轴和轴承的设计与配合(总论)
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传动零件必须被支承起来才能进行工作，支承传动件的零件称为轴。轴本身又必须被支承起来，轴上被支承的部分称为轴颈，支承轴的支座称为轴承。
轮毂与轴之间的连接称为轴毂连接，常用的有键连接和花键连接，还有销连接、过盈配合连接等，这些连接均属于可拆连接。本章仅讨论阶梯的设计计算和键连接。
9.1&&& 概&&&&& 述
轴是组成机器的重要零件之一，轴的主要功用是支承旋转零件、传递转矩和运动。轴工作状况的好坏直接影响到整台机器的性能和质量。
根据轴的承载性质不同可将轴分为转轴、心轴、传动轴三类。工作时既承受弯矩又承受转矩的轴称为转轴（见图9.1）。转轴是机器中最常用的轴，通常简称为轴。用来支承转动零件，只承受弯矩而不传递转矩的轴称为心轴。心轴有固定心轴与旋转心轴两种。固定心轴工作时不转动，轴上承受的弯曲应力是不变的（为静应力状态），例如图9.2中自行车的前轮轴等。旋转心轴工作时随转动件一起转动，轴上承受的弯曲应力按对称循环的规律变化，如图9.3中铁路机车的轮轴。主要用于传递转矩而不承受弯矩，或所承受的弯矩很小的轴称为传动轴（见图9.4），如汽车中连接变速箱与后桥之间的轴。
根据曲线的形态不同，轴又可分为直轴（图9.5）、曲轴（9.6）和挠性钢丝轴（图9.7）。后两种轴属于专用零件。
直轴按其外形的不同又可分为光轴（图9.5a）和阶梯轴（图9.5b）两种。光轴形状简单、加工容易、应力集中源少，主要用于传动轴。阶梯轴各轴段截面的直径不同，这种设计使轴段的强度相近，而且便于轴上零件的装拆和固定，因此阶梯轴在机器中的应用最为广泛。直轴一般都制成实心轴，但为了减轻重量或为了满足有些机器结构上的需要，也可以采用空心轴（图9.5c）。
9.2&& 轴的结构设计
图9.8所示为圆柱齿轮减速器中的低速轴。轴通常由轴头、轴颈、轴肩、轴环、轴端及不装任何零件的轴段等部分组成。轴与轴承配合处的轴段称为轴颈，根据轴颈所在的位置又可分为端轴颈（位于轴的两端，只承受弯矩）和中
轴颈（位于轴的中间，同时承受弯矩和转矩）。根据轴颈所受载荷的方向，轴颈又分为承受径向力和径向轴颈（简称轴颈）和承受轴向力的止推轴颈。安装轮毂的轴段称为轴头。轴头与轴颈间的轴段称为轴身（参见图9.1）。
轴的结构和形状取决于下面几个因素：（1）轴的毛坯种类；（2）轴上作用力的大小及其分布情况；（3）轴上零件的位置、配合性质以及连接固定的方法；（4）轴承的类型、尺寸和位置；（5）轴的加工方法、装配方法及其他特殊要求。可见影响轴的结构与尺寸的因素很多，设计轴时要全面综合地考虑各种因素。
对轴的结构进行设计主要是确定轴的结构形状和尺寸。一般在进行结构设计时的已知条件有：机器的装配简图，轴的转速，传递的功率，轴上零件的主要参数和尺寸等。
9.2.1轴的强度、刚度
轴的强度与工作应力的大小和性质有关。因此在选择轴的结构和形状时应注意以下几个方面。
1、使轴的形状接近于等强度条件，以充分利用材料的承载能力。对于只受转矩的传动轴，为了使各轴段剖面上的剪应力大小相等，常制成光轴或接近于光轴的形状；对于受交变弯曲载荷的轴应制成曲线形（图9.9），实际生产中一般制成阶梯轴。
2、尽量避免各轴段剖面突然改变以降低局部应力集中，提高轴的疲劳强度。由于阶梯轴各轴段的剖面是变化的，在各轴段过渡处必然存在应力集中，而降 低轴的疲劳强度。为减少应力集中，常将过渡处制成适当大的圆角，并应尽量避免在轴上开孔或开槽，必要时可采用减载槽、中间环或凹切圆角等结构（图9.10）。采用这些方法也可以避免轴在热处理时产生淬火裂纹的危险。
由于粗糙表面易引起疲劳裂纹，设计时应十分注意轴表面粗糙度的选择。可采用碾压、喷丸、渗碳淬火、氮化处理、高频淬火等表面强化方法提高轴的疲劳强度。
3、改变轴上零件布置，有时可以减少轴上的载荷。如图9.11a所示的轴，轴上作用的最大转矩为T1+T2，如把输入轮布置在两输出轮之间（图9.11b），则轴所受的最大转矩将由（T1+T2）降低到T1。
4、改进轴上零件的结构也可以减小轴上的载荷。如图9.12所示，卷筒的轮毂很长，如把轮毂分为两段（图9.12a），则减少了轴的弯矩，从而提高了轴的强度和刚度，同时还能得到更好的轴孔配合。
9.2.2零件在轴上的固定
零件在轴上的固定或连接方式随零件的作用而异。固定的方法不同，轴的结构也就不同。一般情况下，为了保证零件在轴上的工作位置固定，应在周向和轴向上对零件加以固定。
1.轴上零件的轴向定位与固定
零件在轴上应沿轴向准确地定位和可靠地固定，以使其具有确定的安装位置并能承受轴向力而不产生轴向位移。
常用的轴向固定方法有轴肩、轴环定位、螺母定位、套筒定位及轴端挡圈定位等。轴上零件的轴向定位和固定方法主要取决于轴向力的大小。当零件所受轴向力大时，常用轴肩、轴环、过盈配合等方式；受中等轴向力时，可用套筒、圆螺母、轴端挡圈、圆锥面和圆锥销钉等方式；所受的轴向力大小时，可用弹簧挡圈、挡环、紧定螺钉等方式。选择时，还应考虑轴的制造及零件装拆的难易、所占位置的大小、对轴强度的影响等因素。
轴肩由定位面和圆角组成，如图9.13所示。为了保证轴上零件的端面能紧靠定位面，轴肩的内圆角半径r应小于零件上的外圆角半径R或倒角C。R和C的尺寸可查有关的机械设计手册。一般取轴肩高度h=R（C）+（0.5～2）mm，轴环宽度b&1.4h。
用轴肩或轴环固定零件时，常需采用其他附件来防止零件向另一方向移动，如图9.14中采用圆螺母、图9.8中采用套筒（轴套）作另一方向的轴向固定。但当轴的转速很高时不宜采用套筒固定。在安装齿轮时为了使齿轮固定可靠，应使齿轮轮毂宽度大于与之相配合的轴段长度，一般两者的差取2～3mm。
当轴向力不大而轴上零件间的距离较大时，可采用弹性挡圈固定，如图9.15所示。当轴向力很小，转速很低或仅为防止零件偶然沿轴向滑动时，可采用紧定螺钉固定，如图9.16所示。
轴向固定有方向性，是否需在两个方向上均对零件进行固定应视机器的结构、工作条件而定。
图9.17所示压板是一种轴端固定装置。除压板外还有很多其他的轴端固定型式。
另外，为保证轴上零件有确定的工作位置，有时要求轴组件的轴向位置能进行调整，调整后再加以轴向固定。如图9.8所示的低速轴组件，其轴向位置依靠左右轴承盖来限制。又如在锥齿轮传动中，要使锥齿轮的锥顶交于一点，就要依靠调整轴组件的位置来实现。这些对零件在轴上位置的限制和调整通常是依靠轴承组合的设计来实现的，有关内容将在第15章中进一步讨论。
2.轴上零件的周向固定
为了传递运动和转矩，防止轴上零件与轴作相对转动，轴和轴上零件必须可靠地沿周向固定（连接）。固定方式的选择，则要根据传递转矩的大小和性质、轮毂和轴的对中精度要求、加工的难易等因素来决定。常用的周向固定的方法有键连接、花键连接和过盈配合连接等。这些连接统称为轴一毂连接，如图9.8所示的齿轮与轴的周向固定采用了平键连接。
9.2.3轴的加工和装配工艺性
轴的形状要力求简单，阶梯轴的级数应尽可能少。轴颈、轴头地直径应取标准值。直径的大小由与之相配合的零件的内孔决定。轴身尺寸应取以mm为单位的整数，最好取为偶数或5进位的数。轴上各段的键槽、圆角半径、倒角、中心孔等尺寸应尽可能统一，以利于加工和检验。轴上需磨削的轴段应设计出砂轮越程槽，需车制螺纹的轴段应有退刀槽，如图9.18所示。当轴上有多处键槽时，应使各键槽位于轴的同一母线上（参见图9.8）。为使轴便于装配，轴端应有倒角。对于阶梯轴常设计成两端小中间大的形状，以便于零件从两端装拆。轴的结构设计应使各零件在装配时尽量不接触其他零件的配合表现，轴肩高度不能妨碍零件的拆卸。
思考题9.1　图9.19所示为二级齿轮减速器中间轴的结构，试指出图中结构不合理的地方，并予以改正。
9.3&& 轴的强度计算与设计
9.3.1轴的扭转强度计算
开始设计轴时，通常还不知道轴上零件的位置及支点位置，无法确定轴的受力情况，只有待轴的结构设计基本完成后，才能对轴进行受力分析及强度、刚度等校核计算。因此，一般在进行轴的结构设计前先按纯扭转受力情况对轴的直径进行估算。
设轴在转矩T的作用下，产生剪应力&。对于圆截面的实心轴，其抗扭强度条件为：
式中T为轴所传递的转矩，单位为N&mm；Wr为轴的抗扭截面系数，单位为mm3；P为轴所传递的功率，单位为kW；n为轴的转速，单位为r/min；&，［&］分别为轴的剪应力，单位为MPa；d为轴的估算直径，单位为mm。
轴的设计计算公式为
常用材料的［&］值、C值可查表9.1。［&］值、C值的大小的材料及受载情况关。当作用在轴上的弯矩比转矩小，或轴只受转矩时，［&］值取较大值，C值取较小值，否则相反。
表9.1　常用材料的［&］值和C值
由式（9.2）求出的直径值，需圆整成标准直径，并作为轴的最小直径。如轴上有一个键槽，可将算得的最小直径增大3%～5%，如有两个键槽可增大7%～10%。
9.3.2轴的弯扭合成强度计算
完成轴的结构设计后，作用在轴上外载荷（转矩和弯矩）的大小、方向、作用点、载荷种类及支点反力等就已确定，可按弯扭合成的理论进行轴危险截面的强度校核。
进行强度计算时通常把轴当作置于铰链支座上的梁，作用于轴上零件的力作为集中力，其作用点取为零件轮毂宽度的中点。支点反的作用点一般可近似地取在轴承宽度的中点上。具体的计算步骤如下：
（1）画出轴的空间力系图。将轴上作用力分解为水平面和垂直面分力，并求出水平面和垂直面上的支点反力。
（2）分别作出水平面上的弯矩（MH）图和垂直面上的弯矩（Mv）图。
（3）计算出合成弯矩M＝ M2H+M2v，绘出合成弯矩图。
（4）作出转矩（T）图。
（5）计算当量弯矩Me＝ M2H+（aT)2，绘出当量弯矩图。式中&为考虑弯曲应力与扭转剪力循环特性的不同而引入的修正系数。通常弯曲应力为对称循环变化应力，而扭转剪应力随工作情况的变化而变化。对于不变转矩取&＝［&-1b］/［&+1b］&0.3；对于脉动循环转矩取&＝［&-1b］/［&+0b］&0.6；对于对称循环转矩取&＝1。其中［&-1b］、［&0b］、［&+1b］分别为对称循环、脉动循环及静应力状态下的许用弯曲应力，其值列于表9.2中。
对正反转频繁的轴，可将转矩T看成是对称循环变化。当不能确切知道载荷的性质时，一般轴的转矩可按脉动循环处理。
（6）校核危险截面的强度。根据当量弯矩图找出危险截面，进行轴的强度校核，其公式如下：
式中W为轴的抗弯截面系数，单位为mm3;M、T、Me的单位均为N&mm；d的单位为mm；&e为当量弯曲应力，单位为MPa。
表9－2轴的许用弯曲应力
思考题9.2& 如果设计的轴径经校核后发现强度不够，可采取哪些措施提高轴的强度？
9.3.3& 轴的刚度计算
轴受载荷的作用后会发生弯曲、扭转变形，如变形过大会影响轴上零件的正常工作，例如装有齿轮的轴，如果变形过大会使啮合状态恶化。因此对于有刚度要求的轴必须要进行轴的刚度校核计算。轴的刚度有弯曲刚度和扭转刚度两种，下面分别讨论这两种刚度的计算方法。
1.轴的弯曲刚度校核计算
应用材料力学的计算公式和方法算出轴的挠度&或转角&，并使其满足下式
　　　　　　　　　　　　&&［&］　　　　　　　　　　　（14.4）
　　　　　　　　　　　　&&［&］　　　　　　　　　　　（14.5）
式中［&］、［&］分别为许用挠度或许用转角，其值列于表9.3中。
表9.3轴的许用变形量
2.轴的扭转刚度校核计算
应用材料力学的计算公式和方法算出轴每米长的扭转角&，并使其满足下式
　　　　　　　　　　　　　　　　&＝［&］　　　　　　（9.6）
式中［&］为轴每米长的许用扭转角。一般传动的［&］值列于表9.3中。
9.3．4轴的材料及选择
轴的材料主要采用碳素钢和合金钢。轴的毛坯一般采用碾压件和锻件，很少采用铸件。由于碳素钢比合金钢成本低，且对于应力集中的敏感性较小，所以得到广泛的应用。
常用的碳素钢有30、40、50钢等，其中最常用的为45钢。为保证轴材料的机械性能，应对轴材料进行调质或正火处理。轴受载荷较小或用于不重要的场合时，可普通碳素钢（如Q235A、Q275等）作为轴的材料。
合金钢具有较高的机械性能，可淬火性也较好，可以在传递大功率，要求减轻轴的重量和提高轴颈耐磨性时采用，如20Cr，40Cr等。
轴也可以采用合金铸铁或球墨铸铁制造，其毛坯是铸造成型的，所以易于得到更合理的形状。合金铸件和球墨铸铁的吸振性高，可用热处理方法提高材料的耐磨性，材料对应力集中的敏感性也较低。但是铸造轴的质量不易控制，可靠性较差。
表9.4　轴的常用材料及其部分机械性能
9.3．5轴的设计
通常现场对于一般轴的设计方法有类比法和设计计算法两种。
这种方法是根据轴的工作条件，选择与其相似的轴进行类比及结构设计，画出轴的零件图。用类比法设计轴一般不进行强度计算。由于完全依靠现有资料及设计者的经验进行轴的设计，设计结果比较可靠、稳妥，同时又可加快设计进程，因此类比法较为常用，但有时这种方法也会带有一定的盲目性。
2.设计计算法
用设计计算法设计轴的一般步骤为：
（1）根据轴的工作条件选择材料，确定许用应力。
（2）按扭转强度估算出轴的最小直径。
（3）设计轴的结构，绘制出轴的结构草图。具体内容包括以下几点：
1）根据工作要求确定轴上零件的位置和固定方式；
2）确定各轴段的直径；
3）确定各轴段的长度；
4）根据有关设计手册确定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。
（4）按弯扭合成进行轴的强度校核。一般在轴上选取2～3个危险截面进行强度校核。若危险截面强度不够或强度太大，则必须重新修改轴的结构。
（5）修改轴的结构后再进行校核计算。这样反复交替地进行校核和修改，直至设计出较为合理的轴的结构。
（6）绘制轴的零件图。
需要指出的是：（1）一般情况下设计轴时不必进行轴的刚度、振动、稳定性等校核。如需进行轴的刚度校核时，也只作轴的弯曲刚度校核。（2）对用于重要场合的轴、高速转动的轴应采用疲劳强度校核计算方法进行轴的强度校核。具体内容可查阅机械设计方面的有关资料。
例9.1设计图9.20所示的斜齿圆柱齿轮减速器的从动轴（Ⅱ轴）已知传递功率P＝8kW,从动齿轮的转速n=280r/min，分度圆直径d=265mm，圆周力F1＝2059N，径向力Fr＝763.8N，轴向力Fa＝405.7N。齿轮轮毂宽度为60mm，工作单向运转，轴承采用深沟球轴承。
（1）选择轴的材料，确定许用应力
由已知条件知减速器传递的功率属中小功率，对材料无特殊要求，故选用45钢并经调质处理。由表9.4查得强度极限&B＝650MPa，再由表9.2得许用弯曲应力［&-1b］＝60MPa。
（2）按扭转强度估算轴径
根据表9.1得C＝118～107。又由式（9.2）得：
考虑到轴的最小直径要安装联轴器，会有键槽存在，故将估算直径加大3%～5%，取为33.68～37.91mm。由设计手册取标准直径d1＝35mm。
（3）设计轴的结构并绘制结构草图
由于设计的是单级减速器，可将齿轮布置在箱体内部中央，将轴承对称安装在齿轮两侧，轴的外伸端安装半联轴器。
1）确定轴上零件的位置和固定方式　要确定轴的结构形状，必须先确定轴上零件的装配顺序和固定方式。这样齿轮在轴上的轴向位置被完全确定。齿轮的周围固定采用平键连接。轴承对称安装于齿轮的两侧，其轴向用轴肩固定，周向采用过盈配合固定。
2）确定各轴段的直径　如图9.21a所示，轴段①（外伸端）直径最小，d1＝35mm；考虑到要对安装在轴段①上的联轴器进行定位，轴段②上应有轴肩，同时为能很顺利地在轴段②上安装轴承，轴段②必须满足轴承内径的标准，故取轴段②的直径d2＝40mm；用相同的方法确定轴段③、④的直径为d3＝45mm，d4＝55mm；为了便于拆卸左轴承，可查出6208型滚动轴承的安装高度为3.5mm，取d5＝47mm。
3）确定各轴段的长度　齿轮轮毂宽度为60mm，为保证齿轮固定可靠，轴段③的长度应略短于齿轮轮毂宽度，取为58mm；为保证齿轮端面与箱体内壁不相碰，齿轮端面与箱体内壁间应留有一定间距，取该间距为15mm；为保证轴承安装在箱体轴承座孔中（轴承宽度为18mm），并考虑轴承的润滑，取轴承端面距箱体内壁的距离为5mm，所以轴段④的长度取为20mm，轴承支点距离&＝118mm；根据箱体结构及联轴器距轴承盖要有一定距离的要求，取&&＝75mm；查阅有关的联轴器手册取&&P为70mm；在轴段①、③上分别加工出键槽，使两健槽处于轴的同一圆柱母线上，键槽长度比相应的轮毂宽度小约5～10mm，键槽的宽度按轴段直径查手册得到，详见9.6节。
4）选定轴的结构细节，如圆角、倒角、退刀槽等的尺寸。
按设计结果画出轴的结构草图（见图9.21a）
1）画出轴的受力图（图9.21b）
2）作水平面内的弯矩图（图9.21c）。支点反力为
9.4&&& 轴&&& 承
9.4.1& 滚动轴承
一、轴承的功用和类型
轴承的功能是支承及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。
根据支承处相对运动表面的摩擦性质，轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承，分别简称为滑动轴承和滚动轴承，如图9.22和图9.23所示。
9.4.2　滚动轴承的组成、类型及特点
一、<st1:chsdate w:st="on" isrocdate="False" islunardate="False" day="30" month="12" year=".2.1滚动轴承的组成
滚动轴承一般由内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4组成，如图9.24所示。内，圈装在邮颈上，外圈装在机座和零件的邮承孔内。多数情况下，外圈不转动，内圈与轴一起转动。当内外圈之间相对旋转时，滚动体沿着滚道滚支。保持架使滚动体均匀分布在滚道上，并减少滚动体之间的碰掸撞和磨损。
常的滚动体有6种形状，如图9.25所示。
滚动轴承的内外圈和滚动体应具有较高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用特殊轴承钢制造，常用材料有要：GCr15、GCr15siMn、GCr6、GCr9等，经热处理后硬度可达60～65HRC。滚动轴承的工作表面必须经磨削抛光，以提高其接触疲劳强度。
保持架多用低碳钢板通过冲压成型方法制造，也可采用有色金属或塑料等材料。
为适应某些特殊要求，有些滚动轴承还要附加其他特殊元件或采用特殊结构，如轴承无内圈或外圈、带有防尘密封结构或在外圈上加止动环等。
滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、旋转精度高、润滑简便和装拆方便等优点，广泛应用于各种机器和机构中。
滚动轴承为标准零部件，由轴承厂批量生产、设计者可根据需要直接选用。
二、滚动轴承的类型及特点
滚动轴承按结构特点的不同有多类方法，各类轴承分别适用于不同载荷、转速及特殊需要。
1、按所能承受载荷的方向或公称接触角的不同可分为向凡轴承和推力轴承（见表9.5）。
表中的&为滚动体与套圈接触的公法钱与轴承径向平面（垂直于轴承轴心线的平面）之间的夹角，称为公称的接触角。
向心轴承又可分为径向接触轴和向心角接触轴承。径向接触轴承的公称接触角&＝0&，主要承受径向载荷，有些可承受较小的轴向载荷；向心角接触轴承公称接触角&的范围为0&～45&，能同时承受径向载荷和轴向载荷。
推力轴承又可分为推力角接触轴承和轴向接触轴承。推力角接触轴承&的范围为45&～90&，主要承受轴向载荷，也可以承受较小的径向载荷；轴向接触轴承的&＝90&，只能承受轴向载荷。
表9.５　各类轴承的公称接触角
2、按滚动体的种类可分为球轴承和滚子轴承。
球轴承的滚动体为球，球与滚道表面的接触为点接触；滚子轴承的滚动体为滚子，滚子与滚道表面的接触为线接触。按滚子的形状可分为圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承调心滚子轴承。
在外廓尺寸相同的条件下，滚子轴承比球轴承的承载能力和耐冲击能力都好，但球轴承摩擦小，高速性能好。
3、按工作时能否调心可分为调心轴承和非调心轴承。调心轴承允许偏位角大。
4、按安装轴承时其内、处圈可否分别安装，分为可分离轴承和不可分离轴承。
5、按公差等级可分为0、6、5、4、2级滚动轴承，其中2级精度最高，0级为普通级。另外还有只用于圆锥滚子轴承的6X公差等级。
6、按运动方式可分为回转运动轴承和直线运动轴承。
常用滚动轴承的类型、代号及特性列于表9.6中。
表9.6　常用滚动轴承的类型、代号及特性简表
9.4.3滚动轴承的代号
注：1、极限转速比：同尺寸系列各类轴承的极限转速与深沟球轴承极限转速之比（脂润滑同，0级精度），比值介于90%～100%为高，比值介于60%～90%为中，比值＜60%为低；
2、基本额定动载荷比：同尺寸系列各类轴承的基本额定动载荷与深沟球轴承的基本额定动载荷之比。
9.4.3滚动轴承的代号
滚动轴承代号是表示其结构、尺寸、公差等级和技术性能等特征的产品符号，由字母和数字组成。按GB/T272－93的规定，轴承代号由基本代号、前置代号和后置代号构成，其表达方式如表9-7所列。
表9.7轴承代号的构成
一、基本代号
基本代号表示轴承的基本类型、结构和尺寸，是轴承代号的基础。基本代号由轴承类型代号、尺寸系列代号及内径代号三部分构成。
1、类型代号　　用数字或大写拉丁字母表示，如表9-8所列。
表9.8　一般滚动轴承类型代号
2、尺寸系列代号　由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组合而成，见表9.9。
表9.9　向心轴承、推力轴承尺寸系列代号
注：尺寸系列代号由轴承的宽（高）度系列代号和直径系列代号组合而成。
直径系列代号一内径相同的同类轴承有几种不同的外径和宽度，如图9.26所示。宽度系列代号表示内、外径相同的同类轴承宽度的变化。
3、内径代号　表示轴承的内径尺寸，如表9-10所列。
二、前置代号和后置代号
前置代号和后置代号是当轴承的结构形状、公差、技术要求等有改变时，在轴承基本代号上左右添加的补充代号，其代号及含义如表9-11所列。
后置代号用字母或字母加数字表示。内部结构代号及含义如表9.12所列；公差等级代号及含义如表9-13所列；游隙代号及含义如表9.14所列；配置代号及含义如表9-15所列。
有关后置代号的其他内容可查阅轴承标准及设计手册
表9.10轴承内径代号
表9.11前置、后置代号
表9.12后置代号的内部结构代号及含义
*加强型（即为内部结构设计改进），增大轴承承载能力的轴承
表9.13后置代号民中的公差等级代号及其含义（摘录）
表9.14后置代号中的游隙代号及其含义（摘录）
表9.15后置代号中的配置代号及其含义（摘录）
& 滚动轴承代号示例：
7――轴承类型为角接触轴承；
19――尺寸系列代号。1为宽度系列代号，9为直径系列代号；
08――内径代号，d=40mm；
P5――公差等级为5级。
6――轴承类型为深沟球轴承；
（0）2――尺寸系列代号，宽度系列代号为0（省略），2为直径系列代号；
04――内径代号，d=20mm；
公差等级为0级（公差等级代号/P0省略）。
轴承代号中的基本代号最为重要，而7位数字中以右起头4位数字最为常用。
9.4.4滚动轴承类型的选择
一、影响轴承承载能力的参数　
内、外圈滚道与滚动体之间的间隙为游隙，即为当一个座圈固定时，另一座圈沿径向或轴向的最大移动量（通常用&表示），如图9.27所示。游隙可影响轴承的运动精度、寿命、噪声和承载能力等。
2、极限转速
滚动轴承在一定载荷和润滑条件下，允许的最高转速称为极限转速。滚动轴承转速过高会使摩擦面间产生高温，使润滑失效，从而导致滚动体退火或胶合而产生破坏。各类轴承极限转速数值可查轴手册。
安装误差或轴的变形等都会引起轴承内外圈中心线发生相对倾斜，其价格体系角&称为偏位角。如图9-28所示。各类轴承的允许偏位见表9.2。
由轴承结构类型决定的接触有称为公称接触角，如表9-1所列。深沟球轴承（&＝0&）只承受径向力时其内外圈不会做轴向移动，故实际接触角保持不变。如果作用有轴向力，F&时（如图9.29所示），其实接触角不再与公称接触相同，&增大到&1。对角接触轴承而言，&值越大，则轴承承受轴向载荷的能力也越大。
二、滚动轴承类型的选择
各类轴承的基本特点已在表9.2中进行了说明。选用轴承时，首先是选择类型。选择轴承类型应考虑多种因素，如轴承所受载荷的大小、方向及性质；轴向的固定方式；转速与工作环境；调心性能要求；经济性和其它特殊要求等。滚动轴承的选型原则可概括如下。
1、载荷条件
轴承承受载荷的大小、方向和性质是选择轴承类型的主要依据。载荷较大的应选用接触的滚子轴承。受纯轴向载荷时通常选用推力轴承；主要承受径向载荷时应选用深沟轴承；同时承受径向和轴向载荷时应选角接触轴承；当轴向载荷比径向载荷大很多时，常用推力轴承和深沟球轴承的组合结构；承受冲击载荷时宜选用轴承。应该注意推力轴承不能承受径向载荷，圆柱滚子轴承不能承受轴向载荷。
2、转速条件
选择轴承类型时应注意其允许的极限转速nlim。当转速较高且旋转精度要求较高时，应选用球轴承。推力轴承的极限转速低。当工作转速较高，而轴向载荷不大时，可采用接触球轴承或深沟球轴承。对高速回转的轴承，为减小滚动体施加于外圈滚道的离心力，宜选用外径和滚动体直径较小的轴承。若工作转速超过轴承的极限转速，可通过提高轴承的公差等级、适当加大其径向游隙等措施来满足要求。
3、装调性能
3类（圆锥滚子轴承）和N类（圆术滚子轴承）的内外圈可分离，便列装拆。为方便安装在长轴上轴承的装拆和紧固，可选用带内锥孔和紧定套的轴承。
4、调心性能
轴承内、外圈轴线间的偏位角应控制在极限值之内，否则会增加轴承的附加载荷而降低其寿命。对于刚度差或安装精度较差的轴组件，宜选用调心轴承，如1类（调心球轴承）、2类（调心滚子轴承）轴承。
在满足使用要求的情况优先选用价格低廉的轴承。一般球轴承的价格低于滚子轴承。轴在的精度越高价格越高。在同精度的轴承中深沟球轴承的价格最低。同型号不同公差等级轴承的价格比为：P0：P6：P5：P4＝1：1.5：1.8：6。选用高精度轴承时应进行性能价格比的分析。
9.5&&&&& 滑动轴承概述
9.5.1滑动轴承的特点、应用及分类
工作时轴承和轴颈的支承面间形成直接或间接滑动摩擦的轴承，称为滑动轴承。
滑动轴承包含的零件少，工作面间一般有润滑油膜且为面接触，所以它具有承载能力大、抗冲击、噪声低、工作平稳、回转精度高、高速性能好等独特的优点。缺点主要是启动摩擦阻力大、维护比较复杂。
滑动轴承主要应用于以下几种情况：（1）工作转速极高的轴承；（2）要求轴的支承位置特别精确的轴承，以及回转精度要求特别高的轴承；（3）特重型的轴承；（4）承受巨大的冲击和振动载荷的轴承；（5）必须采用剖分结构的轴承；（6）要求径向尺寸特别小以及特殊工作条件下的轴承。
滑动轴承本身的独特优点使其在某些场合占有重要地位，在金属切削机床、汽轮机、航空发动机附件、铁路机车及车辆、雷达、卫星通讯地面站等方面得到广泛的应用。
根据所承受载荷的方向，滑动轴承可分为径向轴承（承受径向载荷）、推力轴承（承受轴向载荷）两大类。
根据轴组件及轴承装拆的需要，滑动轴承可分为整体式和剖分式两类。
根据轴颈和轴瓦间的摩擦状态，滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承两类。根据工作时相对运动表面间油膜形成原理的不同，液体摩擦滑动轴承又分为液体动压润滑轴承和液体静压润滑轴承，简称动压轴承和静压轴承。
9.5.2滑动轴承的典型结构
滑动轴承一般由轴承座、轴瓦、润滑装置和密封装置等部分组成。
1、径向滑动轴承
（1）整体式滑动轴承
图9.30所示为整体式滑动轴承。轴承座用螺栓与机座连接，顶部装有润滑油杯，内孔中压入带有油沟的轴套。
这种轴承结构简单且成本低，但装拆这种轴承时轴或轴承必须做轴向移动，而且轴承磨损后径向间隙无法调整。因此这种轴承多用在间歇工作、低速轻载的简单机械中，其结构尺寸已标准化。
（2）剖分式滑动轴承
图9.31所示为剖分式滑动轴承。轴瓦和轴承座均为剖分式结构，在轴承盖与轴承座的剖分面上制有阶梯形定位止口，便于安装时对心。轴瓦直接支承轴颈，因而轴承盖应适度压紧轴瓦，以使轴瓦不能在轴承孔中转动。轴承盖上制有螺纹孔，以便安装油杯或油管。
剖分式滑动轴承克服了整体式轴承装拆不便的缺点，而且当地轴瓦工作面磨损后，适当减薄剖分面间的垫片并进行刮瓦，就可调整颈与轴瓦的间隙。因此这种轴承得到了广泛应用并且已经标准化。
2、推力滑动轴承
推力滑动轴承受轴向载荷。常用的非液体摩擦推力轴承又称为普通推力轴承，有立式和卧式两种，如图9.32、图9.33所示。推力滑动轴承和径向轴承联合使用时间可以承受复合载荷。
常见的推力轴颈形状如图9.34所示。实心端面轴颈由于工作时轴心与边缘磨损不均匀，以致轴心部分压强极高，润滑油容易被挤出，所以极少采用。在一般机器上大多采用空心端面轴颈和环状轴颈。载荷较大时采用多环轴颈，多环轴颈还能承受双向轴向载荷。轴颈的结构尺寸可查有关手册。
9.5.3 轴瓦的结构与滑动轴承的材料
轴瓦是滑动轴承中直接与轴颈接触的零件。由于轴瓦与轴颈的工作表面之间具有一定的相对滑动速度，因而从摩擦、磨损、润滑和导热等方面都对轴瓦的结构和材料提出了要求。
1、轴瓦的结构
常用的轴瓦结构有整体式和剖分式两类。
整体式轴承采用整体式轴瓦，整体式轴瓦又称轴套，分为光滑轴套和带纵向油槽轴套两种，如图9.35所示。
剖分式轴承采用剖分式轴瓦。图9.36a所示为无轴承衬的剖分式轴瓦。若在轴瓦内表面浇注一层或两层轴承合金作为轴承衬，则称为双金属轴瓦或三金属轴瓦。图9.41b所示为内壁有轴承衬的双金属轴瓦。
为了使轴承衬与轴瓦结合牢固，可在轴瓦基体内壁制出沟槽，使其与合金轴承衬结合更牢。沟槽形式如图9.37所示。
为了使润滑油能均匀流到整个工作表上，轴瓦上要开出油沟，油沟和油孔应开在非承载区，以保证载区油膜的连续性。油孔和油沟的分布形式如图9.38所示。
2、轴承材料
轴承材料指的是轴瓦和轴承衬所采用的材料。
根据轴瓦的失效形式及工作时瓦不损伤轴颈的原则，对轴承材料的性能有如下要求：
（1）具有足够的抗冲击、抗压、抗疲劳强度；（2）具有良好的减摩性、耐磨性和耐磨性。材料的摩擦阻力小，抗粘着磨损和磨粒磨损的性能好；（3）具有良好的顺应性和嵌藏性，具有补偿对中误差和其他几何误差及容纳污物和尘粒的能力；（4）具有良好的工艺性、导热性和耐腐蚀性。
实际当中没有一种轴瓦材料能全面具备上述所有性能，因此必须根据具体情况合理选材，保证其主要性能。
常用轴承材料有金属材料、粉末冶金材料和非金属材料三大类。
（1）金属材料
1）轴承合金（又称巴氏合金、白合金）　是由锡、铅、锑、铜等组成的合金。它的减摩性、耐磨性、顺应性、嵌藏性、磨合性都很好，但价格较高、强度较低，因此常用作轴承衬材料。
2）铜合金　是传统的轴瓦材料，品种很多，可分为青铜和黄铜两类。常用的锡青铜强度高、减摩性和耐磨性都很好。铅青铜有较好的抗胶合能力且强度高，但顺应性、减摩性、嵌藏性稍差，一般用作轴承衬材料。铸造黄铜减摩性不及青铜，但易于铸造及加工，常用于低速轴承。
3）铸铁　有普通灰铸铁、球墨铸铁等。铸铁轴瓦的主要优点是价廉，常用在轻载、低速场合。
（2）粉末冶金材料　粉末冶金材料是由铜、铁、石墨等粉末经压制、烧结而成的多孔隙轴瓦材料，常用于制作轴套。适用于轻载、低速和加油不方便的场合。
（3）非金属材料　可用作轴瓦的非金属材料有工程塑料、硬木、橡胶和石墨等，其中工程塑料得最多。
常用金属材料的使用性能见表9.16。
表9.16　常用金属轴瓦材料的使用性能
9.5.4滑动轴承的润滑
滑动轴承的润滑主要是为了减少摩擦和磨损，同时还可以起到冷却、吸振、防尘和防锈等作用。
1、润滑剂及其选择
滑动轴承中常用的润滑剂为润滑油和润滑脂，其中润滑油应用最广。在某些特殊场合也可使用石墨、二硫化钼、水或气体等作润滑剂。
（1）润滑油
润滑油的选择应考虑轴承的载荷、速度、工作情况以及摩擦表面的状况等条件。对于载荷大、温度高的轴承，宜选用粘度大的油；反之宜选用粘度小的油。对于非液体摩擦滑动轴承可参考表9.17选用润滑油。
（2）润滑脂
对于润滑要求不高、难以经常供油或摆动工作的非液体摩擦滑动轴承，可采用润滑脂润滑。具体可根据工作条件参考表9.18选用。
表9.17　滑动轴承润滑油的选择(工作温度10℃～60℃)
2、润滑装置及润滑方法
为了获得良好的润滑效果，除应正确地选择润滑剂外，还应选用合适的润滑方法和润滑装置。常用的润滑方法有：
表9.18根据工作条件推荐选用的滑动轴承润滑脂的品种和牌号
　　（1）油润滑
1）间歇式供油　直接由人工用油壶向油杯(图9.39a、b所示)中注油。此种润滑方法只适用于低速、轻载和不重要的轴承。
2）连续式供油　连续供油润滑比较可靠，用于中、高速传动。
3）飞溅润滑　利用转动件的转动使油飞溅到箱体内壁上，再通过油沟将油导入轴承中进行润滑。
4）压力循环润滑　用一套可提供较高油压的循环油压系统对重要轴承进行强迫润滑的方法。
常用的几种供油装置见图9.39。图9.39c所示为针阀式油杯，用手柄控制针阀运动，使油孔关闭或开店，用调节螺母控制供油量。图9.39d所示为芯捻油杯，利用纱线的毛细管作用把油引到轴承中。此方法油量不易控制。图9.39e所示为油环润滑，轴颈上的油环下部浸入油池，轴颈旋转时带动油环旋转，从而把油带入轴承。
（2）脂润滑
采用脂润滑时只能间歇供油。通常将图9.40所示的油杯装于轴承的非承压区，用油脂枪向杯内油孔压注油脂。
3、润滑方式的选择
可根据以下经验公式计算出系数K值，通过查表9.19确定滑动轴承的润滑方法和润滑剂类型。
式中p为轴颈上的平均压强，单位为MPa，p＝F/(Ld)（F为轴承所受载荷，单位为N；d为轴颈直径，单位为m；L为轴瓦宽度，单位为m）；&为轴颈的圆周速度，单位为m/s。
表9.19　滑动轴承润滑方式的选择
9.5.5滚动轴承与滑动轴承的性能比较
轴承被广泛应用于现代机械中，轴承的类型很多且各有特点。设计机器时应根据具体的工作情况，结合各类轴承的特点和性能进行对比分析，选择一种既满足工作要求又经济实用的轴承。
表9.20列出了滚动轴承和滑动轴承的性能及特点，可供选用轴承时参考。
表9.20　滚动轴承与滑动轴承性能的比较
复习与思考：
9-1 在轴的弯扭合成强度校核中， 表示什么？为什么要引入 ？
9-2 轴上零件的轴向固定有哪些方法？各适用于哪些场合？
9-3 轴的结构设计应从哪几个方面考虑？
9-4 滚动轴承的主要失效形式有哪些？
9-5 试述滚动轴承的优点。
9-6 何谓滚动轴承的极限转速？
9-7 滚动轴承的类型选择应考虑哪些主要因素？
9-8 滚动轴承内圈与轴，外圈与机座孔的配合采用基孔制还是基轴制？
9-9 试说明滚动轴承62205代号的含义。
9-10 角接触球轴承和圆锥滚子轴承常成对使用，为什么？
9-11 何谓滚动轴承的基本额定寿命？
9-12 滚动轴承由哪些基本元件组成？
9-13 滚动轴承的主要失效形式有哪些？其计算准则是什么？
9-14 滚动轴承密封的目的是什么？常用的密封方式有哪几种？
9-15 滚动轴承的组合设计内容？
9-16 滚动轴承间隙调整的方法有哪些？
9-17 说明滚动轴承7309C代号的含义。
9-18 滚动轴承选择配合时应注意哪几点?
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