机械设计教程－十一、轴承
第十章 轴承
根据摩擦性质，轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。
§10.1 滑动轴承概述
一、滑动轴承类型：
按承载：向心轴承（受 Fr ）； 推力轴承（受 Fa ）
按润滑状态：流体润滑轴承；非流体润滑轴承；无润滑轴承（不加润滑剂）
二、滑动轴承的特点
优点：1）承i能力高；2）工作平稳可靠、噪声低；3）径向尺寸小；4）精度高；5）流体润滑时，摩擦、磨损较小；6）油膜有一定的吸振能力
缺点：1）非流体摩擦滑动轴承、摩擦较大，磨损严重 。
2）流体摩擦滑动轴承在起动、行车、载荷、转速比较大的情况下难于实现流体摩擦；3）流体摩擦、滑动轴承设计、制造、维护费用较高。
三、应用：
1）转速特高或特低；2）对回转精度要求特别高的轴；3）承受特大载荷；4）冲击、振动较大时；5）特殊工作条件下的轴承；6）径向尺寸受限制或轴承要做成剖分式的结构
例：机床、汽轮机、发电机、轧钢机、大型电机、内燃机、铁路机车、仪表、天文望远镜等 。
§10.2 滑动轴承的结构和材料
一、径向滑动轴承
径向滑动轴承可以分为整体式和剖分式（对开式）两大类。
1、整体式径向滑动轴承
整体式滑动轴承由轴承座和轴承套组成。轴承套压装在轴承座孔中，一般配合为 H8/s7 。 轴承座用螺栓与机座联接，顶部设有安装注s油杯的螺纹孔。轴套上开有油孔，并在其内表面开油沟以输送润滑油。
这种轴承结构简单、制造成本低，但当滑动表面磨损后无法修整。所以，整体式滑动轴承多用于低速、轻载和间歇工作的场合。
2、对开式滑动轴承
是由轴承盖、轴承座、剖分轴瓦和螺栓组成。正滑动轴承轴承座水平剖分为轴承座和轴承盖两部分，并用二（或四）个螺栓联接。为了防止轴承盖和轴承座横向错动和便于装配时对中，轴承盖和轴承座的剖分面做成阶梯状。
对开式滑动轴承在装拆轴时，轴颈不t要轴向移动，装拆方便。另外，适当增减轴瓦剖分面间的调整垫片，可以调节轴颈与轴承之间的间隙。
3、自动调心轴承
轴承的结构特点是轴瓦的外表面做成凸形球面，与轴承盖及轴承座上的凹形球面箱配合，当轴变形时，轴瓦可随轴线自动调节位置，从而保证轴颈和轴瓦为球面接触。
二、推力滑动轴承
推力滑动轴承用于承<轴向载荷。它由轴承座、套筒、径向轴瓦、止推轴瓦所组成 。
相对滑动端面通常采用环状端面。当载荷较大时，可采用多环轴颈，这种结构能够承受双向轴向载荷。
三、轴承材料
滑动轴承的主要失效形式有：磨粒磨损、刮伤、胶
合、疲劳剥落等 。
轴承材料性能应着重满足以下主要要求：
1） 良好的减摩性、耐磨性和抗胶合性
2） 良好的顺应性，嵌入性和磨合性
3） 足够的强度和必要的塑性
4） 良好的耐腐蚀性、热化学性能（传热性和热膨胀性）和调滑性（对油的吸附能力）
5) 良好的工艺性和经济性等
常用材料有:
1）轴承合金（通称巴氏合金或白合金）
轴承合金是锡、铅、锑、铜的合金，它以锡或铅作为基体，其内含有锑锡（ Sb-Sn ） 或铜锡（ Cu-Sn ） 的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，软基体则增加材料的塑性。轴承合金适用于重载、中高速场合，价格较贵。
2）铜合金
铜合金具有较高的强度，较好的减磨性和耐磨性，是最常用的材料
。
锡青铜 —— 减摩、耐磨性最好，应用较广，强度比轴
合金高，适于重载、中速
铅青铜 —— 抗胶合能力强，适于高速、重载
铝青铜 —— 强度及硬度较高，抗胶合性差，适于低速、
重载传动
3）铸铁：
灰铁；球铁（中有游离的石墨s有润滑作用）性能较好，适于轻载、低速，不受冲击的场合。
4）多孔质金属材料
这是不同金属粉末经压制、烧结而成的轴承材料。这种材料是多孔结构的，孔隙约占体积的10％～35％。使用前先把轴瓦在加热的油中浸渍数小时，使孔隙中充满润滑油，因而通常把这种材料制成的轴承称为含油轴承。它具有自润滑性。
5）非金属材料
非金属材料中应用最广的是各种塑料，如酚醛树脂、
尼龙、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：与许多化学物质不起反应，抗腐蚀性好。
四、轴瓦结构
轴瓦的结构：整体式、剖分式
整体式轴承中与轴颈配合的零件称为轴套，分为不带挡边和带挡边的两种结构。
对开式轴承的轴瓦由上下两半组成。为使轴瓦既有一定的强度，又有良好的减磨性，常在轴瓦内表面浇铸一层减磨性好的材料，称为轴承衬。轴承衬应可靠的贴合在轴瓦表面上，为此可以采用不同结合形式。
为了将润滑油引入轴承，并布满于工作表面，常在其上开有供油 和油沟；供油孔和油沟应开在轴瓦的非承载区 否则会降低油膜的承载能力。轴向油沟也不应在轴瓦全长上开通，以免润滑油自油沟端部大量泄漏。
§10.3滑动轴承的润滑
一、润滑剂及其选择
润滑剂分为润滑油、润滑脂和固体润滑剂三类。
1、润滑油
润滑油是滑动轴承中应用最广的润滑剂，目前使用
的润滑油多为矿物油。润滑油最重要的物理性能是粘度，它也是选择润滑油的主要依据。
工业上多用运动粘度标定润滑油的粘度。根据国家标准，润滑油产品油牌号一般按40 º C 时的运动粘度平均值来划分，我们需要时可以查阅相关手册或资料参考选择。书（表11-2）
2、润滑脂
润滑脂是在润滑油中添加稠化剂（如钙、钠、铝、锂等金属）后形成的胶状润滑剂。因为它稠度大，不宜流失，所以承<能力较大，但它的物理、化学性质不如润滑油稳定，摩擦功耗也大，故不宜在温度变化大或高速条件下使用。（表11-3）
3、固体润滑剂
常用的固体润滑剂有石墨和二硫化钼。高温、重载下工作的轴承，采用添加二硫化钼的润滑剂，能获得良好的润滑效果 。
二、润滑方式
1、油润滑：间歇供油 — 小型、低速、间歇运动的场合
连续供油 —— 重要的轴承
间歇供油：1）油壶或油枪定期向润滑孔和 杯内注油，
连续供油方式：
a) 滴油润滑 — 针阀式油杯
c) 油杯润滑 — 油杯下端浸到油里
d) 浸油润滑 — 轴颈直接浸到油池中润滑，搅油损失大
e) 飞溅润滑 — 利用下端浸在油池中的c动件将润
滑c溅成油来润滑。
f) 压力循环润滑 — 用油泵进行连续压力供油，润滑、冷却，效果较好，适于重载、高速或交变载荷作用。
2、脂润滑 — 间歇供油脂：旋盖式油脂杯；黄油枪补充
§10.4 滚动轴承
一、滚动轴承结构
它主要有内圈、外圈、滚动体和保持架等四个部分所组成。通常其内圈用来与轴颈配合装配，外圈的外径用来与轴承座或机架座孔相配合装配。
常见的滚动体形状有： 球形、圆柱形、鼓形滚子 滚针、圆锥滚子等。
二、滚动轴承的主要类型及特点
按轴承的内部结构和所能承受的外载荷或公称接触角的不同，滚动轴承分为：
①深沟球轴承（向心球轴承） （6） —— 主要承受径向载，也可受一定双向轴向载荷， f 小精度高，结构简单，价格低，最常用。
②调心球轴承（1） —— 主要承受径向载荷，也可承受较小的双向轴向力，能自动调心，适于轴的刚性较差的场合。
③圆柱滚子轴承 N （ 2） —— 只能承受径向载荷，不能承受轴向载荷，承载能力大，支承刚性好，外圈或内圈可以分离，或不带内外圈，适于要求径向尺寸较小的场合。
④角接触球轴承 —— （ 7 ）能同时承受径向载荷和单向轴向力，接触角，越大，承载 Fa 能力越高，为承受双向轴向力应成对使用，对称安装。
⑤圆锥滚子轴承 —— （ 3 ）能同时承受径向载荷和单向 Fa ， 越大，承受 Fa 能力越大，承载能力高于角接触球轴承，但极限转速稍低，外圈可分离，一般应成对使用，对称安装，但安装调整比较麻烦。
⑥推力球轴承 —— （ 5 ）单向推力球轴承51000 — 只能受单向 Fa ； 双向推力球轴承52000 — 能承受双向 Fa 。 不能受 Fr ， 且极限 nj 转速较低，高速时，由于离心力较大，钢球与保持架磨损发热较严重。
⑦滚针轴承，↑ Fr ， 承载能力较高
§10.5滚动轴承的搴偶把≡
一、滚动轴承代b
滚动轴承的种类很多 ，国家标准中规定了滚动轴承代号的表示方法：
1、基本代号
表示轴承的内径、尺寸系列和类型，最多为五位
（1）轴承类型 —— 基本代号左起第一位。6 — 深沟球；3 — 圆锥滚子~；5 — 推力球~；7 — 角接触球~；1 — 调心球； N — 圆柱滚子~。
（2）尺寸系列 —— 表示轴承在结构、内径相同的条件下具有不同的外径和宽度，基本代号右起三、四位。宽度系列 —— 右起第四位 —— 某些宽度系列（主要为0系列和和正常系列）代号可省略，直径系列 —— 右起第三位 —— 相同内径，不同直径系列轴承的尺寸对
（3）轴承的内径 —— 基本代号右起一二位数字。
a) d=10, 12, 15, 17mm 时
代号00 01 02 03
b)内径 d=20~480mm ， 且为5的倍数时
代号= d/5 或 d= 代号×5( mm)
(c) d<10mm ， 或 d>500mm ， 及 d=22 ， 28， 32mm 时
代号/内径尺寸（ mm ）
2、前置代号、后置代号
前置、后置代号是轴承在结构形状、尺寸、公差、技术要求等有改变时，添加的补充代号。
前置代号用字母表示，用以说明成套轴承部件的特点,一般轴承无需作此说明，则前置代号可以省略。
后置代号用字母和字母 — 数字的组合来表示，按不同的情况可以紧接在基本代号之后或者用 “ － ” 、 “ / ” 符号隔开，其含义见轴承代号表格所示。
例：6206：（从左至右）6深沟球轴承；2尺寸系列代号，直径系列为2，宽度系列为0（省略）；06为轴承内径30 mm ； 公差等级为0级。
32315E： （ 从左至右）3为圆锥滚子轴承；23为尺寸系列代号，直径系列为3、宽度系列为2；15为轴承内径75 mm ； E 加强型；公差等级为0级。
二、 滚动轴承的类型选择
应根据轴承的工作载荷（大小、方向和性质）、转速高低、支承刚性、安装精度、结合各类轴承的特性和应用经验进行综合分析，确定合适的轴承。
几条基本原则：
1）n 高，载荷小，要求旋转精度高→采用球轴承
n 低，载荷大，或有冲击载荷时→采用滚子轴承
2） 主要受径向载荷 Fr 时→用向心轴承
主要受轴向载荷 Fa ， n 不高时用推力轴承
同时受 Fr 和 Fa 均较大时 —— 可采用角接触球轴承7类（ n 较高时）或圆锥滚子轴承3类（ n 较低时）
3）当轴的刚性较差或轴承孔不同心时宜用调心轴承。
4）为便于装拆和间隙调整，可选用内、外圈不分离的轴承。
5）6、7两种轴承一般应成对使用，对称安装。
§10.6滚动轴承的寿命计算
一．失效形式和设计准则
1、疲劳点蚀
在安装、润滑、维护良好的条件下，滚动轴承的正常失效形式是滚动体或内、外圈滚道上的点蚀破坏。当轴承不回转、缓慢摆动或低速转动，一般不会产生疲劳损坏。但过大的静载荷或冲击轴承将产生较大的塑性变形 ， 从而导致轴承失效。
由于滚动轴承的正常失效形式是点蚀破坏，所以对于一般转速的轴承，轴承的设计准则就是以防止点蚀引起的过早失效而进行疲劳点蚀计算，在轴承计算中称为寿命计算。
对于不转动、摆动或转速低的轴承，要求控制塑性变形，应作静强度计算
二、滚动轴承的基本额定寿命和基本额定动载荷
轴承的寿命就是 ：滚动轴承在点蚀破坏前所经历的转数（以106 r 为单位）或小时数 。
基本额定寿命 ：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，按有10%的轴承发生点蚀破坏，而其余90%的轴承未发生点蚀破坏前的转数 L10 （ 以106 r 为单位）或工作小时数 Lh 。
基本额定动载荷 ：是指轴承的基本额定寿命恰好为106 r 时轴承所能承受的载荷值。用符号 Cr 表示。
三、滚动轴承的当量动载荷 P
将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，该假想a荷称为当量动载荷 P
在当量动载荷 P 作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同。
1．对只能承受径向载荷 R 的轴承（ N 、 NA 轴承） P=R
2 ． 对只能承受轴向载荷 A 的轴承（推力球（5）和推力滚子（8）） P=A
3 ． 同时受径向载荷 R 和轴向载荷 A 的轴承 P=XR+YA
X — 径向载荷系数， Y — 轴向载荷系数， X 、 Y — 见表11-8
四、滚动轴的寿命计算公式
载荷与寿命的关系曲线方程为： 
=常数
=3-球轴承 
= 10/ 3 凶又岢
根据幸澹 
， P=C （ 轴承所能承受的载荷为基本额定功载荷）有：
（ 106 r ）
按小 计算： 
（ h ）
五、角接触球轴承和圆锥滚子轴承的轴向载荷的计算
对于向心推力轴承而言，在承受径向载荷时，要派生出轴向力。其方向与安装有关图 a 所示的为背对背安装，也称为反装。图 b 的为面对面安装，也称为正装 。
相应的派生轴向力可以由下表所列的计算公式求出
当在轴上作用有外载轴向力时，我们如果把派生轴向力的0向与的方向相一致的轴承记作2，另一端的轴承记作1
1．当 
时，因为轴承的位置已经确定，轴不可能窜动，所以在轴承1的内部也必然由外圈通过滚动体对轴施加一个轴向平衡反力。所以，轴承1实际承受的轴向载荷为： 
；轴承2实际承受的轴向载荷为：
2．当 
时，同上分析可以知道： 
， 
六．滚动轴承的静载荷
轴承工作在低速重载工况下，破坏的形式主要是滚动体接触表面上接触应力过大而产生永久的永久变形。这时，我们就需要按照轴承静强度来选择轴承尺寸 。
基本额定静载荷 C0 —— 受载最大的滚动体与滚道接触处
中心处引起的接触应力达到一定值时的静载1。
按静载荷选择轴承的公式为： 
式中 S0 为轴承静载荷强度安全系数， P0 为当量静载荷
§10.7 滚动轴承组合设计
一、滚动轴承的轴向固定
1、双支撑单向固定（两端固定式）
利用轴肩和端盖的挡肩单向固定内、外圈，每一个支撑只能限制单方向移动。主要用在两个对称布置的角接触球轴承或圆锥滚子轴承>情况，考虑温度升高后轴的伸长，为使轴的伸长不致引起附加应力，在轴承盖与外圈端面之间留出热补偿间隙 c ＝ 0.2～ 0.4mm 。 游隙的大小是靠端盖和外壳之间的调整垫片增减来实现的
2、单支撑双向固定式（一端固定、一端游动）
对于工作温度较高的长轴，受热后伸长量比较大，应该采用一端固定，而另一端游动的支撑结构。作为固定支撑的轴承，应能承受双向载荷，故此内、外圈都要固定。
3、两端游动
使轴能左右双向游动以自动补偿轮齿左右两侧螺旋角的制造误差，使轮齿受力均匀，采用圆柱滚子轴承，靠滚子与外圈间的游动来实现。
二、滚动轴承位置的调整
1、轴承间隙的调整
1）调整垫片：靠加减轴承盖与机座之间的垫片厚度来
调整轴承间隙的
2）调节螺钉：用螺钉1通过轴承外圈压盖3移动外圈的位置来进行调整的。调整后，用螺母2锁紧防松。
三、滚动轴承的配合及拆装
1、滚动轴承的配合
滚动轴承的配合是指内圈与轴径、外圈与座孔的配合，轴承内孔与轴径的配合采用基孔制，就是以轴承内孔确定轴的直径；轴承外圈与轴承座孔的配合采用机轴制， 常用的配合有 n6 、 m6 、 k6 、 js62 、
2、滚动轴承的装配与拆卸
要求：1）压力应直接加于配合较紧的套圈上；2）不允许通过滚动体传递装拆力；3）要均匀施加装拆力 —— 严禁重锤直接敲击
安装方法：
1）用软锤均匀敲击套圈装入 ；
2 ） 压力机压入（较大的轴承） 。
拆卸时：
1）压力机压出轴颈 ；
2 ） 轴承拆卸器将内圈拉下 。 轴肩高度应
低于轴承内圈高度。