机械设计第12章

多油楔轴承
固定瓦：将轴瓦内表面制成多个楔 形槽，以形成多个油膜压力分布区， 提高了轴的稳定性和油膜刚度。如 双油楔椭圆轴承，双油楔错位轴承 等。 可倾瓦：扇形瓦块的背面用球铰支 承，可随载荷、速度等的变化自动 调整油楔角度。 共同的特点是即使在空载时，轴与 轴瓦也相对偏心而形成必要的承载 油楔。多用于高速轴承。
3.铝基轴承合金
有相当好的耐腐蚀性和较高的疲劳强度，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.灰铸铁及耐磨铸铁
由于铸铁性脆、磨合性差，用于不重要、低速轻载轴 承。
5.多孔质金属材料
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。
p F [ p] dB MPa
P 是 轴承 单 位 投 影 面 积 上的载荷，限制平均压 力是为了防止润滑油被 完全挤出，使轴瓦不致 过度磨损；
P （ 或 Pv ） 并 未 反
映出润滑油的特性。 轴颈轴瓦材料及表 面加工质量等因素 对油膜的影响，通 常 都 在 许 用 的 [P] 、 [Pv] 值中加以考虑。
12-4 轴瓦结构
轴瓦是轴承中与轴颈直接接触的部分； 为节省材料，常将轴瓦做成双金属或三金属的。即以 钢、铸铁或青铜作瓦背，并在轴瓦内表面浇铸或轧制 一层轴承合金，称为轴承衬； 轴瓦应具有一定的强度和刚度，在轴承中定位可靠， 便于输入润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便； 轴瓦在外形结构、定位、油槽开设和配合等方面采用 不同的形式以适应不同的工作要求。
调心轴承
又叫自位轴承。轴瓦外表面做 成球面形状，与轴承盖及轴承座 的球形内表面相配合，球面中心 位于轴颈轴线上，轴瓦可自动调 位，以适应轴颈在轴弯曲时所产 生的偏斜。 当轴承的宽径比B/d>1.5~1.75时 采用调心轴承。调心轴承必须成 对使用。
调隙式
轴瓦的外表面为锥形，与一个具有圆锥内表 面的套筒相配合。轴瓦上开有纵向切口，旋转 两端的调节螺母迫使轴瓦与套筒产生轴向相对 移动，从而改变轴瓦与轴颈的径向间隙。 缺点是轴承内表面会受力变形，故常用在一 般用途的机床主轴上。
12-4 轴瓦结构
轴瓦是轴承中与轴颈直接接触的部分； 为节省材料，常将轴瓦做成双金属或三金属的。即以 钢、铸铁或青铜作瓦背，并在轴瓦内表面浇铸或轧制 一层轴承合金，称为轴承衬； 轴瓦应具有一定的强度和刚度，在轴承中定位可靠， 便于输入润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便； 轴瓦在外形结构、定位、油槽开设和配合等方面采用 不同的形式以适应不同的工作要求。
潘存云教授研制
潘存云教授研制
轴瓦磨损
故障 原因
比率
表面划伤
润滑油 不足
11.1
疲劳点蚀
制造 精度低
5.5
不干净
38.3
安装 误差
15.9
对中 不良
8.1
超载
6.0
腐蚀
5.6
气蚀 其它
2.8 6.7
二、轴承材料
轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。
（一）对轴承材料性能的要求 良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性； 良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性； 足够的强度和抗腐蚀能力； 良好的导热性、工艺性和经济性等。 应根据主要要求选用适宜的材料。
多 油 楔 轴 承
椭 圆 轴 承
止推滑动轴承
轴承座
径向轴瓦
Fa
止推轴瓦
用来承受轴向载 荷。由轴承座和 止推轴颈组成， 常用的结构形式 有实心、空心、 单环式和多环式 等型式。
止推滑动轴承
Fa Fa Fa Fa
空心式：轴颈接触面上压力分布较均匀，润滑条件较实心式改善。 单环式：利用轴颈的环形端面止推，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。 由于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%。
第十二章 滑动轴承
§12-1 概述
轴承是支承轴及轴上零件的一种重要部件。 按轴承工作时的摩擦性质不同，可分为滑动摩擦轴承 （滑动轴承）和滚动摩擦轴承（滚动轴承）。 滑动轴承的发展已有几千年的历史。与滚动轴承相比， 滑动轴承具有独特的优点，一直在金属切削机床、汽 轮机、轧钢机、大型电机、内燃机、压缩机、仪表、 雷达、铁路机车、航空发动机附件、卫星通讯地面站 及天文望远镜等方面应用广泛。
滑动（向心）轴承
滚动轴承
滑动轴承的特点
寿命长，适于高速。如大型汽轮机、发电机多采用液 体摩擦滑动轴承；高速内圆磨头，转速高达几十万转， 多采用气体滑动轴承，用滚动轴承则寿命过短。 能承受冲击和振动载荷。滑动轴承工作表面间的油膜 有缓冲和吸振的作用，故多用于冲床、轧钢机械以及 往复式机械中。 运转精度高，工作平稳无噪音。滑动轴承所含零件比 滚动轴承少，制造、安装可达到较高的精度，运转精 度、工作平稳性都优于滚动轴承。
（三） 油孔及油槽
为润滑轴承的工作表面，一般都在轴瓦上开设油孔、油 槽（油沟）。
F 进油孔 油槽
开设油孔和油槽的一般原则
对于液体动压径向轴承，有轴向油槽和周向油槽两种 形式。油槽应开在非承载区内，否则会破坏润滑油膜 的连续性，降低轴承的承载能力。
周向油槽对轴承承载能力的影响
轴向油槽分为单轴向油槽及双轴向油槽，其长度一般可 为 油槽轴瓦宽度的80%，以便在轴瓦两端留出封油面， 防止润滑油大量流失。 单轴向油槽：对整体式径向轴承，最好开在最大油膜厚 度位臵，以保证润滑油从压力最小的地方输入；对于对 开式径向轴承，常把轴向油槽开在轴承剖分面处，若轴 颈双向运转，可开设双轴向油槽。
对开式径向滑动轴承
对开式径向滑动轴承
又叫剖分式。剖分面做成阶梯形 定位止口，安装时便于对中；轴瓦 磨损后可通过减少剖分面处的垫片 厚度来调整轴承与轴颈的间隙（同 时修刮轴瓦内孔）。 剖分面一般布臵在与径向载荷近 于垂直的方向。若径向载荷的方向 与剖分面垂线的夹角大于35°，则 应用倾斜剖分式。
45˚
-----摩擦系数低，只有石墨的一半。 (-60~300 ℃)，但遇水性能下降。
二硫化钼（MoS2） -----摩擦系数低，使用温度范围广 1.调和在润滑油中；
2.涂覆、烧结在摩擦表面形成覆盖膜；
3.混入金属或塑料粉末中烧结成型。
§12-6 不完全液体润滑滑动轴承设计计算
滑动轴承不是在任何条件下都有必要或能够建立完全 流体润滑状态。 处于速度低、载荷大、有冲击或间歇使用等条件下工 作的轴承多数处于混合润滑状态； 不完全流体润滑滑动轴承的设计，主要是指边界润滑 轴承和混合润滑轴承，也包括脂润滑、油绳或滴油润 滑以致无油润滑轴承； 不完全流体润滑滑动轴承的设计准则是：维护边界膜 不受破坏。尽量减少轴承材料的磨损。
2. 铜合金
青铜是最常用的材料，有锡青铜、铅青铜和铝青铜等几 种。锡青铜的减摩性和耐磨性最好，锡青铜的硬度比轴 承合金高，磨合性及嵌入性差，适用于重载及中速场合。 铅青铜抗粘附能力强，适用于高速重载轴承。 铝青铜的强度及硬度较高，抗粘附能力较差，适用于低 速、重载轴承。 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。 缺点：可塑性差、不易跑合、与之相配的轴径必须淬硬。
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：灰尘、砂粒等引起； 刮伤：硬颗粒或轴颈表面凸峰划伤； 咬粘（胶合）：温升过高，载荷过大，润滑不良时； 疲劳剥落：疲劳裂纹与滑动方向垂直； 腐蚀：润滑剂氧化生成酸性物质造成；
由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流体 侵蚀、电侵蚀、和微动磨损等损伤。
2. 验算轴承的Pv值
F dn Fn pv [ pv ] Bd 60 1000 19100 B
MP m / s
式中，v——轴颈圆周速度，即滑动速度，m/s。 n——轴颈转速，r/min。 [pv]——轴承材料的许用值，MPa· m/s，见表12-2。
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。
(二) 常用的轴承材料
轴承合金 铜基合金

锡基巴氏合金 铅基巴氏合金
高速重载时 中速中载时
金属材料
铝基合金 灰铸铁及 耐磨铸铁源自文库
强度高、承载能力大、刚性好， 耐磨性好，但嵌入性和跑合性差， 用于中速重载时 抗压、抗疲劳强度较高，有良好的耐 蚀性、润滑性和导热性。但顺应性和 跑合性差。多用于内燃机轴承。 其中的石墨有润滑作用，价廉，但跑合性 差，脆。用于轻载、低速和无冲击时。
（粉末冶金材料，含油轴承） 铁—石墨、青铜—石墨
多孔质金属材料 非金属材料
塑料、碳—石墨、橡胶、木材
1.轴承合金（通称巴氏合金或白合金）
是锡、铅、锑、铜等金属的合金， 锡或铅为基体。 优点：嵌入性和摩擦顺应性最好，很容易和轴颈磨合， 不宜和轴颈发生咬粘。 缺点：强度很低，不能单独制作轴瓦，只能做轴承衬。 价格较贵。 适用于重载、中高速场合
(一) 轴瓦的形式和构造
整体式（又称轴套）：分光滑轴套和带纵向油槽的轴套。前者构 造简单，用于轻载、低速或不经常转动的场合，后者便于向工作 面供油，应用较广；
整体轴套
卷制轴套
对开式厚壁轴瓦（铸造）
对开式薄壁轴瓦（双金属板连续轧制）
（二）轴瓦的定位
轴瓦和轴承座不允许有相对移动。为防止轴瓦沿轴向 或轴向移动，可将其两端做出凸缘来作轴向定位，也 可用紧定螺钉或销钉将其固定在轴承座上，或在轴瓦 剖分面上冲出定位唇（凸耳）以供定位用。
径向轴承
止推轴承 径向止推轴承 液体润滑轴承 不完全液体润滑轴承 自润滑轴承 液体动力润滑轴承 液体静压润滑轴承
12-2 滑动轴承的主要结构形式
滑动轴承一般由轴 承座（壳体）、轴瓦 和润滑装臵组成。 滑动轴承有整体式、 对开式、调心式、调 隙式和多油楔式等结 构。
整体式径向滑动轴承
结构简单、成本低。但轴套磨损后无法调整轴承间隙，且只能从轴颈端 部装拆。有轴套的轴承因轴套与轴承座之间无轴向定位面，所以一般不 允许承受轴向载荷，无轴套的轴承更不允许承受轴向载荷。整体式轴承 只用于低速轻载及间歇工作的机器中。
滑动轴承的特点
结构简单，装拆方便。如曲轴上的轴承多采用剖分式 滑动轴承，滚动轴承则无法应用。
承载能力大，可用于重载场合。若用滚动轴承需专门 设计，造价较高。 可用于特殊工作条件下。如水中或腐蚀介质中，或径 向空间尺寸受限制的场合。
滑动轴承的分类
按受载 方向分 分 类 按润滑 状态分 按液体 润滑承 载机理 分
12-6 不完全流体润滑滑动轴承设计计算
由于促使边界油膜破裂的因素较为复杂，目 前只能进行简化性的、条件性的设计计算：
为防止过度的磨粒磨损而限制平均压强P ； 为防止轴承温升过高易发生胶合而限制Pv ； 为防止局部发生严重的加速磨损而限制速度v。
（一）径向滑动轴承的计算
1.验算轴承的平均压力P
12-5 滑动轴承润滑剂的选择
（二）润滑油及其选择
液体动压轴承选油参考表4-1； 不完全液体润滑轴承选油参考表12-4。
转速高、压力小时，选粘度低的油；转 速低、压力大时，选粘度高的油；
（三）固体润滑剂
在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力。通常 只用于一些有特殊要求的场合 石墨 ---性能稳定、t >350 ℃才开始氧化，可在水中工作。 聚氟乙烯树脂
对于不完全液体润滑轴承，应使油槽尽量延伸到承载 区最大压力附近，以便向承载区充分供油。 若载荷方向经常变化，油槽可开在轴颈上。
不完全液体润滑轴承常用油槽形状
12-5 滑动轴承润滑剂的选用
（一）润滑脂及其选择
用于要求不高，难以经常供油，或低速重载及作摆动 运动处的轴承。参考表12-4。
选择原则：
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。 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。 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。