、温度高的轴承,宜选用粘度大的润滑油 载荷小、速度高的轴承,宜选用粘度小的润滑油。 润滑脂 ▲润滑脂是用矿物油与各种稠化剂(钙、钠、铝等金属皂)混合稠化制成。 对一般参数的机器,特别是低速或带有冲击的机器,都可以使用润滑脂 ▲润滑脂的种类: 钙基润滑脂 钠基润滑脂 锂基润滑脂 固体润滑剂 石墨 硫化钼(MoS2) 聚氟乙烯树脂 固体润滑剂一般在超出润滑油使用范围才考虑使用,如 在高温介质中
5—— —— ——矿物油密度ρ= 850 kg／m3～900 kg／m3。 ——Pa·s 和 rn2 ／S 都是我国法定计量单位。 ——粘度单位换算 过去常以 cm2 ／s 作为运动粘度单位，称为 St（斯）； 百分之一 St 称为 cSt（厘斯），单位为 mm2／s。 m2／s、St 和 cSt 的换算关系是 1 m2／s ＝ 104 St ＝ 106 cSt 动力粘度的物理单位是 P（泊） 1 P＝ l dyn·s／cm2 ，百分之一 P 称为 cP（厘泊） ，即 1 P ＝100 cP。 Pa·s 和 P、cP 的换算关系是 1 Pa·s＝ 10 P＝1000 cP 常用润滑油的主要性质，见表 15—2 ▲温度和压力对润滑油粘度的影响 ——粘度随着温度的升高而降低。 几种工业用润滑油在不同温度下的动力粘度可查图 15—11 或手册。 ——粘度随着压力的增大而升高。 实验表明：当压力小于 5 N / mm2 （50 at 工业大气压）时，压力对粘度的影响很小， 可忽略不计。 5 N / mm2～100 N / mm2 压力对粘度具有一定影响 大于 100 N / mm2 压力对粘度影响很大 ▲润滑油的选择： ——载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的润滑油。 ——载荷小、速度高的轴承，宜选用粘度小的润滑油。 2、润滑脂 ▲润滑脂是用矿物油与各种稠化剂（钙、钠、铝等金属皂）混合稠化制成。 对一般参数的机器，特别是低速或带有冲击的机器，都可以使用润滑脂。 ▲润滑脂的种类： 钙基润滑脂 钠基润滑脂 锂基润滑脂 3、固体润滑剂 石墨 二硫化钼（MoS2） 聚氟乙烯树脂。 固体润滑剂一般在超出润滑油使用范围才考虑使用，如 ——在高温介质中
在低速重载下 二、润滑装置 向轴承供给润滑油或润滑脂的方法很重要,尤其是油润滑,轴承的润滑状态与润滑油 的供给方法有关 润滑油的供给方法:间歇供油 连续供油 调节螺母 a)压配式压注油杯 b)旋套式注油油杯 c)针阀式注油油杯 图17.9间歇供油用油杯 甲 a)芯捻或线纱润滑 b)油环润滑 c)浸油润滑 d)压力循环润滑 图17.10连续供油方法 杯盖 润滑脂的供给方法:润滑脂只能间歇供应 润滑杯(黄油杯),应用最广的脂润滑装置。 黄油枪。 §15-5非液体摩擦滑动轴承的计算 设计依据—维持边界油膜不发生破裂为基本要求。图17,11黄油杯 条件性计算 向心轴承: 、轴承的平均压强(单位面积上的压力) p≤|pl 目的:为了使轴承不产生过度磨损 2、轴承的pv值 ≤|pv 目的:为了限制轴承的温升
6—— —— ——在低速重载下 二、润滑装置 向轴承供给润滑油或润滑脂的方法很重要，尤其是油润滑，轴承的润滑状态与润滑油 的供给方法有关。 润滑油的供给方法：间歇供油 连续供油 润滑脂的供给方法：润滑脂只能间歇供应。 ——润滑杯（黄油杯），应用最广的脂润滑装置。 ——黄油枪。 §15-5 非液体摩擦滑动轴承的计算 设计依据——维持边界油膜不发生破裂为基本要求。 条件性计算 一、向心轴承： 1、轴承的平均压强 （单位面积上的压力） p≤[p] 目的：为了使轴承不产生过度磨损 2、轴承的 pv 值 pv≤[pv] 目的：为了限制轴承的温升
推力轴承 F ≤[p]MPa (d2-d2)z F 30000d-d0)z ≤[p MPam/ 式中F一一轴向载荷,N —一推力轴颈平均直径处的圆周速度,m/s; n—轴转速,r/min; d一轴颈内径,mm z一轴环数。 §15-6动压润滑的基本原理
7—— —— 二、推力轴承 式中 F—一轴向载荷，N； v——推力轴颈平均直径处的圆周速度，m／s； n——轴转速，r／min； d 一轴颈内径，mm； z 一轴环数。 §15-6 动压润滑的基本原理
