3.3滑动轴承及轴承合金及其应用

滑动轴承的类型
按承载方向分 •向心滑动轴承 •推力滑动轴承 按摩擦状态分 •非液体摩擦滑动轴承 动压轴承 •液体摩擦滑动轴承 静压轴承
2、滑动轴承的结构形式
2.1. 向心滑动轴承 1）.整体式径向滑动轴承：
特点：结构简单、制造方便、刚度较大、安装困难： 轴颈只能从端部装入、间隙不可调
它仅适用于轴颈不大，低速轻载或间隙工作的机械。对整 体式滑动轴承。
动轴承的区别首先表现在结构上，滚动轴承是靠滚动体的转动来支撑转动轴的， 因而接触部位是一个点，滚动体越多，接触点就越多；滑动轴承是靠平滑的面 来支撑转动轴的，因而接触部位是一个面。其次是运动方式不同，滚动轴承的 运动方式是滚动；滑动轴承的运动方式是滑动，因而摩擦形势上也就完全不相 同。
• 巴氏合金是最广为人知的轴承材料，由美国人巴比特发明而得名，因其呈白 色，又称白合金，其应用可以追溯到工业革命时代。具有减摩特性的锡基巴 氏合金和铅基巴氏合金是唯一适合相对于低硬度轴转动的材料，与其它轴承 材料相比，具有更好的适应性和压入性，广泛用于大型船用柴油机、涡轮机、 交流发电机，以及其它矿山机械和大型旋转机械等。 • 巴氏合金的主要成分是锡、铅、锑、铜。 其中锑和铜，用以提高合金强度和 硬度。巴氏合金可简单地分为三种：高锡合金、高铅合金和中间合金(合金中 锡和铅均占有重要比例)。在所有这些合金系中，锑和铜均作为重要的合金化 元素和硬化元素，而且其结构是由硬的、弥散于软基质中的金属间化合物组 成。 • 巴氏合金的组织特点是，在软相基体上均匀分布着硬相质点，软相基体使巴 氏合金具有非常好的嵌藏性、顺应性和抗咬合性，并在磨合后，软基体内凹， 硬质点外凸，使滑动面之间形成微小间隙，成为贮油空间和润滑油通道，利 于减摩；上凸的硬质点起支承作用，有利于承载。 • 巴氏合金除制造滑动轴承外，因其质地软、强度低，常将其丝或粉喷涂在钢 等基体上制成轴瓦使用。为防止成分偏析和细化晶粒，还常加入少量的砷。 • 按国家标准，巴氏合金可以分为锡基合金和铅基合金两种。铅基合金的强度 和硬度比锡基合金低，耐蚀性也差。所以客户在使用巴氏合金的时候，通常 选用锡基合金，其常用的牌号有ZChSnSb11－6、ZChSnSb8－4等。尽管铅基 合金的性能没有锡基合金好，但是有许多客户仍然选择使用，因为它使用起 来比较经济，其常用的牌号有ZChPbSb16－16－2、ZChPbSb1－16－1等。
内燃机轴瓦 巴氏合金轴瓦
滑动轴承（sliding bearing），在滑动摩擦下工作的轴承。滑动轴承工作平稳、可靠、无 噪声。在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不发生直接接触，还可以大大减小 摩擦损失和表面磨损，油膜还具有一定的吸振能力。但起动摩擦阻力较大。轴被轴承支 承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。为了改善轴瓦表面的摩擦性质而在其 内表面上浇铸的减摩材料层称为轴承衬。轴瓦和轴承衬的材料统称为滑动轴承材料。常 用的滑动轴承材料有轴承合金（又叫巴氏合金或白合金）、耐磨铸铁、铜基和铝基合金、 粉末冶金材料、塑料、橡胶、硬木和碳-石墨，聚四氟乙烯（PTFE）、改性聚甲醛 （POM）、等。滑动轴承应用场合一般在低速重载工况条件下，或者是维护保养及加注 润滑油困难的运转部位。 将运转的轴与轴座之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，从而减少摩 擦损失的一种精密的机械元件，叫滚动轴承（rolling bearing）。滚动轴承一般由外圈， 内圈，滚动体和保持架组成。其中内圈的作用是与轴相配合并与轴一起旋转，外圈作用 是与轴承座相配合，起支撑作用，滚动体是借助于保持架均匀的将滚动体分布在内圈和 外圈之间，其形状大小和数量直接影响着滚动轴承的使用性能和寿命，保持架能使滚动 体均匀分布，防止滚动体脱落，引导滚动体旋转起润滑作用。 滚动轴承使用维护方便， 工作可靠，起动性能好，在中等速度下承载能力较高。与滑动轴承比较，滚动轴承的径 向尺寸较大，减振能力较差，高速时寿命低，声响较大。滚动轴承中的向心轴承（主要 承受径向力）通常由内圈、外圈、滚动体和滚动体保持架4部分组成。内圈紧套在轴颈 上并与轴一起旋转，外圈装在轴承座孔中。在内圈的外周和外圈的内周上均制有滚道。 当内外圈相对转动时，滚动体即在内外圈的滚道上滚动，它们由保持架隔开，避免相互 摩擦。推力轴承分紧圈和活圈两部分。紧圈与轴套紧，活圈支承在轴承座上。套圈和滚 动体通常采用强度高、耐磨性好的滚动轴承钢制造，淬火后表面硬度应达到HRC60～65。 保持架多用软钢冲压制成，也可以采用铜合金夹布胶木或塑料等制造。 滚动轴承和滑
向心滑动轴承的结构形式 组成：轴承座、轴套或轴瓦、联接螺栓等。
轴承座 联接螺栓 轴承 轴承盖 榫口
螺纹孔
整体式向心滑动轴承
剖分轴瓦
轴承座
剖分式向心滑动轴承
3）. 自动调心式：
若轴承的宽径比较大，当轴的弯曲变形或轴孔倾 斜时，易造成轴颈与轴瓦端部的局部接触，引起剧烈 的磨损和发热。因此，当B/d >1.5时，宜采用自动调 心轴承。
1、轴瓦及轴承衬材料
一.滑动轴承的失效形式
1.磨粒磨损: 硬颗粒进入轴承间隙或嵌入轴承表面… 2.刮伤：轴承间隙中的硬颗粒和表面粗糙度的轮廓顶峰… 2.胶合：轴面接触中金属由于摩擦而产生瞬时高温，润滑油 膜被破坏。在一定压力下，接触区金属被融化并粘结在一起。 4.疲劳剥落：接触处作用次数超过材料的接触疲劳极限。。。
1 2
3、单环式：利用轴环的端面止 推，结构简单，润滑方便， 广泛用于低速轻载场合。
d d1 d2
d d1 d2
4、多环式：特点同单环型，可 承受较单环更大的载荷，也 可承受双向轴向载荷。
注意： 推力轴承止推面多采用环形止推面（很少用实心的）, 但这种轴承必须作成沿轴线剖分的。
对于尺寸较大的平面推力轴承，为了改善轴承的 性能，便于形成液体摩擦状态。可设计成多油楔形状 结构。
轴瓦。。。。
• 滑动轴承轴瓦材料的摩擦性能要求较高，加工精
度要求较高，工艺复杂，且价格高。因此在滑动 轴承设计中，常将轴瓦与轴承座分开加工，轴瓦 内部常开有油腔、油槽以保证润滑剂能更好地分 布于承载面上。为改善轴瓦表面的摩擦性能，其 内表面上常设计有一层或多层轴承衬。轴瓦可机 械安装于轴承座中，也可直接浇注于轴承座内孔 孔壁上再进行整体加工。
重点难点
1、轴瓦材料及其应用。
1、滑动轴承
由于结构与制造的原因，一般说来： 滚动轴承
摩擦阻力小； 起动灵敏； 标准化程度高； 质优价廉； 便于使用与维护； 故广泛应用于一般尺寸、中速、中载的一般工作 条件下和运动机械中。
但是，在下列情况： ① 载荷特重； ② 承受巨大冲击载荷和 振动载荷； ③ 回转精度要求特高； ④ 转速特大； ⑤ 尺寸很大或很小； ⑥ 结构上要求轴承剖分时； ⑦ 特殊工作条件下（如水、腐蚀介质中）。 滑动轴承更有优势。
2.常用的轴瓦材料有： (1) 轴承合金（又称巴氏合金）
锡、铅、锑、铜的合金统称为轴承合金。它以锡或铅 作基体，悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒。软基体增加材料的塑 性。硬晶粒起耐摩作用，受重载时可以嵌陷到软基里，使 载荷由更大的面积承担。 巴氏合金的减摩性好，机械强度较低且价格昂贵，通 常将它作为轴承衬材料贴附在软钢、铸铁或青铜的轴瓦上 0 使用。熔点低，工作温度低于150 C。 锑、铜金属硬粒
3.3 滑动轴承、轴承 合金及其应用
主要内容
1、滑动轴承； 2、滑动轴承的结构和材料； 3、轴承合金及性能。
P179看图3-97回答问题
1.在图中有木有滑动 轴承？ 2.有哪种轴承？为什 么要用这种轴承呢？
基本要求
1、了解滑动轴承的类型、特点和应用场合。 2、了解整体式和剖分式滑动轴承的结构特点。 3、了解滑动轴承对轴瓦材料的基本要求，掌握轴承合金和轴承 青铜的特点和性能。 4、在汽车上的应用
2）. 剖分式径向滑动轴承：
轴承盖和轴承座的剖分面常作出阶梯形的榫口。润滑 油通过轴承盖上的油孔和轴瓦上的油沟流入轴承间隙润滑 摩擦面。轴承剖分面最好与载荷方向近于垂直，以防剖分 面位于承载区出现泄漏，降低承载能力。通常，多数轴承 剖面为水平剖分，也称正剖分，也有斜剖分的。
§15-2
滑动轴承的结构型式
铝合金有哪两种？
变形铝合金和铸造铝合金
铜合金有几类？
黄铜、青铜、白铜
下列的牌号的含义是什么?
1A99、 LC4 、LD5、LF2、LY11、ZAlSi12 T1 、 H62 、 ZCuZn38 、 ZQSn10 – 1
什么是轴承？
轴承
轴承的功用：1.用来支承轴及轴上的零件，并保证轴的旋 转精度。 2.减少轴与支承面间的摩擦与磨损。 分类：１.按承受载荷的方向 （轴承的反力与轴中心线的位置）： 径向轴承（轴承的支承反力与轴中心线垂直）； 推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线重合）； 向心推力轴承（轴承的支承反力与轴中心线有一 夹角） ２.按类型 滑动摩擦轴承；滚动摩擦轴承。
4）铸铁：
轻载、低速的轴瓦材料
5）非金属材料： 石墨、塑料、橡胶、尼龙等 摩擦系数小、耐磨、耐腐蚀、承载低、热变形大 塑料轴承摩擦系数小，可承载冲击载荷，可塑性、跑合性 良好，耐磨、耐腐蚀，可用水、油及化学溶液润滑。但它的导 热性差(只有青铜的1/2000～1/5000)，耐热性低(120～150℃ 时焦化)，膨胀系数大，易变形。为改善此缺陷，可将薄层塑料 作为轴承衬粘附在金属轴瓦上使用。塑料轴承一般用于温度不 高，载荷不大的场合。 尼龙轴承自润性、耐腐性、耐磨性、减震性等都较好，但 导热性不好，吸水性大，线膨胀系数大，尺寸稳定性不好，适 用于速度不高或散热条件好的地方。 橡胶轴承弹性大，能减轻振动，使运转平稳，可以用水润 滑，常用于离心水泵，水轮机等场合。
5.腐蚀：润滑剂在使用中不断氧化，生成酸性物质…；
氧对巴氏合金的腐蚀，SnO2、SnO； 硫对含银或铜轴承材料的腐蚀、润滑油中的水分…。
二. 滑动轴承材料
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。
Hale Waihona Puke Baidu
1) 对轴承材料的要求
(1)有良好的减摩性和耐磨性；
(2)有足够的强度和塑性；
(3)良好的导热性； (4)抗腐蚀性强； (5)抗胶合性强。
常用轴瓦及轴承衬材料的性能
材料及其代号
铸锡锑轴承合金 ZSnSb11Cu6 铸铅锑轴承合金 ZPbSb16Sn16Cu2 铸锡青铜 ZCuSn10P1 铸锡青铜 ZCuSn5Pb5Zn5 铸铝青铜 ZCuAl10Fe3
[p] Mpa
平稳 冲击 15 15 25 20
[pv] HBS 最高工作 轴径硬度 Mpa.m/s 金属型 砂型 温度℃
轴瓦的固定：
轴瓦的油孔、油沟
油孔用来供应润滑油，油沟则用来输送和分配润滑油。
油孔和油沟均位于轴承的非承载区 注意： 油沟长度≈0.8B（轴瓦宽度），即不能开通，否则漏油。
2.3、 推力滑动轴承：
只能承受轴向载荷
(与径向轴承联合才可同时承受轴向和径向载荷。) 1、实心式：支撑面上压强分布极不 均匀，中心处压强最大,对润滑 很不利，导致支撑 面磨损极不均匀，使用较少。 2、空心式：支撑面上压强分布较均 匀，润滑条件有所改善。
2.2、轴瓦结构
1) 整体式轴瓦
2)剖分式轴瓦
3) 单金属轴瓦
4) 双金属轴瓦：轴承衬
双金属轴瓦，三金属轴瓦，厚瓦，薄瓦。
轴瓦的结构要素：
壁厚 定位唇：防止轴瓦在轴承中移动 油孔和油沟：将油引入轴承，油沟用于 输送和分布润滑油 油室：存油
油沟
油孔
油室
结构型式： 整体式、剖分式
壁厚
定位唇
20 15 10 27 30 90 65 110 150 150 280 280 280 150HBS 150HBS
15
15 12
80
60 100
45HBC
45HBC 45HBC
8
15
例如
曲轴的轴向限位 通常是通过在曲轴的前部、中部或后部安装止推
轴承来实现的（翻边轴瓦）。
止推垫片 连杆轴颈
主轴颈 主轴承盖 止推垫片
2）铜合金：
有锡青铜、铝青铜和铅青铜三种。 强度高，承载能力大，耐磨性和导热性优于轴承合金。 但其可塑性差，不易跑合，与之相配的轴径须淬硬。
锡青铜
铅青铜 铝青铜
中速、中载或重载
高速重载 低速重载
3）粉末冶金：
铁或铜粉末混入石墨压制烧结而成多孔结构材料， 称为粉末冶金材料，其孔隙约占体积的10～35%， 可贮存润滑油，故又称为含油轴承。 由于它韧性差，用于载荷平稳、低速和加油不便场合。
轴承合金浇铸在钢或 铸铁的轴瓦基体上
锡基体或铅基体
在高速中、低载荷情况下,用软基体 上分布硬质点组织的材料。
轴
润滑油空间
软基体
硬质点 轴瓦
在高速重载荷情况下, 用硬基体上分布软质点 组织的材料。
轴
润滑油
硬基体
软质点 轴瓦
锡锑轴承合金 ( 锡基巴氏合金 )
Z Ch Sn Sb11 – 6
其它元素的 含量为6% 主加元素锑其 含量为11% 基本元素锡 轴承 铸造
滑动轴承的特点
• 滑动轴承工作平稳，可靠、无噪音，如能保证液体摩 擦可大大减少摩擦磨损。由于滑动轴承摩擦损耗大，效率 低，维护也比较复杂，所以在一般工况下，例如机床、减 速箱汽车等场合被滚动轴承取代，但在一些特殊场合仍占 重要地位。 1、可做成剖分式：发动机曲轴、齿轮轴。 2、能承受巨大的冲击振动载荷：机车、车辆、水泥搅拌 机、破碎机、清砂机、轧钢机、大型电机。 3、工作转速特别高：汽轮机，纺织机械用轴承，转速 300O-6O00转，寿命22000小时，离心式压缩机。 4、要求对轴的支承位置特别精确：机床主轴。