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　　1、 第九章 滑动轴承 1-1 基础知识 一、滑动轴承的分类、特点及应用 1．分类 滑动轴承按其滑动表面间摩擦状态不同，可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承（这里的非液体摩擦是指边界摩擦和混合摩擦的总称）。在液体摩擦滑动轴承中，根据其相对运动的两表面间油膜形成原理的不同，又可分为流体动压润滑轴承（简称动压轴承）和流体静压润滑轴承（简称静压轴承）。本章主要讨论动压轴承。 此外，按照承受载荷的方向不同，滑动轴承也可分为径向滑动轴承、推力滑动轴承和径向推力组合滑动轴承。还有按轴承的结构形式、润滑剂种类以及轴承材料等进行分类的方法。 2．特点及应用 滑动轴承的优点主要体现在以下几个

　　2、方面： （1）滑动轴承采用面接触，因而承载能力大； （2）轴承工作面上的油膜有减振、缓冲和降噪的作用，因而工作平稳、噪声小； （3）处于液体摩擦状态下轴承摩擦系数小、磨损轻微、寿命长； （4）影响精度的零件数较少，故可达到很高的回转精度； （5）结构简单，径向尺寸小； （6）能在特殊工作条件下工作，如在水下、腐蚀介质或无润滑介质等条件中工作； （7）可做成剖分式，便于安装。 二、滑动轴承的失效形式及常用材料 1．滑动轴承的失效形式 滑动轴承常见的几种失效形式有：磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落以及腐蚀等。除此之外由于工作条件不同，滑动轴承还可能出现气蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动

　　3、磨损等损伤。 2．轴承材料 轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。针对上述失效形式，轴承材料性能应着重满足以下主要要求： 1．良好的减摩性、耐磨性和抗咬粘性； 2．良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性； 3．足够的强度和抗腐蚀能力； 4．良好的导热性、工艺性、经济性等。 需要指出的是，没有一种轴承材料能够全面具备上述性能，因而必须针对各种具体情况，仔细进行分析后合理选用。 常用的轴承材料可分三大类：1）金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金和铸铁等；2）多孔质金属材料；3）非金属材料，如工程塑料、碳一石墨等。 三、滑动轴承的结构类型 1．径向滑动轴承的结构 径向滑动轴承主要用来

　　4、承受径向载荷。常用的径向滑动轴承结构主要有整体式和剖分式两种型式。 整体式轴承结构简单，成本低廉，易于制造，但其缺点是轴套磨损后，轴承间隙过大时无法调整；另外只能从轴颈端部装拆，对于质量大的轴或具有中间轴颈的轴，装拆很不方便，甚至在结构上无法实现。因此，这种结构的轴承多用在低速、轻载或间歇工作的简单机械上。 剖分式轴承可克服上述两个缺点，因此使用较广，但结构略比整体式轴承复杂。 此外，为了解决整体式滑动轴承间隙无法调整的问题，保证机械的正常运转和旋转精度，还可采用间隙可调式径向滑动轴承。对于宽径比较大的轴承（B／d＞1.5），为了防止轴发生挠曲而引起轴承的边缘接触，造成轴承边缘的过度磨损

　　5、，可采用自动调心式径向滑动轴承。 2．推力滑动轴承的结构 推力滑动轴承只用来承受轴向载荷。 推力滑动轴承可分为普通推力轴承和液体动压推力轴承两种。普通推力轴承工作时只能处于非液体摩擦状态，磨损较快；液体动压推力轴承是将推力瓦工作面制成多个固定斜面，或者将推力瓦制成多个可绕一支点摆动的可倾瓦块，它们与轴颈止推面构成收敛楔形可形成液体动压润滑，这种轴承性能较好但结构复杂。 3．轴瓦结构 轴瓦是滑动轴承中的重要零件，它的结构是否合理对轴承性能影响很大。轴承体上采用轴瓦是为了节约贵重的轴承材料和便于维修。轴瓦结构有整体式（又称轴套）和剖分式两种。 整体式轴瓦通常称为轴套。轴套又分为光滑轴套

　　6、（一般不带油沟）和带纵向油槽的轴套两种。光滑轴套的构造简单，用于轻载、低速或不经常转动和不重要的场合；带纵向油槽的轴套，便于向工作面供油，故应用比较广泛。 剖分式轴瓦由上、下两半轴瓦组成。通常，下轴瓦承受载荷，上轴瓦不承受载荷，但上轴瓦开有油沟和油孔，润滑油由油孔输入后，经油沟分布到整个轴瓦表面上。 在轴瓦设计中，为了防止轴瓦在轴承座中发生轴向移动和周向转动。轴瓦必须有可靠的定位和固定。 为了润滑轴承的工作表面，一般都在轴瓦上开设油孔和油沟（糟）。油孔用来供油，油沟用来输送和分布润滑油。几种常见的油孔和油沟形式如下图9-1所示。油孔和油沟的开设原则是： l）油沟的轴向长度应比轴瓦长度短（

　　8、坏。 因此，不完全液体润滑滑动轴承的设计计算准则是：保证边界润滑膜不破坏，尽量减少轴承材料的磨损。 1．径向滑动轴承的计算 在设计时，通常是已知轴承所受径向载荷（单位为N）、轴颈转速（单位为r／min）及轴颈直径（单位为mm），然后进行以下验算。 （1）验算轴承的平均压力 （9-1） 式中：——轴承宽度； ——轴瓦材料的许用压力。 （2）验算轴承的值 轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗成正比（是摩擦系数），限制值就是限制轴承的温升。 （9-2） 式中：——轴径圆周速度，即滑动速度； ——轴承材料的许用压力。 （3）验算滑动速度 （9-3）

　　9、 式中：——许用滑动速度； 滑动轴承所选用的材料及尺寸经验算合格后，应选取恰当的配合，一般可选、或。 2．止推滑动轴承的计算 止推滑动轴承又名推力滑动轴承，它由轴承座和止推轴颈组成。常用的结构形式有空心式、单环式和多环式，其结构及尺寸见图9-2。 图9-2 止推滑动轴承的设计方法与径向滑动轴承基本相同，其计算公式如下： （9-4） （9-5） （9-6） 式中： ——轴向载荷； ——止推轴承环形支承面的外径； ——止推轴承环形支承面的内径； ——环形支承面的平均直径； ——推力环个数； ——考虑推力环面上开有油沟而使面积减小的百分数，常取。 、及

　　10、都与轴承材料有关。设计时，在选定轴承材料和尺寸后就可以通过上述条件进行验算。 五、液体动压润滑径向滑动轴承设计计算 1． 摩擦、磨损及润滑 在讲液体动压润滑径向滑动轴承设计计算之前，我们首先要讲一下摩擦、磨损及润滑。 （1）摩擦 在外力作用下，相互作用的两物体作相对运动或有相对运动的趋势，其接触表面间产生的切向运动阻力称为摩擦力，这一现象称为摩擦。 摩擦分有多种类方法，按运动状态可分为静摩擦和动摩擦；按运动形式可分为滑动摩擦和滚动摩擦；按摩擦状态（或润滑状态）可分为干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦如图9-3所示。 a）干摩擦 b）边界摩擦

　　11、 c）流体摩擦 d）混合摩擦 图9-3 摩擦状态 流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦，都必须在一定的润滑条件下实现，所以它们又被称为流体润滑、边界润滑和混合润滑。 摩擦系数随摩擦状态的变化曲线 摩擦特性曲线）磨损 磨损是伴随摩擦而产生的，它是相互接触的物体在相对运动时，表层材料不断发生损耗的过程或者产生残余变形的现象。磨损能毁坏工作表面，影响机械性能，消耗材料和能量，并使机械设备寿命降低。 机械零件的磨损过程大致分为三个阶段：1）跑合阶段；2）稳定磨损阶段；3）急剧磨损阶段。如图9-5所示。 图9-5 磨

　　12、损过程 从磨损过程的变化来看，为了提高机械零件的试用寿命，应在设计或使用机器时，力求获得良好跑合，延长稳定磨损阶段，推迟急剧磨损阶段的到来。 （3）润滑 在两摩擦表面间加入润滑剂，形成润滑膜，从而降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，并起到散热降温作用，这种方法称为润滑。按摩擦面间的润滑状态润滑可分为流体动压润滑、流体静压润滑、弹性流体动压润滑、边界润滑和混合润滑。 流体动压润滑是依靠摩擦表面间形成收敛油楔和相对运动，并借助于粘性流体的动力学作用产生油膜压力，以平衡外载荷的润滑。要形成流体动压润滑必须具备三个条件：1）两工作表面间必须构成楔形间隙，如图9-6所示；2）两工作表面间必须充

　　13、满具有一定粘度的润滑油或其他流体；3）两工作表面间必须有一定的相对滑动速度，其运动方向必须保证能带动润滑油从大截面流入，从小截面流出。 图9-6 油楔形状 1．流体动力润滑的基本方程 流体动力润滑理论的基本方程是流体膜压力分布的微分方程，即雷诺方程，推导该方程的力学模型如图9-7所示。一维雷诺方程式的微分表达形式为 （9-7） 图9-7 动压分析力学模型 而它的常用形式，即一维雷诺方程的积分表达形式为 （9-8） 式中： ——润滑油粘度； ——平板移动速度； ——油膜厚度，与有关； ——为处的油膜厚度。 2．径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 径向滑

　　14、动轴承的轴径与轴承孔间必须留有间隙，如图9-8a所示。径向滑动轴承形成流体动压润滑的过程，可分为三个阶段： 1）起动前阶段，见图9-8a； 2）起动阶段，见图9-8b； 3）液体润滑阶段，见图9-8c。 图9-8 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 当轴颈静止时（图a），轴颈处于轴承孔的最低位置，并与轴瓦接触。此时，两表面间自然形成一收敛的楔形空间。当轴颈开始转动时，速度极低，带入轴承间隙中的油量较少，这时轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，迫使轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右爬升（图b）。随着转速的增大．轴颈表面的圆周速度增大，带入楔形空间的油量也逐渐加多。这时，右

　　15、侧楔形油膜产生了一定的动压力，将轴颈向左浮起。当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上（图c〕。这时，轴承处于流体动力润滑状态，油膜产生的动压力与外载荷F相平衡。此时，由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值。 3．径向滑动轴承的几何关系和承载量系数 如图9-9所示为轴承工作时轴径的位置，轴承和轴径的连心线与外载荷的方向形成一偏位角，轴承孔和轴颈直径分别用与表示。 图9-9径向滑动轴承的几何参数和油压分布 （1）直径间隙： （9-9） （2）半径间隙：轴承孔半径与轴颈半径之差 （9-10） （3）相对间隙：直径间隙与轴径公称直径之比

　　16、 （9-11） （4）偏心距：轴颈在稳定运转时，其中心与轴承中心的距离 （5）偏心率：偏心距与半径间隙的比值 （9-12） （6）最小油膜厚度： （9-13） （7）承载量系数 （9-14） 式中： ——润滑油在轴承平均工作温度下的动力粘度，； ——轴承宽度，m； ——外载荷，； ——轴颈圆周速度，。 4．最小油膜厚度 为了建立滑动轴承完全的液体润滑，必须使最小油膜厚度满足 （9-15） 式中： ——安全系数，一般取； ——轴颈表面粗糙度的十点平均高度； ——轴瓦表面粗糙度的十点平均高度。 1-2 重点和难点 一、本章重点 本章的重点内容概括起来有以下几点： （1）滑动轴承得特点与选用； （2）轴瓦材料； （3）不完全液体润滑径向滑动轴承的设计计算； （4）不完全液体润滑止推轴承的设计计算； （5）液体动压润滑径向滑动轴承的设计计算 二、本章难点 本章的难点主要体现在以下几点： （1）流体动力润滑的基本方程； （2）液体动压润滑径向滑动轴承的设计与主要参数。 1-3 例题精解 例9-1 设某蜗杆减速器