滑动轴承教材教案

第12章滑动轴承
轴承是机器仪器和器械中的重要支承零件，其主要作用是支承转动（或摆动）的运动部件(转轴，心轴等)，保证轴和轴上传动件的回转精度，减少摩擦和磨损，并承受载荷。

轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。

仅在滑动摩擦下运转的轴承称为滑动轴承。

滚动轴承的摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，在机械中应用广泛，但它的径向尺寸、振动和噪声较大。

滑动轴承除了在简单和成本要求低的场合使用外，主要用于滚动轴承难以满足支承要求的场合——高速度、高精度、大冲击、长寿命，例如发电机组、内燃机组、陀螺仪、高速高精度机床和航空航天设备等。

如图12-1所示。

图12-1 广东玉柴发动机组
本章知识要点
(1)了解滑动轴承的润滑与摩擦状态。

(2)熟悉滑动轴承的主要结构型式、轴瓦及轴承材料。

(3)了解润滑剂和润滑装置。

兴趣实践
拆装整体式、剖分式滑动轴承，掌握其结构上的异同和特殊性，注意滑动轴承的运动及润滑情况。

探索思考
针对不同的工作情况，怎样选择合适类型的滑动轴承？
预习准备
请预先复习以前学过的滚动轴承的相关知识，了解滚动轴承与滑动轴承在结构和使用场合的异同点。

12.1认识滑动轴承
在工业生产中，虽然滚动轴承被广泛采用，但在许多的情况下必须采用滑动轴承。

这是因为滑动轴承具有滚动轴承所不能代替的特点。

其具体优点有：滑动轴承具有工作平稳、可靠，结构简单、尺寸小、精度高，振动小、噪声比滚动轴承低，可以承受重载等优点，在保证液体润滑而非干摩擦的条件下，可以长期在设计转速下运行，所以滑动轴承在工程机械上得到了广泛的应用。

12.1.1 滑动轴承的分类
滑动轴承的分类方法很多，但依据其载荷和结构形式分类的方式较为多用。

按所承受载荷的方向可以分为：承受径向载荷的径向滑动轴承（图12-2），承受轴向载荷的止推轴承（图12-3）和承受径向、轴向联合载荷的径向止推滑动轴承。

图12-2 径向滑动轴承图12-3 止推轴承
按滑动轴承是否可以剖分又可以分为整体式（图12-4（a））和剖分式（图12-4（b））。

整体式滑动轴承构造简单，常用于低速、载荷较小的间歇工作机器上，而且轴只能从轴的端部装入。

剖分式滑动轴承的轴瓦一般是对开式，当它的轴瓦磨损后可以通过适当地调整垫片或对其分合面进行刮削、研磨来调整轴与孔的间隙，应用较广。

图12-4 整体式和剖分式滑动轴承结构
另外，滑动轴承，根据其相对运动的两表面间油膜形成原理的不同，还可分为流体动力润滑轴承(简称动压轴承)和流体静力润滑轴承(简称静压轴承)。

（1）动压轴承：这种轴承依靠轴颈（或止推盘）本身的旋转，把润滑油带
入轴颈（或止推盘）与轴瓦之间，形成楔状油膜，受到负荷的挤压建立起油膜压力以承受载荷，由于轴颈与轴瓦之间被一层油膜完全隔开，油膜有足够的压
力平衡外载荷，轴颈与轴瓦完全被油膜隔开，处于液体润滑状态中。

如单油楔轴承结构，适应于载荷方向基本固定的场合。

多油楔轴承结构较复杂，能满足变方向载荷和高速回转的要求。

动压轴承还有径向、推力和径向推力之分，以及固定瓦和可倾瓦之分。

（2）静压轴承：轴颈与轴承被外界供给的一定压力的承载油膜完全隔开，
油膜的形成不受相对滑动速度的限制，在各种速度（包括速度为零）下均有较大承载能力。

轴的稳定性好，可满足轴的高度平稳回转要求，摩擦系数小，机
械效率高。

但需要一套复杂的供油系统，多用于各种机床。

12.1.2 止推轴承
推力滑动轴承仅能承受轴向载荷，由轴承座和止推轴颈等组成。

固定式推力滑动轴承常用的结构形式及尺寸如图12-5所示。

实心式接触面上的压强分布不均匀，靠近边缘部分磨损较快，很少使用;空心式接触面积减小，润滑条件改善，避免了磨报不均;单环式推力轴承，止推面可以利用轴的端面或轴环端面，也可在轴的中段做出凸肩或装上推力圆盘，结构简单，常用于低速轻载的场合;多环式采用多个环承担载荷，提高了承载能力，还可以承受双方向上的轴向载荷，但各环承载能力大小不等，环数不能太多
（a）实心式（b）空心式（c）单环式（d）多环式
图12-5 固定式推力滑动轴承
可倾式推力滑动轴承如图12-6所示，轴颈端面仍为一平面，轴承是由20-30个扇形块支承在球面或圆柱上，扇形块为钢板，滑动表面覆以轴承衬材料.轴承工作时，扇形块可以自动调位，以适应不同的工作条件。

若扇形块固定，则成为固定式推力轴承。

图12-6 可倾瓦推力滑动轴承
12.2轴瓦的材料和结构
12.2.1 轴瓦的材料
滑动轴承的材料主要是指轴瓦（套）材料。

对滑动轴承材料的主要要求有：应具有良好的减磨和耐磨性；良好的承载性能和抗疲劳性能，故有时要采用多层或组合结构加以保障；良好的顺应性和嵌藏性，这样能避免表面间的卡死和划伤；在可能产生胶合的场合，选用具有抗胶合性的材料；具有良好的加工工艺性与经济性。

滑动轴承的常用材料主要有金属材料、粉末冶金材料和非金属材料三大类。

金属材料又主要有轴承合金、青铜和铸铁。

１．轴承合金
又称巴氏合金。

它以锡(Sn)或铅(Pb)作软基体，内悬浮锑锡(Sb-Sn）及铜锡(Cu-Sn)的硬晶粒。

硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的塑性。

硬晶粒受重载时回嵌陷到软基体里，而使承载面积增大。

轴承合金的嵌藏性和顺应性最好，易跑合，且不易与轴颈胶合。

但其机械强度低，价格也贵，不能单独制作轴瓦，只能用作轴承衬材料。

按基体材料的不同, 分为锡锑轴承合金和铅锑轴承合金两类。

锡锑轴承合金摩擦系数小、抗胶合、易跑合、耐腐蚀，用于高速、重载场合，是一种很好的轴承材料，但价格较高；铅锑轴承合金各种性能与锡锑轴承合金接近，且价格低一些，但不适合于有冲击载荷的场合，一般用于中速、中载的轴承。

2．铸铁
主要是灰铸铁和耐磨铸铁。

铸铁类材料的塑性和跑合性差，但价格低廉，适于低速、轻载的不重要场合的轴承。

3．青铜
主要有锡青铜、铅青铜和铝青铜。

青铜类材料强度高、耐磨和导热性好，但跑合性略差。

锡青铜和铅青铜适于中速、重载轴承，铝青铜适于低速、重载轴承。

4．粉末冶金材料
由金属粉末和石墨高温烧结成型，是一种多孔结构金属合金材料。

使用前将轴瓦在润滑剂中浸泡，则各微小孔中充满润滑剂，工作时由于轴颈转动的抽吸和轴瓦自身的热胀作用，使润滑剂流出而实现润滑。

停车后润滑剂又被吸回孔中。

主要用于轻载、低速且不易经常添加润滑剂的场合。

5．非金属材料
主要是塑料、橡胶、石墨、尼龙等材料以及一些合成材料，成本低，对润滑无要求，易成型，抗振动。

在家电、轻工、玩具、小型食品机械中使用较为广泛。

12.2.2 轴瓦的结构
轴瓦是轴承的重要构件之一，轴瓦是滑动轴承和轴接触的部分，非常光滑，一般用青铜、减摩合金等耐磨材料制成，在特殊情况下,可以用木材、塑料或橡皮制成。

也叫“轴衬”，形状为瓦状的半圆柱面。

滑动轴承工作时，轴瓦与转轴之间要求有一层很薄的油膜起润滑作
用。

如果由于润滑不良，轴瓦与转轴之间就存在直接的摩擦，摩擦会产生很高的温度，虽然轴瓦是由于特殊的耐高温合金材料制成，但发生直接摩擦产生的高温仍然足于将器烧坏。

轴瓦还可能由于负荷过大、温度过高、润滑油存在杂质或黏度异常等因素造成烧瓦。

烧瓦后滑动轴承就损坏了。

因此其结构的合理性对轴承性能有直接的影响。

一般情况下，按照轴瓦的结构形式，轴瓦的结构形式有整体式和剖分式两种。

整体式轴瓦通常称为轴套，如图12-7所示。

轴套又分为光滑轴套(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，用子轻载、低速或不经常转动和不重要的场合;带纵向汕槽的轴套，便于向丁作面供油，故应用比较广泛。

剖分式轴瓦由上、下两轴瓦组成通常，下轴瓦承载载荷，上轴瓦不承受载荷
上轴瓦开有油沟和油孔，润滑油由油孔输人后，经油沟分布到整个轴瓦表面上。

如图12-8所示。

油孔和汕沟的开设原则是:①轴向油沟应较轴承宽度稍短，以免油从油沟端部大量流失;②油沟的形状和位置影响轴承中油膜压力分布情况，当宽度相同时，设有周向油沟轴承的承载能力低于设有轴向油沟的轴承;③润滑油应该自油膜压力最小的地方输人，油沟不应该开在油膜承载区内，否则会降低油膜的承载能力。

图12-7 整体式轴瓦图12-8 剖分式轴瓦
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12-9所示。

图12-9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12-10所示为几种常见的油沟形式。

图12-10油沟形式(非承载区)
12.3非流体摩擦滑动轴承的计算
当滑动轴承中润滑剂缺乏或形成流体动压润滑初期润滑不良时，其摩擦表面不能被润滑油完全隔开，存在局部金属表面的直接接触，轴承只能在混合摩擦或边界摩擦下状态工作，称为非液体摩擦滑动轴承其结构简单、成本低，但摩擦磨损大、效率低，主要用于工作可靠性要求不高、转速较低、间隙工作和难y}维护等条件下工作的轴承。

这类轴承主要失效形式是磨损和胶合，其次是表面压溃和点蚀。

因此，这类轴承的设计准则是:以维护边界油膜不遭破坏为最低要求，并尽量减少轴承材料的磨损。

由于促使边界油膜破坏的因素较复杂，尚未完全被人们掌握，因此目前采用的计算方法具有一定的间接性和条件性实践证明，若能限制压力和压力与速度的乘积不超过许用值.是能够保证轴承很好地工作。

12.3.1 径向轴承
设计计算时一般已知轴承的载荷转速及轴的直径，然后选定宽径比B/d值。

推荐取0.5-1.5的宽径比，这样就可以确定出轴承的宽度B的值。

然后对轴承进行以下验算。

1、验算轴承平均压力p.
验算轴承工作摩擦表面的压强p，以控制磨损：由于压强p是影响磨损的主要因素，对于滑动速度较低的轴承，验算轴承的这一项参数就可以。

如图12-11所示。

601000
dn
Bd π⨯
推力滑动轴承的承载情况如图12-12所示。

在润滑油黏度保持不变的情况下，轴颈的动态平衡位置与它的外载荷和转速有关。

12.4.3. 径向滑动轴承的几何关系和承载量系数
如图12-15所示为轴承工作时轴径的位置，轴承和轴径的连心线OO1与外载荷F
ϕ，轴承孔和轴颈直径分别用D与d表示。

的方向形成一偏位角
a
图12-15径向滑动轴承的几何参数和油压分布
(1)直径间隙∆:
∆=-（12-7）
D d
(2)半径间隙δ:
δ=-=∆（12-8）
/2
R r
12.4.4.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min h 满足:
min 12()Z Z h k R R ≥+ （12-13）
式中:
k —安全系数，一般取k = 1.5-2;
1Z R —轴颈表面粗糙度的十点平均高度; 1Z R —轴瓦表面粗糙度的十点平均高度。

流体摩擦动压径向滑动轴承的计算还涉及到一些其他的方面，比如，轴承的热平衡计算，这里不再详细叙述。

12.5 滑动轴承用润滑剂与润滑装置
润滑的主要目的是减少摩擦，降低磨损，提高轴承效率，同时还有散热冷却、缓冲吸振、密封缓蚀的作用。

在讲滑动轴承润滑之前，首先要学习滑动轴承的摩擦、磨损机理。

12.5.1 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12-16 所示。

（a）干摩擦（b）边界摩擦（c）流体摩擦（d）混合摩擦
图12-16 摩擦状态
（1）干摩擦两接触表面之间没有润滑剂的摩擦称为干摩擦(图12-12a)。

它的特点是摩擦力大，磨损严重，发热量大，会使零件寿命大大缩短。

因此，除了要利用摩擦作用工作的零件，如带传动件、摩擦离合器和制动器的摩擦件、球磨机衬板、颚式破碎机齿板等以外，都应防止零件之间出现干摩擦。

（2）边界摩擦两个摩擦表面由于润滑油和金属表面产生物理化学作用，金属表面会吸附一层极薄的称之为边界膜的油膜(小于0.1～0.2μm)将其大部分覆盖，但因边界膜很薄、强度低，仍可能有两表面的凸峰直接接触(图12-12b)，这种在边界膜状态下的摩擦称为边界摩擦。

边界摩擦中的润滑状态叫边界润滑。

它的特点是，由于边界膜的作用，摩擦系数大大降低，磨损也比干摩擦状态显著减小，但它并未达到好的润滑状态。

（3）流体摩擦两个表面被一层具有压力的连续的有足够厚度的(一般大于1.5～2μm，直到几十μm)油膜隔开，不存在表面凸峰直接接触的摩擦称为流体摩擦(图12-12c)，其润滑状态称为流体润滑，也即液体润滑。

它的特点是摩擦系数和摩擦力很小，理论上几乎无磨损，是一种理想的润滑状态。

摩擦面之间如能形成流体润滑，便可显著延长零件的使用寿命。

（4）混合摩擦是介于边界摩擦和流体摩擦之间的一种摩擦(图12-12d)，其润滑状态称为混合润滑。

它的特点是两表之间有凸峰直接接触，又有一定压力的厚润滑油膜存在，混合摩擦对磨损的影响也介于边界摩擦和流体摩擦之间。

边界润滑、流体润滑、混合润滑三种润滑状态在机器运转中可随载荷、转速、润滑油粘度等因素的改变而互相转化。

另外，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。

12.5.2 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12-17所示。

图12-17 磨损过程
（1）跑合阶段（又称磨合阶段）：新的摩擦副表面具有一定的粗糙度，跑合阶段较小。

跑合阶段，表面逐渐磨平，真实接触面积逐渐增大，磨损速度减缓。

（2）稳定磨损阶段：这一阶段磨损缓慢稳定。

实际就是零件的使用寿命。

（3）剧烈磨损阶段：磨损速度急剧增长，机械效率下降，功率和润滑油的损耗增加，精度散失，产生异常噪声及振动，摩擦副温度迅速升高，最终导致零件失效。

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。

12.5.3 润滑
滑动轴承在工作时由于轴颈与轴瓦的接触会产生摩擦，导致表面发热、磨损甚而“咬死”，所以在设计抽承时内应选用减摩性好的滑动轴承材料制造轴瓦，选择合适的润滑剂并采用合适的润滑方式改善轴承的结构，以获得厚膜润滑等。

1、润滑油的选择
润滑油是主要的润滑剂，润滑油的主要物理性能指标是豁度，豁度表征液体流动的内摩擦性能，豁度越大其流动性愈差。

茹度随着温度升高而降低，随着压力的升高而增大。

但压力不高时〔如小于100个大气压)，变化很小，可忽略不计。

润滑油另一物理性能是油性，
表征润滑油在金属表面上的吸附能力。

油性愈大，对金属的吸附能力愈强，油膜愈容易形成。

选择润滑油时一般原则如下:
1)高速轻载时，为了减小摩擦功耗应选择豁度小的润滑油;
2)重载或冲击载荷时，应采用油性大、茹度大的润滑油，以形成稳定的润滑膜;
3)静压轴承可选用钻度小的润滑油，功压轴承的选取可经过计算进行校核;
4)表面粗糙或未经跑合的表面应选择豁度高的润滑油。

润滑油的黏度有动力黏度、运动黏度等。

国家标准规定采用润滑油在40℃时的运动黏
度中心值作为润滑油牌号。

关于滑动轴承润滑油牌号及选用可参考表12-3。

2、润滑脂
润滑脂是将稠化剂分散于液体润滑剂中所组成的一种稳定的固体或半固体产品，其中可以加入旨在改善润滑脂某种特性的添加剂及填料。

润滑脂在常温下可附着于垂直表面不流失，并能在敞开或密封不良的摩擦部位工作，具有其它润滑剂所不可替代的持点。

因此，在汽车和工程机械上的许多部位都使用润滑脂作为润滑材料，即我们常说的机用黄油。

润滑脂按稠化剂组成分类，局限性较大,使用同一种稠化剂可以生产出许多种具有不同性能的润滑脂，即使是不同类型的稠化剂生产的润滑脂,其性能也往往难以准确区分。

所以，以稠化剂分类使用者会感到混淆不清,不依据使用经验及查找对应标准就难以选用。

从分组、命名和代号中看不出润滑脂的使用条件，必须再查找这个代号的润滑脂标准。

因此,给使用者正确选用带来困难，容易发生错用,造成润滑事故。

表12-3滑动轴承常用润滑油牌号选择
表12-4滑动轴承润滑脂选择
3、固体润滑剂和气体润滑剂
固体润滑剂可以在摩擦表面上形成固体膜以减小摩擦阻力，有石墨、二硫化钼( MoS2)和聚四氟乙烯(PTFE)等多种品种一般在重载条件下，或在高温工作条件下使用。

使用时可调和在润滑油中;也可涂覆、烧结在摩擦表面形成蓬盖膜;或者用固结成形的同体润滑剂嵌装在轴承中;或者混人金属或塑料粉末中然后一并烧结成形。

气体润滑剂常用空气，多用于高速及不能用润滑袖或润滑脂处
12.5.4润滑装置
向轴承提供润滑剂是形成润滑膜的必要条件。

在选定润滑剂后要还要选择合适的润滑方式。

其润滑方式有连续供油和间歇供油两种。

连续供油比较可靠，间歇供油只用于低俗不重要的轴承或者间歇工作的轴承，一般靠手工油壶注油或者注油杯注油。

对重要的轴承，必须采用连续的供油润滑。

1、手工给油装置：
手工给油润滑是由操作工人用油壶或油枪向润滑点的油孔、油嘴及油杯加油，主要用于低速、轻载和间歇工作的滑动面、开式齿轮、链条以及其他单个摩擦副。

加油量依靠工人感觉与经验加以控制。

图12-18是几种常用的油杯形式。

(a)旋套式注油油杯(b)压配式压注油杯(c)旋盖式油杯
图12-18油杯形式
2、滴油润滑：
滴油润滑主要使用油杯向润滑点供油润滑。

通常的油杯有：针阀式注油杯、压力作用滴油油杯、跳针式油杯、连续压注油杯、活塞式滴油油杯等。

油杯多用铝和铝合金等轻金属制成骨架，杯壁和检查孔多用透明的塑料或玻璃制造，以便观察其内部油位。

图12-19针阀式油杯图12-20油绳润滑
图12-19所示的是针阀式油杯：这种注油杯的滴油量受针阀的控制，油杯中油位的高低可直接影响通过针阀环间隙的滴油量。

3、油绳润滑：
如图12-20所示。

主要使用油绳、毡垫等浸在润滑油中，应用虹吸管和毛细管作用吸油。

所使用油的粘度应较低。

油绳和油垫等具有一定过滤作用，可保持油的清洁。

油绳润滑可应用弹簧盖油杯，毛绳的吸油端浸在油中，另一端则通过送油管向下悬垂而滴油，对润滑点供油，但毛绳不能和所润滑的表面接触。

也可以在机件上铸出边缘，形成油池，把发送管及油绳接到润滑点上。

油杯或油池的油位应保持在机件全高的3/4以上，以保证吸油量。

4、油环或油链润滑：
如图12-21所示，油环或油链润滑只能用于水平安装的轴。

在轴上挂一油杯，环的下部浸在油池内，利用轴转动时的摩擦力，而把油环也带着旋转，将润滑油带到轴颈上，在轴颈的表面流散到各润滑点。

但转轴应无冲击振动，转速不易过高。

图12-21油环或和油链润滑
5、油浴和飞溅润滑：
主要用于闭式齿轮箱、链条和内燃机等。

一般利用高速（不高于12.5m/s）旋转的机件从专门设计的油池中将油带到附近的润滑点。

如图12-22所示，有时在轴上设置带油的轮子把油带到轴颈上。

飞溅润滑所用油池应装设油标，油池的油位深度应保持最低齿轮被淹没2-3个齿高。

最好在密闭的齿轮箱上设置通风孔以加强箱内外空气的对流，有助于散热。

6、喷油润滑：
喷油润滑是指将润滑油与一定压力的压缩空气在喷射阀混合后喷射到润滑点的润滑方式，又称喷射润滑。

如图12-23所示，当齿轮分度圆圆周速度大于10m/s时，因有离心力作用使油自齿面抛离。

对齿轮的润滑要求在直接压力下把润滑油从齿轮的齿入方向送到啮合的齿隙中以进行润滑。

对双向转动的齿轮，则需在齿轮的两面均安装喷油孔管。

在蜗轮传动中，喷油应丛蜗杆的螺旋开始与蜗轮啮合的一面喷射。

图12-22油浴和飞溅润滑图12-23喷油润滑
7、压力强制润滑：
压力强制润滑是在设备内部设置小型润滑泵通过传动机件或电机带动，从油池中将润滑油供送到润滑点。

如图12-24所示，供油是间歇的，它既可用作单独润滑，也可以将几个泵组合在一起润滑。

近年由于小型润滑站已实现标准化，在机外附装一套小型电动或手动润滑站，利用设备内部的油池进行润滑的系统已广泛使用。

强制润滑时，润滑油随设备的开、停而自动送、停。

油的流量由柱塞行程来调整，由每秒几滴至几分钟1滴。

油压范围为0.1-34MPa。

为保持润滑油的清洁，油池应有一定深度，以防止吸入油池中的沉淀物。

图12-24压力强制润滑。