第十三章 滚动轴承 滚动轴承结构/类型和代号 滚动轴承类型的选择 滚动轴承的设计 滚动轴承的寿命计算 滚动轴承的静载荷计算 滚动轴承装置设计 滚动轴承与滑动轴承比较(自学) § 滑动轴承的类型 13 –1 一、轴承的分类 剖分式径向轴承 按承载方向分 径向(或向心)滑动轴承：承受径向载荷。 推力滑动轴承：承受轴向载荷。 按润滑状态分 液体(摩擦)润滑轴承: 润滑油把轴承轴颈完全分开。 非液体(摩擦)润滑轴承: 轴承处于混合油膜状态。 无润滑自润滑轴承： 。 按润滑剂种类分 液体润滑剂轴承(油或水); 半固体润滑剂轴承(润滑 脂或黄油); 固体润滑剂轴承(二硫化钼或石墨); 气体润 滑剂轴承(空气) 。 二、滑动轴承的特点(补充) 工作平稳、可靠；高速度、高精度、重载； 可以做成剖分式轴承。 三、滑动轴承的设计内容(补充) 1) 确定轴承的结构型式 2) 选择轴瓦和轴承衬的材料 3) 确定轴承结构参数 4) 选择润滑剂和润滑方法 5) 计算轴承工作能力及热平衡 § 滑动轴承的结构型式 13 –2 一、径向滑动轴承的结构型式 按结构型式分为：整体式轴承和剖分式轴承。 1. 整体式径向滑动轴承 特点: 结构简单，成本低廉。 因磨损而造成的间隙无法调整。 只能从沿轴向装入或拆出。 应用: 低速、轻载或间歇性工作的机器中。 2. 剖分式径向滑动轴承 剖分轴套 整体轴套 轴承盖 联接螺栓 剖分轴瓦 轴承座 特点：结构复杂; 可以调整磨损而造成的间隙、安装方便。 应用：低速、轻载或间歇性工作的机器中。 轴瓦是滑动轴承中的重要零件。为了安装 对心, 在轴承盖与轴承座的中分面上做出阶梯形的榫口。轴 承盖应当适度压紧轴瓦，使轴瓦不能在轴承 转动。 轴承 制有螺纹孔，以便安装油杯或油管。 向心滑动轴承的轴瓦内 圆柱形。 油杯座孔 轴承盖 非承载区 联接螺栓 进油孔 剖分轴瓦 轴承座 承载区 在轴瓦内表面，以进油口为中心沿纵、斜或横向开 有油沟，以利于润滑油均布在整个轴颈上。油沟形式 很多，一般与轴瓦端面保持一定距离，以防漏油。 双轴向油槽(一侧进油形成动压油膜，另一侧进油覆盖在 轴颈上半部起冷却作用，最后油从轴承两端泄出) ，常用于 大型液体润滑的滑动轴承中。轴瓦两侧面镗有油室 的结构可以使润滑油顺利进人轴瓦与轴颈的间隙。 宽径比：轴瓦宽度与轴颈直径之比B/d，是向心滑动 轴承重要参数之一。对于液体摩擦滑动轴承，B/d =0.5~1; 非液体摩擦滑动轴承, B/d =0.8~1.5或大些。 当载荷垂直向下或略有偏斜时，轴承中分面 平方向；若载荷方向有较大偏斜时，则轴承的中分面 也斜着布置(通常倾斜45º) ，使中分平面垂直于或接近 垂直于载荷。 二、推力滑动轴承 轴上有轴向力时应采用推力轴承。止推面可利用轴端 面, 也可在轴的中段做出凸肩或装上推力圆盘。沿轴承 止推面上还应开有楔形。固定式推力轴承的楔形倾斜角 固定不变, 在楔形顶部留出平台, 用来承受停车后的轴向 载荷。可倾式推力轴承扇形块(一般为6~12块) 的倾斜角能 随载菏、转速的改变而自行调整, 因此性能更为优越。 固定式推力轴承 可倾式推力轴承 止推轴承 § 滑动轴承的材料 13 –3 根据轴承的工作情况，要求轴瓦材料具备下述性能: 1) 摩擦系数小；2)导热性好, 膨胀系数小；3)耐磨、 耐蚀、抗胶合能力强；4)有足够的机械强度和可塑性。 轴瓦常用两层不同金属浇铸或压合而成。两层 别称为轴瓦基体和轴承衬(粘附在 基体上的薄层) 。 常用的轴瓦和轴承衬材料有： 一、轴承合金 轴承合金(又称 、巴氏合金) ：有锡锑轴承合 金(f 小, 抗胶合性、吸油性、耐蚀性好, 易跑合。但价贵、机械强 度较差, 常用于高速、重载轴承)和铅锑轴承合金(性能与锡锑 轴承合金相似，较脆、不宜承受较大冲击载荷，一般用于中速中 载轴承)两大类。 二、青铜 青铜强度高，承载能力大，可承受高温。耐 磨性与导热性都优于轴承合金。但它的可塑性 差，不易跑合，与之相配的轴颈必须淬硬。 青铜可单独做成轴瓦。为节省有色金属，也 可将青铜浇铸在钢或铸铁轴瓦内壁上。用作轴 瓦材料的青铜，主要有锡青铜(中速重载)、铅 青铜(中速中载)和铝青铜(低速重载) 。 三、具有特殊性能的轴承材料 含油轴承(用粉末冶金法经制粉、成型、烧结等做 贮油的轴承)常用于加油不便处。在不重要或低速 轻载处可用灰铸铁或耐磨铸铁作轴瓦材料。橡胶轴 承(弹性大,能减振,可用水润滑)常用于潜水泵、沙石清洗 机、钻机等有泥沙的场合。塑料轴承(f 小、可塑性、跑 合性好,耐磨、耐蚀, 可用水、油及化学溶液润滑。但导热性差, 膨胀系数较大, 易变形) 。 P190表13-1为常用轴瓦及轴承衬材料参数。 § 滑动轴承的润滑 13 – 4 一、润滑剂 轴承润滑的目的: 降低摩擦功耗, 减少磨损, 同时起到冷却、吸振、防锈等作用，轴承能否 正常工作, 和选用润滑剂正确与否有很大关系。 润滑剂的类型： 1) 液体润滑剂：润滑油(最常用) ； 2) 半固体润滑剂：润滑脂(不易流失) ； 3) 固体润滑剂等(通常在特殊场合下使用) 。 润滑油 1) 性能：粘度(选择润滑油的主要依据，表征了液体 流动的内摩擦性能) 平行平板AB 间：v =0 B v =v A 液体内部的摩擦切应力: 粘温曲线 η: (动力)粘度,ν=η/ρ (运动…) du/dy : 任一点的速度梯度 温度↑，η↓(参见上图中润滑油的粘温曲线) 压力↑，η ↑。当压力10MPa 时，可忽略影响 2) 润滑油的选用原则：综合考虑速度、载荷和工作 情况。高温重载选大粘度油; 高速小载荷选小粘度油。 润滑脂(=润滑油+稠化剂(如钙、钠、铝等)) 特点：密封简单，不易流失，可用于垂直表面。润 滑脂摩擦损耗大，机械效率低，受温度等影响不大， 不宜用于高速，且润滑脂易变质。 常用润滑脂：钙 滑脂(耐水, 使用温度60º), 润 滑脂(不耐水, 使用温度115º~145º) 。 润滑脂(性能优良, 耐水，使用温度-20º~150º, 可以代替钙基、 润滑脂) 。 固体润滑剂 固体润滑剂有：石墨、二硫化钼(MoS ) 、聚氟乙烯 2 树脂等。用于超出润滑油使用范围时。如高温介质中 或低速重载条件下。 二、润滑装置 压配式压注油杯 手柄 螺母 簧片 (b) 弹簧盖油杯 润滑脂用油杯 杯盖 针杆 弹簧 滤网 杯体 铝管 观察孔 旋套式注油油杯 棉纱绳 (a) 针阀式油杯 油环润滑 油杯润滑 油环润滑 油泵循环给油 § 非液体摩擦滑动轴承设计 13 – 5 润滑方法 可用润滑油或润滑脂润滑(可在其中加少量石墨或一硫 化钼粉末，以便①油膜边界坚韧②填平宜糙面以减少磨损) 。 这类轴承不能完全排除磨损。 设计依据： 维持边界油膜不遭破裂。 计算方法： 按经验设计。即: p ≤[p ], pv ≤[pv ] , v≤[v] 一、径向滑动轴承的计算 1、验算轴承压强p F : 轴承径向载荷 F B :轴瓦宽度 d: 轴颈直径 p = ——≤[p ] Bd [p ]: 轴瓦材料 压强, P190表13-1 2、验算轴承的pv 值 ——pv 值与摩擦功率损耗成正比轴承设计，表征轴承的发热因素。 pv 越高，轴承 越高，越易引起边界油膜破裂。 F πdn n: 轴的转速 pv = — —————≤[pv ] Bd 60 ×1000 v: 轴颈线、验算滑动速度v 值 ——v 值与磨损有关。p 较小时, 即使p 与pv 值都在 围内,可能由于v 值过高而造成加速磨损 。 πdn n: 轴的转速 v = —————≤[v] 60 ×1000 v: 轴颈线速度 二、推力滑动轴承的计算 F : 轴向载荷 1、压强p F d : 轴肩直径 p = ——————≤[p ] 2 2 2 d : 轴颈直径 z(d2 - d1 )π/4 1 2、轴承的pv 值 z : 轴环数 πd n m pv = p —————≤[pv ] d = (d + d )/2 m 60 ×1000 m 1 2 对于多环推力轴承，由于制造和装配误差使各支承 面上所受载荷不等， [p ]和[pv ]值应减小20 ％~40 ％。 § 液体摩擦滑动轴承简介 13 – 6 液体摩擦 用润滑油把摩擦表面完全分隔开, 此时只有液体间的 摩擦, 称为液体摩擦；液体摩擦系数很小(f =0.001~ 0.01),可显著减少摩擦和磨损, 是最理想的状态。 液体摩擦的性质完全取决于所使用的润滑油，而与 两个摩擦表面的材料无关。 获得液体摩擦的两种轴承 液体静压轴承：人工用油压把轴颈顶起(需附加设备) 液体动压轴承：利用轴颈本身回转时的泵油作用在 摩擦面间建立压力油膜。 一、液体动压润滑的形成原理 1. 平行板 无载荷时： ①各截面油速呈三角形分布 板不下沉 ②三角形面积相等(进油量= 出油量) 有载荷时：两边油逐渐被挤出，板会下沉。 结论：平等板之间不能形成动压油膜！ v =v A v =0 B 2. 非平行板 无载荷时：同前(v呈三角形分布,且进油量= 出油量) 有载荷时： ①大口油速为三角形内凹 内部油液相互 ②小口油速为三角形内凸 挤压形成压强 ③在油速呈三角形的截面上，最大。 结论：在间隙内形成了动压油膜！ 这种借助相对运动而在轴承间隙中形成的压力油膜 称为动压油膜。 v =v A v =0 B 3. 形成动压油膜的必要条件 两工作表面间 1) 必须有楔形间隙； 2) 必须连续充满润滑油或其他粘性流体; 3) 必须有相对滑动速度。且运动方向必须 保证润滑油从大截面流进，小截面流出。 此外，对于一定的载荷F ，必须使速度v 、 粘度η及间隙等匹配恰当。 4. 动压油膜形成过程 轴颈沉 在下部 转动时 形成动 推轴颈 轴颈在平 停车状态 压油膜 向左 衡位置上 稳定旋转 注意：d) 图画法: 转向 偏心距e 最大压强p max 最小油膜厚度hmin 结论：其他条件相同时, 工作转速越高, e值越小。即 轴颈中心越接近轴承 心。 § 滚动轴承的结构/类型和代号 13 –7 一、滚动轴承的结构 组成: 内圈1、外圈2、滚动体3、保持架4 。 内圈1: 装在轴颈上 有滚道 外圈2: 装在机座上 滚动体3: 在滚道中滚动 保持架4: 均匀隔开滚动体 材料：滚动体与内外圈一般用含铬合金钢并进行热 处理，工作表面经磨削和抛光(材料应具有高硬度和接 触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性) 。保持架一般用 低碳钢板冲压制成，高速轴承的保持架多采用有色 金属或塑料。 优点：摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、润滑 简便和易于互换，所以应用广泛。 缺点: 抗冲击能力较差,高速有噪声,工作寿命不 及液体摩擦的滑动轴承。 应用：滚动轴承已经标准 化，对其设计是熟悉标准、 正确选用滚动轴承。 二、滚动轴承的基本类型(P195~197表13-3) ——通常按其承载方向(或接触角)和滚动体的形状分类 1. (公称)接触角α(P195表13-2) 滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴承轴心线的 平面间的夹角。α是滚动轴承的一个主要参数，轴承 的受力分析和承载能力等都与α有关。

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