第9章軸和軸承9.1軸的分類及材料選擇9.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.3軸的強(qiáng)度計(jì)算9.4軸的設(shè)計(jì)舉例9.5滾動(dòng)軸承的基本知識(shí)9.6滾動(dòng)軸承的選擇與應(yīng)用9.7滑動(dòng)軸承概述9.8滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和材料9.9滾動(dòng)軸承與滑動(dòng)軸承的性能比較

轉(zhuǎn)軸—同時(shí)承受彎矩和扭矩的軸，如減速器的軸。心軸─只承受彎矩的軸，如定滑輪軸。傳動(dòng)軸─只承受扭矩的軸，如汽車的傳動(dòng)軸。9.1.1軸的分類（1）按照承受載荷的不同，軸可分為：除了剛性軸外，還有鋼絲軟軸，可以把轉(zhuǎn)矩和運(yùn)動(dòng)靈活地傳到任何位置，常用于醫(yī)療器械和小型機(jī)具中。（3）直軸根據(jù)外形的不同，可分為光軸和階梯軸。階梯軸便于軸上零件的裝拆和定位，省材料重量輕，應(yīng)用普遍。（2）按照軸線形狀的不同，軸可分為曲軸和直軸兩大類。軸一般是實(shí)心軸，有特殊要求時(shí)可制成空心軸，如車床主軸。9.1軸的分類及材料選擇曲軸是專用零件，主要用在內(nèi)燃機(jī)一類的活塞式機(jī)械中。轉(zhuǎn)軸：機(jī)器中最常見(jiàn)的軸，通常簡(jiǎn)稱為轉(zhuǎn)軸。

工作時(shí)既承受彎矩又承受轉(zhuǎn)矩。心軸：用來(lái)支承轉(zhuǎn)動(dòng)零件，只承受彎矩而不傳遞轉(zhuǎn)矩。

例：自行車的前輪軸傳動(dòng)軸：主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩而不承受彎矩，或所承受的彎矩很小的軸。例：汽車中聯(lián)接變速箱與后橋之間的軸。曲軸空心軸和鋼絲軟軸

光軸階梯軸軸的類型9.1.2軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的要求及設(shè)計(jì)步驟軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下要求：（1）應(yīng)具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性，以便于軸上零件的定位和裝拆，便于軸的制造；（2）應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度；（3）應(yīng)具有足夠的剛度；（4）振動(dòng)穩(wěn)定性好，不發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)和共振。軸設(shè)計(jì)的一般步驟：（1）選擇軸的材料；（2）進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；（3）校核軸的強(qiáng)度；（4）校核軸的剛度。9.1.3軸的材料及選擇（1）碳素鋼—35、40、45、Q235特點(diǎn)：

對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小、價(jià)格較便宜、可熱處理，應(yīng)用廣泛。（2）合金鋼—20Cr、40Cr特點(diǎn)：良好的力學(xué)性能和熱處理工藝性、對(duì)應(yīng)力集中敏感，價(jià)格較貴。（3）球墨鑄鐵特點(diǎn)：鑄造性能好、吸振性好、對(duì)應(yīng)力集中不敏感、價(jià)格低。注意：常溫下合金鋼和碳素鋼的彈性模量大致相同，用合金鋼代替碳素鋼不能有助于提高軸的剛度。9.2.1最小軸徑的估算軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為：≤

設(shè)計(jì)公式為：≥

最小軸徑確定時(shí)，可結(jié)合整體設(shè)計(jì)將上式所得直徑圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑或與相配合零件（如聯(lián)軸器、帶輪等）的孔徑相吻合。式中，C為由材料和承載情況決定的常數(shù)，見(jiàn)教材表9-2。9.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)9.2.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：（1）擬定軸上零件的裝配方案

軸上零件的裝配方案不同，則軸的結(jié)構(gòu)形狀也不相同。設(shè)計(jì)時(shí)可擬定幾種裝配方案，進(jìn)行分析與選擇。在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單。以下是帶式輸送機(jī)減速器中高速軸的三個(gè)裝配方案及分析。（1）軸和軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置（軸向和周向定位與固定）。（2）軸上零件要便于拆裝和調(diào)整。（3）合理布局軸的受力位置，提高軸的剛度和強(qiáng)度。（4）軸應(yīng)有良好的加工工藝性。（5）與軸承配合的軸頸必須符合滾動(dòng)軸承內(nèi)徑系列。2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)步驟（2）確定各軸段的直徑（3）確定各段的長(zhǎng)度齒輪與軸分開(kāi)制造，齒輪與帶輪均從軸的左端裝入，軸段⑤最粗。該方案較常采用。方案一齒輪與軸分開(kāi)制造，齒輪從軸的右端裝入，帶輪從軸的左端裝入，軸段⑤最粗。該方案也有采用。方案二方案三齒輪與軸一體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度和剛度高，但工藝性較差，軸與齒輪同時(shí)失效。適用于軸的直徑接近齒根圓直徑的情況。9.2.3軸上零件的定位（一）軸上零件的周向定位周向定位的目的是限制軸上零件相對(duì)于軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。通常采用鍵、花鍵、銷、過(guò)盈配合及成型聯(lián)接等。（二）軸上零件的軸向定位軸向定位的目的是限制軸上零件相對(duì)于軸的移動(dòng)，使其準(zhǔn)確可靠地處在正確的位置上，以保證機(jī)器正常工作。1）軸肩和軸環(huán)定位。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便可靠，可承受較大軸向力，最為常用。為了準(zhǔn)確定位，軸肩根部圓角應(yīng)小于軸上零件內(nèi)孔圓角或倒角尺寸，軸肩高度則應(yīng)大于軸上零件內(nèi)孔圓角或倒角尺寸，一般取h=(0.07~0.1)d，d為配合處軸的直徑。2）套筒定位。多用于軸上兩個(gè)零件之間距離不大，或不便于加工出軸肩的地方。此時(shí)，應(yīng)保證套筒與被定位零件可靠接觸。3）彈性擋圈定位。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適用于無(wú)軸向力或軸向力較小的情況。軸上的溝槽會(huì)引起應(yīng)力集中，削弱軸的強(qiáng)度。4）圓螺母定位。能承受較大的軸向力，但軸上須加工螺紋，適用于軸向力較大或兩零件間距離較大時(shí)的定位。彈性擋圈定位圓螺母定位5）圓錐形軸端與壓板定位。定位可靠，裝拆方便，適用于經(jīng)常裝拆或有沖擊的場(chǎng)合。7）緊定螺釘定位。承受的軸向力較小，不適用于高速。6）圓柱形軸端與軸端擋圈定位。定位可靠，方便，常用。圓錐形軸端與壓板定位緊定螺釘定位圓柱形軸端與軸端擋圈定位（三）確定各軸段的直徑和長(zhǎng)度按軸所受的扭矩估算軸的最小軸徑dmin。對(duì)于轉(zhuǎn)軸，在軸上零件的位置和支點(diǎn)跨距確定之前，尚無(wú)法計(jì)算彎矩，故只能按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或類比法初步估算軸的直徑d，并將其作為最小軸徑。圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件為：或τ—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）；T—轉(zhuǎn)矩（N.mm)；WT—抗扭截面系數(shù)（mm3），WT

≈0.2d3；P—軸傳遞的功率（kW）；n—軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；[τ]—許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）；C—導(dǎo)出常數(shù)。（1）確定軸段直徑的原則按定位和裝拆要求確定軸肩高度及直徑定位軸肩的高度宜取大一些，一般大于2mm，但要便于軸上零件的拆卸，如滾動(dòng)軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面高度。非定位軸肩主要是為了軸上零件裝拆和加工方便，軸肩可取小一些，1~2mm即可。有配合要求的軸段，應(yīng)采用或盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑。軸與標(biāo)準(zhǔn)件配合時(shí)，如與聯(lián)軸器、密封圈、軸承等，其直徑必須與標(biāo)準(zhǔn)件的內(nèi)孔直徑一致；軸與非標(biāo)準(zhǔn)件配合時(shí)，如與帶輪和齒輪等，為加工方便，也應(yīng)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)直徑（優(yōu)先數(shù)系）。（2）確定軸段長(zhǎng)度的原則軸段長(zhǎng)度應(yīng)與配合零件的寬度相適應(yīng)，與傳動(dòng)件配合的軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，以保證定位可靠。零件間在軸向應(yīng)留有適當(dāng)?shù)倪\(yùn)動(dòng)間隙、裝拆和調(diào)整空間。軸承應(yīng)盡可能靠近傳動(dòng)件，以減小兩支點(diǎn)間的跨矩或懸臂長(zhǎng)度，提高軸的剛度和強(qiáng)度。提高軸強(qiáng)度的措施（一）改進(jìn)結(jié)構(gòu)，減小應(yīng)力集中盡量避免在軸上開(kāi)橫孔、切口和凹槽；增大軸肩過(guò)渡圓角半徑；采用卸荷槽（圖a）、過(guò)渡肩環(huán)（圖b）、凹切圓槽（圖c）；在軸與軸上零件的過(guò)盈配合處，在輪轂上開(kāi)卸荷槽（圖d））。（二）改善軸的表面品質(zhì)降低軸的表面粗糙度，對(duì)軸的表面滲碳、滲氮及碳氮共滲等化學(xué)處理，輾壓、噴丸等機(jī)械強(qiáng)化處理，可顯著提高軸的承載能力。（三）合理布置軸上零件圖示兩種方案中，a)方案軸受到的最大扭矩小，故強(qiáng)度高。9.2.4軸的工藝性在進(jìn)行軸的緊固設(shè)計(jì)時(shí)，考慮到軸的結(jié)構(gòu)工藝性，應(yīng)注意以下問(wèn)題：（1）在滿足裝配要求的前提下，階梯軸的階梯應(yīng)盡量少，以減少加工過(guò)程中的刀具調(diào)整量，提高加工效率，且減小軸上的應(yīng)力集中。（2）車削螺紋和磨削加工時(shí)，為保證加工質(zhì)量，應(yīng)留有退刀槽（見(jiàn)圖9-16）和砂輪越程槽（見(jiàn)圖9-17），槽的寬度b可查有關(guān)手冊(cè)。

（3）不同軸段開(kāi)設(shè)鍵槽時(shí)，應(yīng)使鍵槽沿同一母線布置。在同一軸段開(kāi)設(shè)幾個(gè)鍵槽時(shí)，各鍵槽應(yīng)對(duì)稱布置。（4）軸端應(yīng)倒角。直徑相近處的倒角、圓角、退刀槽、越程槽和鍵槽尺寸應(yīng)盡量相同，以減少加工過(guò)程中的刀具調(diào)整量，提高加工效率。

圖9-16退刀槽圖9-17砂輪越程槽9.3軸的強(qiáng)度計(jì)算軸的彎矩和扭矩分析2）畫出軸的空間受力圖；3）畫出軸的水平面受力圖，求出水平面支反力，畫出水平面彎矩圖；4）畫出軸的鉛垂面受力圖，求出鉛垂面支反力，畫出鉛垂面彎矩圖；5）畫合成彎矩圖；6）畫軸的扭矩圖；7）確定危險(xiǎn)截面。1）求出軸上的所有主動(dòng)力；9.3.1按彎扭強(qiáng)度計(jì)算對(duì)一般鋼制的圓軸（實(shí)心），可按工程力學(xué)理論求出危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力，其強(qiáng)度條件為：τ

—危險(xiǎn)截面上的彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力（MPa）；M、T—危險(xiǎn)截面上的彎矩和扭矩（N.mm）；

—根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的折合因數(shù)。

；d—危險(xiǎn)截面的直徑(mm)。≤計(jì)算軸徑時(shí)：≥

由于一般轉(zhuǎn)軸的σbb為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而τ

與σbb的循環(huán)特性往往不同。因此，須引入折算系數(shù)α

將非對(duì)稱的τ折算成對(duì)稱變應(yīng)力，此時(shí)軸的強(qiáng)度校核公式為：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力靜應(yīng)力脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力α

≈0.3α

≈0.６α

=1切應(yīng)力折算系數(shù)αα—切應(yīng)力折算系數(shù)，見(jiàn)下表。[σ-1bb]—許用對(duì)稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，見(jiàn)下表。材料σb[σ+1][σ0][σ-1]碳鋼40013070405001707545600200955570023011065合金鋼8002701307590030014080100033015090鑄鋼40010050305001207040軸的許用彎曲應(yīng)力軸的彎曲變形以撓度y和偏轉(zhuǎn)角θ來(lái)度量，軸的扭轉(zhuǎn)變形以扭轉(zhuǎn)角來(lái)度量，變形過(guò)大會(huì)影響軸的正常工作，故軸的剛度條件為：9.3.2軸的剛度校核y≤[y]

θ≤[θ]

y、θ及可按材料力學(xué)的方法計(jì)算，許用變形量[y]、[θ]和[]見(jiàn)后表。變形種類適用場(chǎng)合許用值變形種類適用場(chǎng)合許用值撓度/mm一般用途的軸(0.0003~0.0005)l轉(zhuǎn)角/rad調(diào)心球軸承≤0.05剛度要求高的軸≤0.0002l圓柱滾子軸承≤0.025感應(yīng)電機(jī)軸≤0.1Δ圓錐滾子軸承≤0.016安裝齒輪的軸(0.01~0.03)mn齒輪處軸的截面0.001~0.002安裝蝸輪的軸(0.02~0.05)m扭角°/m一般傳動(dòng)0.5~1轉(zhuǎn)角/rad滑動(dòng)軸承≤0.001較精密傳動(dòng)0.25~0.5深溝球軸承≤0.005重要傳動(dòng)<0.25l—支承間跨矩；Δ—定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙；mn—齒輪法向模數(shù)；m—蝸輪模數(shù)。軸的許用變形量9.5滾動(dòng)軸承的基本知識(shí)特點(diǎn)：摩擦阻力小，起動(dòng)容易、旋轉(zhuǎn)精度高，潤(rùn)滑維護(hù)方便；標(biāo)準(zhǔn)件，互換性好，價(jià)格較低。但抗沖擊能力不高，噪聲較大，徑向尺寸大，高速時(shí)壽命較低。適用場(chǎng)合：一般工作條件下的軸承，應(yīng)用廣泛。滾動(dòng)軸承是一種標(biāo)準(zhǔn)部件，它依靠?jī)?nèi)部元件間的滾動(dòng)接觸來(lái)支承軸及轉(zhuǎn)動(dòng)零件（如齒輪等）工作。9.5.1滾動(dòng)軸承的構(gòu)造外圈1：有溝槽。與軸承座裝配。內(nèi)圈2：有溝槽。與軸頸裝配。滾動(dòng)體3：在內(nèi)、外圈滾道間滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦。有球形和滾子兩大類。保持架4：將滾動(dòng)體均勻地隔開(kāi)。（1）滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)滾動(dòng)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)動(dòng)畫(3D)滾動(dòng)軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)動(dòng)畫(3D)（2）滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)特性游隙：兩套圈之間沿徑向或軸向的相對(duì)位移量，相應(yīng)稱為徑向或軸向游隙。其對(duì)軸承的壽命、溫升和噪聲有很大影響。接觸角：滾動(dòng)體與外圈滾道接觸處的公法線與軸承徑向平面間的夾角α

。接觸角越大，軸承承受軸向載荷的能力越大。角偏差：軸承內(nèi)、外圈軸線之間的相對(duì)角位移θ。其許用值越大，軸承自動(dòng)適應(yīng)軸撓曲變形的能力越強(qiáng)。角偏差接觸角9.5.2滾動(dòng)軸承的類型和特點(diǎn)1．按滾動(dòng)體的形狀分球軸承：與套圈滾道點(diǎn)接觸，摩擦小。滾子軸承：與套圈滾道線接觸，承載能力高。2．按能承受載荷的方向分向心軸承：只能承受或主要承受徑向載荷，其接觸角α為。推力軸承：只能承受或主要承受軸向載荷，其接觸角α為。3.常用滾動(dòng)軸承的特性（1）調(diào)心球軸承（代號(hào)1000）主要承受徑向載荷，同時(shí)可承受少量的雙向軸向載荷。極限轉(zhuǎn)速中等。外圈滾道是以軸承中心為球心的球面，故能調(diào)心，允許角偏差。（2）調(diào)心滾子軸承（代號(hào)2000）能承受很大的徑向載荷，同時(shí)可承受少量的雙向軸向載荷。極限轉(zhuǎn)速低。外圈滾道為球面，故能調(diào)心，允許角偏差。帶緊定襯套的調(diào)心滾子軸承利用錐面的楔緊作用可固定在光軸上，裝拆方便。（3）圓錐滾子軸承（代號(hào)3000）能同時(shí)承受較大的徑向載荷和單向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速中等，允許角偏差。內(nèi)外圈可分離，游隙可調(diào)，裝拆方便，須成對(duì)使用。（4）推力球軸承（代號(hào)5000）只能承受單向或雙向軸向載荷，且載荷作用線必須與軸線重合；高速時(shí)滾動(dòng)體因離心力與保持架摩擦嚴(yán)重，故極限轉(zhuǎn)速低；不允許角偏差。（5）深溝球軸承（代號(hào)6000）主要承受徑向載荷，同時(shí)可承受少量的雙向軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速高，允許角偏差。在高轉(zhuǎn)速且載荷不大時(shí)，可替代推力球軸承承受純軸向載荷。價(jià)格最低，應(yīng)用最廣。（6）角接觸球軸承（代號(hào)7000）能同時(shí)承受較大的徑向載荷和單向軸向載荷。極限轉(zhuǎn)速較高，允許的角偏差。公稱接觸角有三種，須成對(duì)使用。（7）推力圓柱滾子軸承（代號(hào)8000）只能承受單向軸向載荷（可很大），且載荷作用線必須與軸線重合。極限轉(zhuǎn)速低，不允許角偏差。（8）圓柱滾子軸承（代號(hào)N000）（9）滾針軸承（代號(hào)NA）只能承受徑向載荷（很大），摩擦大，極限轉(zhuǎn)速低，不允許角偏差。一般不帶保持架，內(nèi)外圈可分離，徑向尺寸特小。只能或主要承受徑向載荷（很大）,極限轉(zhuǎn)速較高，允許角偏差，內(nèi)外圈可分離。9.5.3滾動(dòng)軸承的代號(hào)直徑系列代號(hào)寬度高度系列代號(hào)內(nèi)徑代號(hào)尺寸系列代號(hào)類型代號(hào)其他代號(hào)多軸承配置代號(hào)游隙代號(hào)公差等級(jí)代號(hào)特殊軸承材料代號(hào)保持架及其材料代號(hào)密封與防塵結(jié)構(gòu)代號(hào)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號(hào)一二三四五軸承分部件代號(hào)后置代號(hào)基本代號(hào)前置代號(hào)

滾動(dòng)軸承代號(hào)的構(gòu)成滾動(dòng)軸承代號(hào)用于表征軸承的結(jié)構(gòu)、尺寸、類型、精度等。例題：說(shuō)明下列軸承代號(hào)的含義。62205軸承內(nèi)徑為25mm直徑系列為2（輕）系列寬度系列為2（寬）系列深溝球軸承例題：說(shuō)明下列軸承代號(hào)的含義。7（0）315AC/P6/C33組游隙6級(jí)公差接觸角α=25°軸承內(nèi)徑為75mm直徑系列為3（中）系列寬度系列為0（窄）系列，不標(biāo)出角接觸球軸承9.6滾動(dòng)軸承的選擇與應(yīng)用9.6.1失效形式及計(jì)算準(zhǔn)則1.滾動(dòng)軸承的失效形式（1）疲勞點(diǎn)蝕—疲勞壽命計(jì)算。（2）塑性變形—靜強(qiáng)度計(jì)算。（3）磨損—限制轉(zhuǎn)速、加強(qiáng)密封和潤(rùn)滑。磨損疲勞點(diǎn)蝕擴(kuò)展性點(diǎn)蝕2.滾動(dòng)軸承的計(jì)算準(zhǔn)則在確定滾動(dòng)軸承尺寸時(shí)，應(yīng)針對(duì)其主要失效形式進(jìn)行必要的計(jì)算。對(duì)于一般運(yùn)轉(zhuǎn)的滾動(dòng)軸承，其滾動(dòng)體和滾道發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕是其主要失效形式，因而主要是進(jìn)行壽命計(jì)算，必要時(shí)再作靜強(qiáng)度校核。對(duì)于不轉(zhuǎn)動(dòng)、低速或擺動(dòng)的滾動(dòng)軸承，局部塑性變形是其主要失效形式，因而主要進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。對(duì)于其他失效形式，可通過(guò)正確的潤(rùn)滑和密封、正確的操作和維護(hù)來(lái)解決。9.6.2滾動(dòng)軸承的尺寸選擇1.滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算

（1）軸承壽命：軸承的滾動(dòng)體或套圈首次出現(xiàn)點(diǎn)蝕之前，軸承的轉(zhuǎn)數(shù)L或相應(yīng)的運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)Lh。（2）基本額定壽命L：同一型號(hào)的軸承，在相同的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中90％的軸承不發(fā)生疲勞點(diǎn)蝕所能達(dá)到的壽命。一批相同的軸承，即使在完全相同的條件運(yùn)轉(zhuǎn)，由于材料、熱處理及工藝等原因，其壽命是不同的，分布如圖所示?；绢~定壽命是一種統(tǒng)計(jì)壽命，選擇軸承時(shí)應(yīng)以它為標(biāo)準(zhǔn)。同一型號(hào)的軸承，其基本額定壽命隨載荷的不同而變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)所得的載荷—壽命曲線如圖所示。（3）基本額定動(dòng)載荷C：使軸承的基本額定壽命恰好為106轉(zhuǎn)時(shí)，軸承所能承受的載荷值，用C表示?；绢~定動(dòng)載荷表征了軸承的承載能力。對(duì)于向心軸承其指純徑向載荷，用Cr表示；對(duì)于推力軸承其指純軸向載荷，用Ca表示。C值可查軸承手冊(cè)確定。軸承載荷—壽命曲線（4）當(dāng)量動(dòng)載荷軸承的實(shí)際受載情況與軸承壽命實(shí)驗(yàn)時(shí)的情況是不同的。所以，在計(jì)算軸承壽命時(shí)，須將軸承受到的實(shí)際載荷等效轉(zhuǎn)化為與基本額定動(dòng)載荷C相當(dāng)?shù)妮d荷，即當(dāng)量動(dòng)載荷，用P表示。Fr—軸承受到的徑向載荷；Fa—軸承受到的軸向載荷；X—徑向載荷系數(shù)；Y—軸向載荷系數(shù)。2）對(duì)于只能承受徑向力的向心軸承：P=Fr3）對(duì)于只能承受軸向力的推力軸承：P=Fa1）對(duì)于能同時(shí)承受徑向力和軸向力的軸承：（5）角接觸軸承的軸向載荷計(jì)算1）角接觸軸承的派生軸向力角接觸軸承受徑向載荷Fr作用時(shí)，由于其存在接觸角α，承載區(qū)內(nèi)任一滾動(dòng)體上的法向力Fi可分解為徑向分力Fi"

和軸向分力Fi'。各滾動(dòng)體上所受軸向分力的總和即為軸承的派生軸向力F'。1.14Fr0.68FreFrF'Fr/2YY=0.4cotα圓錐滾子軸承角接觸向心球軸承軸承類型角接觸軸承半圈承載時(shí)的派生軸向力F'2）角接觸軸承的軸向力計(jì)算在設(shè)計(jì)中，為了使角接觸軸承的派生軸向力得到平衡，這種軸承須成對(duì)使用。其安裝方式有兩種：正裝：兩軸承外圈的窄邊相對(duì)的安裝方式。反裝：兩軸承外圈的窄邊相背的安裝方式。正裝反裝Fr1、Fr2

—軸承1、2受到的徑向力；F'1、F'2—軸承1、2受到的派生軸向力；FA—軸受到的軸向外載荷。O1、O2—軸承1、2的壓力中心。附加軸向力動(dòng)畫3）計(jì)算軸向力的“放松壓緊法”若軸在軸向外載荷FA、派生軸向力F'1、F'2的作用下不平衡，則軸將向某一端竄動(dòng)，其結(jié)果使其中一端的軸承壓緊，另一端的軸承放松。被壓緊的軸承軸向反力增加，被放松的軸承軸向反力減小，直至軸達(dá)到平衡。按這一分析方法可求出軸向力，步驟如下：①計(jì)算出兩軸承的派生軸向力F'1、F'2，并標(biāo)出方向；②計(jì)算軸向外力FA、派生軸向力F'1、F'2的合力，確定軸的竄動(dòng)方向，判斷壓緊端和放松端；即：Fa放松=F’放松Fa壓緊=|FA±F’放松|③放松端軸承的軸向力等于它本身的派生軸向力；壓緊端軸承的軸向力等于軸向外力與放松端軸承派生軸向力的代數(shù)和。（6）軸承壽命計(jì)算根據(jù)軸承載荷—壽命曲線，壽命計(jì)算如下：其中：Lh—軸承壽命（h）；ε—壽命指數(shù)，對(duì)于球軸承ε

=3，滾子軸承ε

=10/3；C—基本額定當(dāng)量動(dòng)載荷（kN）；P—當(dāng)量動(dòng)載荷（kN）；n—軸承轉(zhuǎn)速（r／min）?？紤]到實(shí)際工作條件與實(shí)驗(yàn)條件的差異，壽命公式修正為：其中：

ft—溫度修正系數(shù)；fp—載荷修正系數(shù)。2.滾動(dòng)軸承的靜載荷計(jì)算對(duì)于低速轉(zhuǎn)動(dòng)（n＜10r/min）、緩慢擺動(dòng)或基本不旋轉(zhuǎn)的軸承，其失效形式不是疲勞點(diǎn)蝕，而是因接觸應(yīng)力過(guò)大而產(chǎn)生的表面塑性變形。高速轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承，如果受到很大的沖擊載荷作用，也可能發(fā)生塑性變形。此類軸承均應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算。針對(duì)的失效形式：軸承元件接觸表面的塑性變形。基本額定靜載荷：使受載最大的滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起的計(jì)算接觸應(yīng)力達(dá)到一定值時(shí)的載荷，稱為軸承的基本額定靜載荷，用C0表示。它表征了軸承承受靜載荷的能力，C0值可查軸承手冊(cè)。計(jì)算準(zhǔn)則：P0=X0Fr+Y0FaS0—安全系數(shù)；P0—當(dāng)量靜載荷，其含義類同于當(dāng)量動(dòng)載荷；X0、Y0—當(dāng)量靜載荷的徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)，可由軸承手冊(cè)查取。軸承工作溫度/℃100125150200250300ft10.950.900.800.700.60溫度修正系數(shù)ft載荷性質(zhì)載荷系數(shù)fp舉例無(wú)沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電機(jī)、汽輪機(jī)、通風(fēng)機(jī)、水泵等中等沖擊1.2～1.8機(jī)床、車輛、動(dòng)力機(jī)械、起重機(jī)、造紙機(jī)、選礦機(jī)、冶金機(jī)械、卷?yè)P(yáng)機(jī)械等強(qiáng)烈沖擊1.8～3.0碎石機(jī)、軋鋼機(jī)、鉆探機(jī)、振動(dòng)篩等載荷修正系數(shù)fp按預(yù)期壽命要求選擇軸承型號(hào)時(shí)，可按下式確定軸承應(yīng)具備的基本額定動(dòng)載荷C值。L'h—軸承的預(yù)期壽命（h）。軸承預(yù)期壽命參考值機(jī)器類型預(yù)期壽命Lh/h不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備，如閘門開(kāi)閉裝置等300~500短期或間斷使用的機(jī)械，中斷使用不致引起嚴(yán)重后果，如手動(dòng)機(jī)械等3000~8000間斷使用的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如發(fā)動(dòng)機(jī)輔助設(shè)備、流水作業(yè)線自動(dòng)傳送裝置、升降機(jī)、車間吊車、不常使用的機(jī)床等8000~12000每日8小時(shí)工作的機(jī)械（利用率不高），如一般的齒輪傳動(dòng)、某些固定電動(dòng)機(jī)等12000~20000每日8小時(shí)工作的機(jī)械（利用率高），如金屬切削機(jī)床、連續(xù)使用的起重機(jī)、木材加工機(jī)械、印刷機(jī)等20000~3000024小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，如礦山升降機(jī)、紡織機(jī)械、泵、電機(jī)等40000~6000024小時(shí)連續(xù)工作的機(jī)械，中斷使用后果嚴(yán)重，如纖維生產(chǎn)或造紙?jiān)O(shè)備、發(fā)電站主電機(jī)、礦井水泵、船舶螺旋槳軸等100000~200000例1：齒輪減速器中的7204C軸承，受的軸向力Fa=800N，徑向力Fr=2000N，載荷修正系數(shù)fP=1.2，溫度正常，溫度系數(shù)ft=1，工作轉(zhuǎn)速n=700r/min。求該軸承的壽命。解：1）由手冊(cè)查得7204C軸承，Cr=14500N，Cor=8220N。2）確定載荷系數(shù)X、Y。由，由載荷系數(shù)表，取e=0.46；由

，則X=1，Y=0。4）計(jì)算軸承壽命Lh。3）計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P。例2:

如圖，一對(duì)角接觸球軸承正裝，已知軸頸d=40mm，軸承的徑向載荷Fr1=1000N、Fr2

=2060N，軸向外載荷FA=880N，轉(zhuǎn)速n=5000r/min，運(yùn)轉(zhuǎn)中受中等沖擊，預(yù)期壽命L'h=2000h。試選擇軸承的型號(hào)。解：1）計(jì)算軸承的軸向力

①計(jì)算派生軸向力參照軸承標(biāo)準(zhǔn)，暫選接觸角為25°的角接觸球軸承，則派生力為：計(jì)算軸所受軸向力的合力軸右竄，軸承1壓緊，2放松方向如圖所示。壓緊放松

②計(jì)算軸承的軸向力2）計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷。由載荷系數(shù)表查得e=0.68，而查得X1=0.41，Y1=0.87；X2=1，Y2=0。則當(dāng)量動(dòng)載荷為3）計(jì)算所需的當(dāng)量動(dòng)載荷。查得fP=1.5，ft=1，按P1計(jì)算有4）選擇軸承型號(hào)。按d=40mm和C值，由手冊(cè)選取7208AC。②③④①9.6.3滾動(dòng)軸承的組合設(shè)計(jì)1.滾動(dòng)軸承的軸向固定（1）軸承內(nèi)圈的固定方法①軸肩固定。方便、可靠、最常用。④彈簧擋圈固定。輕巧，承受的軸向力小，常用于深溝球軸承。③軸端擋圈固定。用于高速軸向力較大時(shí)。②圓螺母固定?？煽?，用于高速軸向力較大時(shí)。⑤錐套固定。靠摩擦工作，適用光軸、低速、輕載或經(jīng)常裝拆場(chǎng)合。⑤（2）軸承外圈的固定方法彈簧擋圈固定。簡(jiǎn)單、方便、緊湊，但能承受的軸向力小。軸承端蓋固定。最常用，適于高速、軸向力較大時(shí)。止動(dòng)環(huán)固定。與帶有止動(dòng)槽的軸承配套，用于剖分式軸承座。螺紋環(huán)固定。用于高速、軸向力較大而不便采用軸承蓋時(shí)。彈簧擋圈固定軸承端蓋固定止動(dòng)環(huán)固定螺紋環(huán)固定2.滾動(dòng)軸承的支承形式通常，一根軸需要兩個(gè)支點(diǎn)，每個(gè)支點(diǎn)由一個(gè)或兩個(gè)軸承組成。軸承支承結(jié)構(gòu)應(yīng)使軸具有確定的工作位置，避免軸受力時(shí)竄動(dòng)，同時(shí)能適應(yīng)軸系的熱脹冷縮變形，以防軸承頂死。（1）雙支點(diǎn)各單向固定（雙固式）軸向固定特點(diǎn)采用一對(duì)深溝球軸承。兩個(gè)支點(diǎn)各限制一個(gè)方向的軸向移動(dòng)，軸被雙向固定。通過(guò)調(diào)整墊片，在軸承蓋與外圈端面之間留出補(bǔ)償間隙C。軸熱脹冷縮時(shí)，軸可在該間隙內(nèi)自由伸縮。但因有間隙，使得軸的位置不準(zhǔn)確，故C不能太大。對(duì)于內(nèi)外圈不可分離的軸承一般取C=0.2~0.4mm。補(bǔ)償熱膨脹的方法適用場(chǎng)合兩支點(diǎn)間的跨距較小、工作溫度變化較小、熱膨脹量不大，及對(duì)軸的位置精度要求不高的場(chǎng)合。雙固式方案分析：（2）單支點(diǎn)雙向固定（固游式）軸向固定特點(diǎn)右支點(diǎn)限制軸的兩個(gè)方向的移動(dòng)，為固定支點(diǎn)；左支點(diǎn)不限制軸的移動(dòng)，為游動(dòng)支點(diǎn)。補(bǔ)償熱膨脹的方法熱膨脹時(shí)，左軸承隨軸一起在座孔中滑動(dòng)。適用場(chǎng)合軸較長(zhǎng)、工作溫度變化較大，熱膨脹量較大的場(chǎng)合，如蝸桿軸等。（3）兩端游動(dòng)支承（雙游式）軸向固定特點(diǎn)該軸承內(nèi)外圈之間可相對(duì)移動(dòng)，故無(wú)軸向限位能力，兩支點(diǎn)均為游動(dòng)支點(diǎn)。軸靠人字齒輪間的嚙合限位。補(bǔ)償熱膨脹的方法靠軸承內(nèi)外圈間的相對(duì)移動(dòng)，軸可以向兩端自由伸縮。適用場(chǎng)合適用于軸的軸向位置由其他軸上零件限制的情況，如人字齒輪軸，以免過(guò)定位，增加摩擦。一端固定一端游動(dòng)支承動(dòng)畫3、滾動(dòng)軸承的預(yù)緊為提高軸承的剛度和旋轉(zhuǎn)精度，減小振動(dòng)，在裝配機(jī)器時(shí)，應(yīng)使軸承受到軸向壓力的作用，以消除游隙，并在滾動(dòng)體和套圈接觸處產(chǎn)生彈性預(yù)變形。常用的預(yù)緊方法如下。夾緊外圈夾緊磨窄后的外圈采用長(zhǎng)短套筒后夾緊外圈用彈力夾緊外圈4.滾動(dòng)軸承的配合滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，軸承內(nèi)孔與軸頸的配合采用基孔制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。軸承配合種類應(yīng)根據(jù)載荷的大小、方向和性質(zhì)，軸承類型、轉(zhuǎn)速和使用條件，參考軸承手冊(cè)推薦來(lái)決定。當(dāng)外載荷方向不變時(shí)，動(dòng)圈應(yīng)比固定圈的配合緊些。承受旋轉(zhuǎn)載荷的套圈應(yīng)選較緊的配合，以防止在載荷作用下該套圈產(chǎn)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于游動(dòng)支承（采用深溝球軸承等），軸承與座孔的配合應(yīng)松一些，以便軸承游動(dòng)。轉(zhuǎn)速高、載荷大、振動(dòng)強(qiáng)烈的軸承，選用較緊的配合；要求旋轉(zhuǎn)精度高時(shí)，為了消除振動(dòng)的影響，應(yīng)采用較緊的配合。剖分式軸承座，外圈與座孔應(yīng)采用較松的配合。5.滾動(dòng)軸承的裝拆裝配方法：內(nèi)圈與軸頸采用過(guò)盈配合時(shí)，可采用壓力機(jī)壓入，或?qū)⑤S承在油中加熱至80~100℃后進(jìn)行熱裝。拆卸方法：軸承內(nèi)圈的拆卸常采用拆卸器（三抓）進(jìn)行。外圈拆卸則用套筒或螺釘頂出。為便于拆卸，軸肩或孔肩的高度應(yīng)低于定位套圈的高度，并要留出拆卸空間。9.6.4滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑與密封1.滾動(dòng)軸承的潤(rùn)滑目的：減小摩擦和磨損、提高效率、延長(zhǎng)壽命、散熱、減振、防銹、降低接觸應(yīng)力等。（一）潤(rùn)滑劑的選擇脂潤(rùn)滑：軸承dn值在(1.5~2)×105mm.r/min范圍時(shí)采用。具有不易流失，便于密封，不易造成污染，使用周期長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。其填充量不宜超過(guò)軸承孔隙的1/3~1/2，過(guò)多會(huì)引起軸承發(fā)熱。軸承工作溫度/℃dn/mm.r/min使用環(huán)境干燥潮濕0~40>80000＜800002號(hào)鈣基脂，2號(hào)鈉基脂3號(hào)鈣基脂，3號(hào)鈉基脂2號(hào)鈣基脂3號(hào)鈣基脂40~80>80000＜800002號(hào)鈉基脂3號(hào)鈉基脂3號(hào)鋇基脂3號(hào)鋰基脂油潤(rùn)滑：軸承dn值大于2×105mm.r/min或dn值不大但脂潤(rùn)滑不能滿足要求時(shí)采用。潤(rùn)滑油的粘度可按dn值及工作溫度確定，潤(rùn)滑油牌號(hào)根據(jù)粘度查手冊(cè)選擇。（二）潤(rùn)滑方式的選擇軸承類型dn

/（mm?r/min）浸油、飛濺潤(rùn)滑滴油潤(rùn)滑噴油潤(rùn)滑油霧潤(rùn)滑深溝球軸承角接觸球軸承圓柱滾子軸承2×1054×1056×105>6×105圓錐滾子軸承1.6×1052.3×1053×105—推力球軸承0.6×1051.2×1051.5×105—2、滾動(dòng)軸承的密封目的是防止灰塵、水、酸氣和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇В员Ｗo(hù)軸承。（1）接觸式密封毛氈圈密封。適用脂潤(rùn)滑，環(huán)境清潔，滑動(dòng)速度低于4~5m/s，溫度低于90℃的場(chǎng)合。唇形密封圈密封。密封圈為標(biāo)準(zhǔn)件，材料為皮革、塑料或耐油橡膠。分有金屬骨架和無(wú)骨架、單唇和多唇等形式。適用脂或油潤(rùn)滑，滑動(dòng)速度低于7m/s，溫度-40~100℃。2．非接觸式密封（1）間隙密封?？枯S與蓋間的細(xì)小間隙密封，間隙越小越長(zhǎng)，效果越好，δ=0.1~0.3mm。適用脂或油潤(rùn)滑，干燥清潔的環(huán)境。（2）迷宮式密封。旋轉(zhuǎn)件與靜止件間的間隙為迷宮（曲路）形式，并在其中填充潤(rùn)滑脂以加強(qiáng)密封效果。分為徑向和軸向兩種，徑向間隙δ不大于0.1~0.2mm；考慮到軸的熱膨脹，軸向間隙應(yīng)取大些，δ=1.5~2mm。適用脂或油潤(rùn)滑，溫度不高于潤(rùn)滑脂的滴點(diǎn)。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但密封效果好。（3）組合密封。幾種密封組合使用。軸承拆卸器（三爪）9.7滑動(dòng)軸承概述9.7.1兩摩擦表面的摩擦狀態(tài)

滑動(dòng)軸承的承載能力與載荷的性質(zhì)、軸承的材料以及軸和軸承兩表面之間的摩擦狀態(tài)有關(guān)。兩表面之間的摩擦狀態(tài)可分為四類。（1）干摩擦狀態(tài)；（2）邊界摩擦狀態(tài);（3）液體摩擦狀態(tài);（4）混合摩擦狀態(tài)。9.7.2滑動(dòng)軸承的主要類型（1）按工作表面的摩擦狀態(tài)，可分為：液體摩擦軸承：兩表面間為液體摩擦狀態(tài)非液體摩擦軸承：兩表面間為邊界摩擦狀態(tài)（2）按承受載荷的方向，可分為：徑向滑動(dòng)軸承：主要承受徑向載荷推力軸承：承受軸向載荷

徑向推力軸承：同時(shí)受徑向載荷和軸向載荷

9.8滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)和材料9.8.1滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)1、徑向滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)（1）整體式1—軸承座2—軸瓦特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉。因磨損而造成的間隙無(wú)法調(diào)整。只能從軸向裝拆，不方便。應(yīng)用：低速、輕載、間歇工作而不需要經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。（2）剖分式徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可以調(diào)整磨損而造成的間隙、裝拆方便。應(yīng)用：需調(diào)整間隙、重型軸及經(jīng)常裝拆的場(chǎng)合。1—螺柱2—軸承蓋3—軸承座4—上軸瓦5—下軸瓦水平剖分式徑向滑動(dòng)軸承當(dāng)軸承受到的徑向力有較大偏斜時(shí)，可采用斜剖分式徑向滑動(dòng)軸承，其剖分角一般為45°。斜剖分式徑向滑動(dòng)軸承（3）自動(dòng)調(diào)心式徑向滑動(dòng)軸承特點(diǎn)：軸瓦與軸承座為球面接觸，可自動(dòng)適應(yīng)軸的變形。適用：軸的剛度小、制造精度較低的場(chǎng)合。邊緣摩擦自動(dòng)調(diào)心式軸承2、推力滑動(dòng)軸承推力滑動(dòng)軸承用來(lái)承受軸向載荷，典型結(jié)構(gòu)如圖所示。軸頸油孔球面推力軸瓦軸承座軸承襯徑向軸瓦油孔實(shí)心式：端面受力，壓力分布不均勻，潤(rùn)滑效果差，邊緣磨損快?？招氖剑簤毫Ψ植驾^均勻，潤(rùn)滑條件較實(shí)心式改善。單環(huán)式：環(huán)形端面受力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，潤(rùn)滑方便，常用于低速、輕載的場(chǎng)合。多環(huán)式：可承受較大的單向或雙向載荷，但環(huán)數(shù)較多時(shí),各環(huán)間載荷分布不均。實(shí)心式空心式單環(huán)式多環(huán)式軸頸的結(jié)構(gòu)形式9.8.2軸瓦結(jié)構(gòu)和材料一、軸瓦的結(jié)構(gòu)整體式軸瓦：也稱軸套，用于整體式軸承。需從軸端安裝和拆卸，可修復(fù)性差。剖分式軸瓦：用于剖分式軸承?？梢灾苯訌妮S的中部安裝和拆卸，可修復(fù)。軸承襯：貼附或澆注在軸瓦內(nèi)表面上的一層減摩耐磨材料。其與軸頸直接接觸，對(duì)軸承的工作影響很大。油槽形式：油槽的形狀和分布應(yīng)使摩擦副表面得到均勻的潤(rùn)滑。為了不影響軸承的承載能力，油槽應(yīng)開(kāi)在非承載區(qū)。瓦背軸承襯2、軸瓦的材料滑動(dòng)軸承的失效形式：軸承表面的磨損、膠合或疲勞剝落。磨損膠合擴(kuò)展點(diǎn)蝕疲勞剝