第十二章 滑动轴承

12-1 概述

滑动轴承部分适用场合：工作转速特高、特大冲击与振动、径向空间尺寸受到限制或必须剖分安装（如曲轴的轴承）、需要在水或腐蚀性介质中工作等

按承受载荷方向的不同分类：

• 径向轴承 —— 承受径向载荷

• 止推轴承 —— 承受轴向载荷

按滑动表面间润滑状态不同分类：

• 流体润滑轴承

• 不完全流体润滑轴承（滑动表面处于边界润滑或混合润滑状态）

• 自润滑轴承（工作时不加润滑剂）

按流体润滑承载机理分类：

• 流体动力润滑轴承（简称，流体动压轴承）（本章主要讨论）

• 流体静力润滑轴承（简称，流体静压轴承）

滑动轴承主要设计内容：

1. 轴承的形式和结构设计

2. 轴瓦的结构和材料选择

3. 轴承结构参数的确定

4. 润滑剂的选择和供应

5. 轴承的工作能力及热平衡计算

12-2 滑动轴承的主要结构形式

整体式径向滑动轴承

JB/T 2560-2007 整体有衬正滑动轴承座 型式与尺寸

轴承座+整体轴套

对开式径向滑动轴承

JB/T 2561-2007 对开式二螺柱正滑动轴承座 型式与尺寸

JB/T 2562-2007 对开式四螺柱正滑动轴承座 型式与尺寸

结构组成：

• 轴承座

• 轴承盖

• 剖分式轴瓦

• 双头螺柱

止推滑动轴承

轴承座+止推轴颈

12-3 滑动轴承的失效形式及常用材料

滑动轴承的失效形式

磨粒磨损

刮伤

胶合（咬黏）

疲劳脱落

腐蚀

轴承材料

轴承材料：轴瓦和轴承衬的材料

材料性能要求：

• 良好的减磨性、耐磨性和抗咬黏性

  • 减磨性：材料副具有低的摩擦因数

  • 耐磨性：材料的抗磨性能（通常以磨损率表示）

  • 抗咬黏性：材料的耐热性和抗黏附性

• 良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性

  • 摩擦顺应性：材料通过表层弹塑性变形来补偿轴承滑动表面初始配合不良的能力

  • 嵌入性：材料容纳硬质颗粒嵌入，从而减轻轴承滑动表面发生刮伤或磨粒磨损的性能

  • 磨合性：轴瓦与轴颈表面经短期轻载运转后，易于形成相互匹配的表面形貌状态

• 足够的强度和抗腐蚀能力

• 良好的导热性、工艺性、经济性等

12-4 轴瓦结构

轴承衬：在轴瓦的内表面上浇注或轧制的一层轴承合金

轴瓦要求：应具有一定的强度和刚度，在轴承中定位可靠，便于输送润滑剂，容易散热，并且装拆、调整方便

轴瓦的形式和构造

• 整体式轴瓦

  • 整体轴套

  • 卷制轴套

• 对开式轴瓦

  • 厚壁轴瓦

  • 薄壁轴瓦

轴瓦的定位

• 凸缘

• 紧定螺钉

• 销钉

• 定位唇（凸耳）（轴瓦剖分面上）

油孔及油槽

• 轴向油槽：对整体式径向轴承，开在最大油膜厚度位置；对对开式径向轴承，开在轴承剖分面处

  • 单轴向油槽：轴颈单向旋转

  • 双轴向油槽：轴颈双向旋转

• 周向油槽：载荷方向变动范围超过 180° 的场合，常设在轴承宽度中部

12-5 滑动轴承润滑剂的选用

润滑脂及其选择

特点：可以形成将滑动表面完全分开的一层薄膜。半固体润滑剂，流动性差，无冷却效果

使用场景：要求不高、难以经常供油、低速重载、作摆动运动之处的轴承中

润滑脂品种选择原则：

1. 压力高、滑动速度低，选择锥入度小一些的品种，反之选锥入度大的

2. 所用润滑脂的滴点，一般应较轴承的工作温度高 20 ~ 30 °C，以免工作时润滑脂过多流失

3. 在有水淋或潮湿的环境下，应选择防水性强的钙基或铝基润滑脂

4. 在温度较高处应选用钠基或复合钙基润滑脂

选择润滑脂牌号时可参考：查表

润滑油及其选择

选择原则：

1. 转速高、压力小时，选黏度较低的油；反之应选黏度较高的油

2. 在高温度下工作的轴承（例如 $t$ > 60°C），所用油的黏度应比常温轴承的高一些

不完全液体润滑轴承润滑油选择参考：查表

流体动压轴承润滑油的选择参考：查表

固体润滑剂

12-6 不完全流体润滑滑动轴承设计计算

可靠的工作条件：边界膜不遭破坏，维持粗糙表面微腔内有流体润滑存在

简化的条件性计算适用场景：一般对工作可靠性要求不高的低速、重载或间歇工作的轴承

径向滑动轴承的计算

已知条件：

• 轴承所受径向载荷 $F$ （N）

• 轴颈转速 $n$ （r/min）

• 轴颈直径 $d$ （mm）

然后进行 $p$ 、$pv$、$v$ 三项的验算

验算轴承的平均压力 $p$：

$$p = \frac{F}{dB} \leq [p]$$

字母符号	含义	单位	备注
$p$	轴承的平均压力	MPa
$B$	轴承宽度	mm	根据宽径比 $B/d$ 确定，参见 12-7 节中“参数选择”
$[p]$	轴瓦材料的许用压力	MPa	查表“常用金属轴承材料性能”

验算轴承的 $pv$ 值：

轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗 $fpv$ 成正比（$f$ 为摩擦因数），限制 $pv$ 值就是限制轴承的温升

$$pv = \frac{F}{Bd} \frac{\pi d n}{60 \times 1000} = \frac{Fn}{19100 B} \leq [pv]$$

TODO

验算滑动速度 $v$：

$$v \leq [v]$$

止推滑动轴承的计算

验算轴承的平均压力 $p$：

$$p = \frac{F_a}{A} = \frac{F_a}{z \frac{\pi}{4} (d_2^2 - d_1^2)} \leq [p]$$

字母符号	含义	单位
$d_1$	轴承孔直径	mm
$d_2$	轴环直径	mm
$F_a$	轴向载荷	N
$z$	环的数目	-
$[p]$	许用压力，查表	MPa

验算轴承的 $pv$值：

$$v = \frac{\pi n (d_1 + d_2)}{60 \times 1000 \times 2}$$

故应满足：

$$pv = \frac{4 F_a}{z \pi (d_2^2 - d_1^2)} \frac{\pi n (d_1 + d_2)}{60 \times 1000 \times 2} = \frac{n F_a}{30000 z (d_2 - d_1)} \leq [pv]$$

字母符号	含义	单位
$n$	轴径的转速	r/min
$[pv]$	$pv$ 的许用值，查表	MPa · m/s

TODO

12-7 流体动力润滑径向滑动轴承设计计算

流体动力润滑的基本方程

一维雷诺方程：

$$\frac{\partial p}{\partial x} = 6 \eta v \frac{h - h_0}{h ^3}$$

形成流体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件：

1. 相对滑动的两表面间必须形成收敛的楔形间隙

2. 被油膜分开的两表面必须有足够的相对滑动速度（亦即滑动表面带油时要有足够的油层最大速度），其运动方向必须使润滑油由大口流进，从小口流出

3. 润滑油必须具有一定的黏度，供油要充分

径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程

（轴顺时针旋转）

1. 当轴静止时，轴颈处于轴承孔最低位置，并与轴瓦接触。此时两表面间自然形成一收敛的楔形空间

2. 轴颈开始转动时速度较低，轴瓦对轴颈摩擦力的方向与轴颈表面圆周速度方向相反，轴颈在摩擦力作用下沿孔壁向右上爬升

3. 随转速增大，轴颈表面圆周速度增大，带入楔形空间的油量增多，楔形油膜产生一定的动压力，将轴颈向左浮起

4. 当轴颈达到稳定运转时，轴颈便稳定在一定的偏心位置上。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

径向滑动轴承的主要几何关系

径向滑动轴承工作能力计算简介

计算式：

$$C_p = \frac{F \psi^2}{\eta \omega d B} = \frac{F \psi^2}{2 \eta v B}$$

字母符号	含义
$C_p$	承载量系数
$F$	外载荷，N
$\psi$	相对间隙
$\eta$	润滑油在轴承平均工作温度下的动力黏度，TODO
$B$	轴承宽度，m
$v$	轴颈圆周速度，TODO

参数选择

12-8 其他形式滑动轴承简介

自润滑轴承

多油楔轴承

流体静压轴承

气体润滑轴承

磁悬浮轴承