# 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](https://muzing-bucket0.oss-cn-huhehaote.aliyuncs.com/documents/JBT-2560-2007.pdf)

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](https://muzing-bucket0.oss-cn-huhehaote.aliyuncs.com/documents/JBT-2561-2007.pdf)

[JB/T 2562-2007 对开式四螺柱正滑动轴承座 型式与尺寸](https://muzing-bucket0.oss-cn-huhehaote.aliyuncs.com/documents/JBT-2562-2007.pdf)

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