原创 Winter1984 iMechanics机械
销轴与衬套的组合，通常也被大家称之为滑动轴承或轴颈轴承（journal bearing），常见于一些重型机械，如挖掘机、推土机等建筑和采矿设备，在液压缸、汽车悬架等上面也有应用。
这些场合都有其显著的特点：工作环境条件比较恶劣，载荷大且存在冲击和振动，滑动（转动）速度较低，通常只是部分旋转。这种工况下我们最为常见的滚动轴承就不太适合，否则滚动轴承的规格就会选得非常大，而销轴与衬套配合由于其结构紧凑就成了一个相对较好的选择。销轴常用的材料有合金钢、不锈钢等，具备强度高、耐磨耐腐蚀等特点。衬套常用的材料为青铜、钢、塑料、复合材料等，具备自润滑、摩擦系数低且耐磨等特性。
结构尺寸的设计及润滑剂的选择是销轴和衬套配合中重点考虑的两个方面。我们以一建筑机械上比较常见的销轴和衬套配合结构（如下图所示）为例给大家展开介绍一下，供设计类似结构时作为参考。
结构尺寸设计
销轴直径：从图中可以看出，销轴应能承受在给定载荷下的剪切应力。另外我们知道当销轴的直径小于或等于其长度尺寸时，弯曲应力就不能忽略，销轴的最小直径应能满足上述剪切应力和弯曲应力而不发生屈服。一般情况下，销轴上还会开有润滑孔，这会带来应力集中，轴径需也需相应增大。虽然转动时负载方向相对开孔不固定，但设计时也应避免开最大应力区域（最大载荷区开孔轴径需增加34%-44%）。
配合长度：销两侧支撑座的宽度和套筒长度的选择主要考虑配合面的挤压应力。当挤压应力过大时配合位置会发生塑性变形，进而导致间隙晃动、磨损、材料挤出、甚至卡死等问题。通常简单的按投影面积来计算挤压应力，但这很难体现出如下图所示的轴向方向上接触边缘的挤压应力和圆周方向上由于间隙存在造成的载荷分布不均。典型的脂润滑滑动轴承其α约为40-80°，不适合使用赫兹应力公式计算（一般只用于20°以下），要想精确计算需要使用有限元分析，不过一个常用的经验是：当转动线速度低于0.02m/s时，应保证基于投影表面产生的压应力应不超过较软材料屈服强度的50%。
以上计算是基于装配精度良好，销轴、套筒和支撑座同心度非常好的情况下，但实际总是存在偏差。如下图所示，短的衬套当出现不对中时容易受到较大的边缘压力，而长的衬套可减轻边缘应力，但更易受力发生弯曲。衬套的宽度w和直径d的比值应保持在0.5~1.5之间，使用润滑脂润滑的滑动轴承的w/d比建议为1.3左右，以尽量减少侧泄漏。
配合间隙：对于衬套为金属且采用脂润滑的滑动轴承来说，建议的配合间隙取值范围如下，其中dbush为衬套内径，dpin为销轴外径。间隙的大小主要取决于载荷和应用工况，对于来回摆动且转动速递较低的脂润滑轴承应选择较小的配合间隙。
在考虑配合间隙时，需要注意其它的影响因素，比如衬套由于过盈压入而带来的变形，制造偏差（粗糙度、同轴度等），温升变化等等。
润滑
在主要的机械结构部件设计没有问题后，润滑就是接下来需要考虑的重点了。由于工程上销轴和衬套配合大多存在冲击振动，低速运转，日晒雨淋等等恶劣工况，一方面要做好密封措施（如前面图中画出的密封圈），防止外界粉尘颗粒进入轴承内部，产生磨粒磨损；另外一方面要选择合适的润滑剂，以减少在边界润滑条件下，由于不能形成连续的油膜在带来的磨损，提高滑动轴承的寿命。
否则当销轴与衬套的配合出现问题（例如间隙过大、偏磨等），就容易在设备动作时产生额外的冲击力，时间一长就有可能引发部件疲劳断裂，给用户造成巨大损失，下图为因配合不当而导致液压油缸活塞杆的疲劳断裂示意图。
目前这类滑动轴承通常使用带有极压 (EP) 添加剂和抗磨添加剂的润滑脂来提升润滑脂的极压抗磨性能，另外润滑脂中一般还会添加固体添加剂二硫化钼 (MoS2)，以以应对冲击和振动载荷导致的重载轴套表面油膜破裂，提高润滑剂的承载能力。市面上比如美孚的Mobilgrease XHP Mine 系列润滑脂就是一款专门针对非公路和矿山设备各类销轴、重负荷底盘部件等严苛工况应用而开发的润滑脂，其主要特征如下：
由于润滑脂只有在受载时才会产生流动，一旦油脂从承载区跑到非承载区就很难再回到承载接触区域，因此保证接触面持续良好的润滑就变得非常重要。由于销轴和衬套间存在冲击和振动，为了使表面始终保持润滑，要么使用集中供脂系统进行持续润滑，要么选用粘附性较高的润滑脂。美孚的Mobilgrease XHP Mine 系列润滑脂针对不同的工况提供了不同型号的润滑脂，如下表所示。
另外，衬套上通常还会加工润滑槽和储油槽，如下图所示。凹槽将润滑脂从润滑入口点沿滑动表面分布，而储油槽则有助于长时间保持润滑。不过也有缺点，那就是减少了承载面积，且加工成本高。
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