机械设计基础复习精要：第15章 滑动轴承

191第15章 滑动轴承15.1考点提要15.1.1 重要术语及基本概念轴瓦、轴承衬、油沟与油孔、宽径比、不完全液体润滑、液体动力润滑、止推轴承、摩擦的特点及状态（干摩擦，边界摩擦，液体摩擦，混合摩擦），静压轴承15.1.2 滑动轴承的材料和主要失效形式滑动轴承的主要失效形式有磨粒磨损、刮伤、胶合、疲劳剥落和腐蚀等。

针对滑动轴承的主要失效形式，轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。

轴承材料的性能应着重满足良好的减摩性、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、经济性等。

常用轴承材料及性能详见教材。

15.1.3 滑动轴承设计设计内容包括：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。

在设计滑动轴承时，如果速度高，温升大，可相对间隙大些，速度低时，温升小，可相对间隙小些，有利于提高承载能力。

滑动轴承的承载能力与相对间隙的平方成反比，因此载荷大时，相对间隙应取小些，载荷小时则可取大些，有利于温度降低。

不完全液体润滑径向滑动轴承处于混合润滑，这类径向滑动轴承的计算准则是p ≤[]p 、pv ≤[]pv 和v ≤[]v 。

设计中，轴承所承受径向载荷F （单位为：Ｎ），轴径转速n （单位为：min /r ），轴颈直径d （单位为：ｍｍ）。

然后进行以下验算： （１）轴承的平均压力P （单位为：Mpa ）][p dBF p ≤= （１５－１） 式中：B —轴承宽度，单位为mm ；][p —轴瓦材料的许用应力，单位为Mpa（２）轴承的pv 值（单位为：s m Mpa /．）][19100100060pv BFn dn Bd F pv ≤=⨯=（１５－２） 式中：v —轴颈圆周速度，单位为s m /（３）滑动速度v （单位为：s m /） ][v v ≤ （１５－３）非液体摩擦滑动轴承的计算内容是：限制压强p ，以保证润滑油不被过大的压力挤出，使得轴瓦不至于过度磨损。

限制pv 值是为了限制轴承的温升，从而保证油膜不破裂，因为192pv 值与摩擦功率成正比的。

另外，由于轴发生弯曲或不同心等原因会引起轴承边缘局部压强相当高，如果滑动速度太高，局部区域的pv 值可能比较高，所以还要限制轴颈的圆周速度v 。

如果在设计时出现p 或pv 值过大不满足要求时，可如下调整设计参数：（１） 增大宽径比，目的是增加轴承宽度以减小p 和pv 值，从而满足p ≤[]p 、pv ≤[]pv 的要求；（２） 重选[]p 和[]pv 较大的轴瓦材料。

验算滑动轴承的压力p、速度v 和压力与速度的乘积pv，是不完全液体润滑轴承设计中 的内容但对液体动力润滑轴承也需要该三项限制条件是选择轴瓦材料的依据，且起动、停车过程处于不完全液体润滑状态。

15.1.4.液体动压润滑液体动压油膜形成的必要条件是润滑油有一定的粘度，粘度越大，承载能力也越大；有足够充分的供油量；有相当的相对滑动速度，在一定范围内，油膜承载力与滑动速度成正比关系；相对滑动面之间必须形成收敛性间隙（通称油楔）。

保证液体动力润滑的充分条件是应保证最小油膜厚度处的表面不平度高峰不直接接触。

选择动压润滑轴承用润滑油的粘度时，应考虑轴承压力、滑动速度、摩擦表面状况、润滑方式等条件。

可以通过计算和参考同类轴承的使用经验初步确定。

不完全液体润滑轴承：表面间难以产生完全的承载油膜，轴承只能在混合摩擦润滑状态下工作。

这种轴承一般用于工作可靠性要求不高的低速、重载或间歇工作场合。

液体动力润滑轴承：表面间形成足够厚的承载油膜，轴承内摩擦为流体摩擦，摩擦系数达到最小值。

图1５.1 液体动压油楔从图1５.1可见：在O h h =处，压力为极大值，由于油楔内部有压力，在中间部分压力大，两侧进出口压力小，所以右侧进口处（大口）流体在进入时受阻力而形成凹曲线；左侧出口的流体受到内部压力，所以形成外凸曲线。

而在O h h =处，没有压力变化，所以速193度呈线性分布。

如何判断两个相对运动的平板间所夹的油楔是否能形成动压呢？有两种情况会产生动压，这两种情况是：（1）两平板的相对运动使油楔位置变化，但相对运动的趋势是两平板逐渐靠近（2）两平板的相对运动并没有使油楔位置变化，但作一个与两平板相对运动方向垂直并与运动的板固化的截面，若在两板的相对运动中，通过该截面的截面面积逐渐变小，则可以认定会产生动压。

径向滑动轴承形成动力润滑的过程如图1５.2图 1５.2 径向滑动轴承形成动力润滑的过程图（ａ）是准备起动阶段；图（ｂ）是不稳定润滑阶段（轴在转动中沿孔壁上爬）；图（c ）是油楔的形成，随着油楔性的形成，液力推动轴进入图（d ）的液体动力润滑运行阶段。

在径向滑动轴承和推力轴承中常会出现多油楔结构，这样的结构会使动压更加稳定。

15.1.5滑动轴承的润滑润滑的目的是减少摩擦和磨损，降低功率损耗，同时还有冷却，防尘，防锈和吸振功能。

润滑分脂润滑和油润滑，其性能指标及润滑方式详见教材，在此不再赘述。

油孔引入润滑油，油沟用来输送和分布润滑油。

油沟的形状和位置影响轴承中油膜压力分布情况。

油沟不应开在油膜承载区内，以保证承载区油膜的连续性，否则会降低油膜的承载能力。

轴向油沟应比轴承宽度稍短，以免油从油沟端部大量流失。

15.1.6 止推滑动轴承常用的结构形式有：空心式、单环式和多环式。

因为其端面上的压力分布极不均匀，越靠近圆形端面边沿处的线速度越大，磨损越快，逐步形成凸起的中心处的压力很高，对润滑极为不利。

因此多不采用实心的。

15.1.7 参数选择液体动力润滑径向滑动轴承的主要几何关系： 承载力算式为：P P C d B vd C vB F 22)/(22ψηψη== （１５－４） 式中：P C 表示承载量系数，该值取决于偏心率和宽径比；η表示润滑油在轴承平均工作温 度下的动力粘度；B 表示轴承宽度；v 表示轴颈的圆周速度；ψ表示相对间隙； d 表示轴 颈的直径（1)宽径比（B/d）一般推荐宽径比取0.5 ---1.5。

宽径比小，轴承的轴向尺寸小，占用空间小，增大了轴承的压强，从而提高了运转的稳定性。

轴向宽度变窄，还增大了轴承端部的泄流量，减少了摩擦的功耗并降低了温度，但也降低了轴承的承载能力。

另一方面，如果宽径比取得大，则温升就高，且长轴颈易变形，制造和装配误差的影响也就大，轴承端部边缘接触的可能性也就大，所以只有在低速，重载，轴及轴承刚性好，制造及安装精度可以达到比较高水平时可选择比较大的宽径比。

（２）相对间隙ψ间隙越小，油膜承载区会扩大，承载能力和回转精度越高，但润滑油流量变小，轴承温度会升高，容易引起润滑油粘度下降，压力油膜容易被破坏；同时，间隙太小则最小油膜厚度变小，难以形成液体润滑，油中微粒不易通过，易刮伤摩擦表面。

反之，如果间隙偏大，易形成紊流，增加功率损耗(３）粘度η和速度v低速重载滑动轴承要选择粘度高的润滑油，便于形成油膜；高速滑动轴承要选择低粘度的润滑油。

这是因为润滑油内的摩擦力基本与转速的平方成正比，转速高，摩擦生热多，温度升高从而使油的粘度下降，同时使轴受热膨胀，间隙缩小，易造成油膜破裂。

轴承间隙大，不容易形成油膜，端部泻流量大，应选择粘度大的油。

轴承宽径比大，端部泻流少，应选择粘度低的润滑油。

轴承的宽径比与润滑油的粘度约成反比关系。

（4）轴承间隙的选择滑动轴承的承载能力与相对间隙的平方成反比，因此载荷大时，相对间隙应取小些，载荷小时则可取大些，有利于温度降低。

转速越高，最小间隙越大，摩擦系数也大，温升也越高，直径间隙就应大些，以改善冷却状况。

旋转精度要求高的轴承，应选择比较小的直径间隙。

轴承材料的热膨胀系数越大，则在轴承工作时，随着温升，直径间隙会减小，应选择较大的直径间隙。

（5）最小油膜厚度和轴承温升对流体动压径向滑动轴承的影响轴颈和轴瓦都存在表面不平度，轴颈的刚度不足时，在轴承中有挠度的存在，还存在安装误差和轴的弯曲变形引起的轴颈偏移量，油膜厚度必须大于上述各量的和才能保证轴与轴瓦不发生直接接触，形成流体润滑。

反之，油膜也不可太厚，否则承载能力会下降，因此必须计算油膜厚度。

若厚度不够可在结构上保证轴和轴瓦有足够的刚度，在安装时保证有良好的对中，保持润滑油的清洁，提高轴颈和轴瓦的光洁程度，也可采用调心轴承。

194195要获得液体动力的润滑，在最小油膜厚度的地方，必须保证相对滑动表面不能直接接触。

这就是说最小油膜厚度要大于轴颈和轴承孔两者的表面微观不平度之和。

粗糙度低则表面更光滑，最小油膜厚度可以更小，承载能力就高。

如图15.3 所示，各参数关系为：直径间隙：d D -=∆ （１５－５）半径间隙：2/∆=-=r R δ （１５－６）相对间隙：ψ＝δ/r=（R-r）r （１５－７） 式中：r 为轴颈的的半径； R 为轴承孔的半径；偏心率χ＝e/δ （１５－８）式中：e 为轴颈与轴承孔之间的偏心距。

χ的大小由轴承宽径比和承载量系数确定 最小油膜厚度h min)1(min χδ-=--=er R h （１５－９）许用最小油膜厚度min []h 为：)(][21min z z R R S h += （１５－１０） 算式中S 为安全系数；12Z Z R R 和分别为轴颈和轴承孔表面粗糙度十点高度。

公差小和粗糙度低有利于承载力提高必须满足：][min min h h ≥ （１５－１１）流体的摩擦系数f 为：Pn f ψηπ302≈ （１５－１２） 液体摩擦轴承不同点处油膜温度是不同的。

本课程采用限制润滑油平均温度不超过75℃来考虑油膜处于正常工作条件下，以保证其承载能力。

196图15.3 间隙及最小间隙图15.1.8 温升对流体动压滑动轴承的影响若温升过高，油在高温下黏度下降，降低油膜的承载能力。

可采用提高轴颈和轴瓦的光洁程度，适当降低润滑油的黏度；加大散热面积，使用冷却设备等措施。

滑动轴承的润滑方式可根据系数k 选定：（１５－１３）式中：p 为比压，单位MPa ；v 为轴颈的线速度，单位m/s 。

当k ≤ 2时，用润滑脂，油杯润滑；k=2～16时，用针阀式润滑；k=16～32时，用油环或飞溅润滑；k > 32时，用压力润滑。

15.2模拟考题15.2.1填空题1．根据支承处相对运动表面的摩擦状态，轴承可分为 和 。

２．根据滑动轴承中相互摩擦表面的滑动摩擦状态可分为 摩擦、 摩擦、 摩擦以及混合摩擦。

３．混合摩擦是指相互摩擦表面处于 和 的混合状态。

４．滑动轴承按承受载荷的不同可分为 滑动轴承和 滑动轴承。

５．对滑动轴承材料的要求是具有足够的 强度 、良好的 磨性、 磨性等 ６．径向滑动轴承的偏心距随着载荷的增大而 ，随着转速的增大而 。