第十章 軸承
軸承是機器中支承軸作迴轉運動的部件。
根據摩擦性質，軸承可分為滑動軸承和滾動軸承。
§10.1 滑動軸承概述
一、滑動軸承類型：
按承載：向心軸承（受 Fr ）； 推力軸承（受 Fa ）
按潤滑狀態：流體潤滑軸承；非流體潤滑軸承；無潤滑軸承（不加潤滑劑）
二、滑動軸承的特點
優點：1）承載能力高；2）工作平穩可靠、雜訊低；3）徑向尺寸小；4）精度高；5）流體潤滑時，摩擦、磨損較小；6）油膜有一定的吸振能力
缺點：1）非流體摩擦滑動軸承、摩擦較大，磨損嚴重 。
2）流體摩擦滑動軸承在起動、行車、載荷、轉速比較大的情況下難於實現流體摩擦；3）流體摩擦、滑動軸承設計、製造、維護費用較高。
三、應用：
1）轉速特高或特低；2）對迴轉精度要求特別高的軸；3）承受特大載荷；4）衝擊、振動較大時；5）特殊工作條件下的軸承；6）徑向尺寸受限制或軸承要做成剖分式的結構
例：機床、汽輪機、發電機、軋鋼機、大型電機、內燃機、鐵路機車、儀錶、天文望遠鏡等 。
§10.2 滑動軸承的結構和材料
一、徑向滑動軸承
徑向滑動軸承可以分為整體式和剖分式（對開式）兩大類。
1、整體式徑向滑動軸承
整體式滑動軸承由軸承座和軸承套組成。軸承套壓裝在軸承座孔中，一般配合為 H8/s7 。 軸承座用螺栓與機座聯接，頂部設有安裝注油油杯的螺紋孔。軸套上開有油孔，並在其內表面開油溝以輸送潤滑油。
這種軸承結構簡單、製造成本低，但當滑動表面磨損后無法修整。所以，整體式滑動軸承多用於低速、輕載和間歇工作的場合。
2、對開式滑動軸承
是由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和螺栓組成。正滑動軸承軸承座水平剖分為軸承座和軸承蓋兩部分，並用二（或四）個螺栓聯接。為了防止軸承蓋和軸承座橫向錯動和便於裝配時對中，軸承蓋和軸承座的剖分面做成階梯狀。
對開式滑動軸承在裝拆軸時，軸頸不需要軸向移動，裝拆方便。另外，適當增減軸瓦剖分面間的調整墊片，可以調節軸頸與軸承之間的間隙。
3、自動調心軸承
軸承的結構特點是軸瓦的外表面做成凸形球面，與軸承蓋及軸承座上的凹形球面箱配合，當軸變形時，軸瓦可隨軸線自動調節位置，從而保證軸頸和軸瓦為球面接觸。
二、推力滑動軸承
推力滑動軸承用於承受軸向載荷。它由軸承座、套筒、徑向軸瓦、止推軸瓦所組成 。
相對滑動端面通常採用環狀端面。當載荷較大時，可採用多環軸頸，這種結構能夠承受雙向軸向載荷。
三、軸承材料
滑動軸承的主要失效形式有：磨粒磨損、刮傷、膠
合、疲勞剝落等 。
軸承材料性能應著重滿足以下主要要求：
1） 良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性
2） 良好的順應性，嵌入性和磨合性
3） 足夠的強度和必要的塑性
4） 良好的耐腐蝕性、熱化學性能（傳熱性和熱膨脹性）和調滑性（對油的吸附能力）
5) 良好的工藝性和經濟性等
常用材料有:
1）軸承合金（通稱巴氏合金或白合金）
軸承合金是錫、鉛、銻、銅的合金，它以錫或鉛作為基體，其內含有銻錫（ Sb-Sn ） 或銅錫（ Cu-Sn ） 的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則增加材料的塑性。軸承合金適用於重載、中高速場合，價格較貴。
2）銅合金
銅合金具有較高的強度，較好的減磨性和耐磨性，是最常用的材料
。
錫青銅 —— 減摩、耐磨性最好，應用較廣，強度比軸
合金高，適於重載、中速
鉛青銅 —— 抗膠合能力強，適於高速、重載
鋁青銅 —— 強度及硬度較高，抗膠合性差，適於低速、
重載傳動
3）鑄鐵：
灰鐵；球鐵（中有遊離的石墨能有潤滑作用）性能較好，適於輕載、低速，不受衝擊的場合。
4）多孔質金屬材料
這是不同金屬粉末經壓制、燒結而成的軸承材料。這種材料是多孔結構的，孔隙約佔體積的10％～35％。使用前先把軸瓦在加熱的油中浸漬數小時，使孔隙中充滿潤滑油，因而通常把這種材料製成的軸承稱為含油軸承。它具有自潤滑性。
5）非金屬材料
非金屬材料中應用最廣的是各種塑料，如酚醛樹脂、
尼龍、聚四氟乙烯等。聚合物的特性是：與許多化學物質不起反應，抗腐蝕性好。
四、軸瓦結構
軸瓦的結構：整體式、剖分式
整體式軸承中與軸頸配合的零件稱為軸套，分為不帶擋邊和帶擋邊的兩種結構。
對開式軸承的軸瓦由上下兩半組成。為使軸瓦既有一定的強度，又有良好的減磨性，常在軸瓦內表面澆鑄一層減磨性好的材料，稱為軸承襯。軸承襯應可靠的貼合在軸瓦表面上，為此可以採用不同結合形式。
為了將潤滑油引入軸承，並布滿於工作表面，常在其上開有供油孔和油溝；供油孔和油溝應開在軸瓦的非承載區 否則會降低油膜的承載能力。軸向油溝也不應在軸瓦全長上開通，以免潤滑油自油溝端部大量泄漏。
§10.3滑動軸承的潤滑
一、潤滑劑及其選擇
潤滑劑分為潤滑油、潤滑脂和固體潤滑劑三類。
1、潤滑油
潤滑油是滑動軸承中應用最廣的潤滑劑，目前使用
的潤滑油多為礦物油。潤滑油最重要的物理性能是粘度，它也是選擇潤滑油的主要依據。
工業上多用運動粘度標定潤滑油的粘度。根據國家標準，潤滑油產品油牌號一般按40 º C 時的運動粘度平均值來劃分，我們需要時可以查閱相關手冊或資料參考選擇。書（表11-2）
2、潤滑脂
潤滑脂是在潤滑油中添加稠化劑（如鈣、鈉、鋁、鋰等金屬）后形成的膠狀潤滑劑。因為它稠度大，不宜流失，所以承載能力較大，但它的物理、化學性質不如潤滑油穩定，摩擦功耗也大，故不宜在溫度變化大或高速條件下使用。（表11-3）
3、固體潤滑劑
常用的固體潤滑劑有石墨和二硫化鉬。高溫、重載下工作的軸承，採用添加二硫化鉬的潤滑劑，能獲得良好的潤滑效果 。
二、潤滑方式
1、油潤滑：間歇供油 — 小型、低速、間歇運動的場合
連續供油 —— 重要的軸承
間歇供油：1）油壺或油槍定期向潤滑孔和 杯內注油，
連續供油方式：
a) 滴油潤滑 — 針閥式油杯
c) 油杯潤滑 — 油杯下端浸到油里
d) 浸油潤滑 — 軸頸直接浸到油池中潤滑，攪油損失大
e) 飛濺潤滑 — 利用下端浸在油池中的轉動件將潤
滑油濺成油來潤滑。
f) 壓力循環潤滑 — 用油泵進行連續壓力供油，潤滑、冷卻，效果較好，適於重載、高速或交變載荷作用。
2、脂潤滑 — 間歇供油脂：旋蓋式油脂杯；黃油槍補充
§10.4 滾動軸承
一、滾動軸承結構
它主要有內圈、外圈、滾動體和保持架等四個部分所組成。通常其內圈用來與軸頸配合裝配，外圈的外徑用來與軸承座或機架座孔相配合裝配。
常見的滾動體形狀有： 球形、圓柱形、鼓形滾子 滾針、圓錐滾子等。
二、滾動軸承的主要類型及特點
按軸承的內部結構和所能承受的外載荷或公稱接觸角的不同，滾動軸承分為：
①深溝球軸承（向心球軸承） （6） —— 主要承受徑向載，也可受一定雙向軸向載荷， f 小精度高，結構簡單，價格低，最常用。
②調心球軸承（1） —— 主要承受徑向載荷，也可承受較小的雙向軸向力，能自動調心，適於軸的剛性較差的場合。
③圓柱滾子軸承 N （ 2） —— 只能承受徑向載荷，不能承受軸向載荷，承載能力大，支承剛性好，外圈或內圈可以分離，或不帶內外圈，適於要求徑向尺寸較小的場合。
④角接觸球軸承 —— （ 7 ）能同時承受徑向載荷和單向軸向力，接觸角，越大，承載 Fa 能力越高，為承受雙向軸向力應成對使用，對稱安裝。
⑤圓錐滾子軸承 —— （ 3 ）能同時承受徑向載荷和單向 Fa ， 越大，承受 Fa 能力越大，承載能力高於角接觸球軸承，但極限轉速稍低，外圈可分離，一般應成對使用，對稱安裝，但安裝調整比較麻煩。
⑥推力球軸承 —— （ 5 ）單向推力球軸承51000 — 只能受單向 Fa ； 雙向推力球軸承52000 — 能承受雙向 Fa 。 不能受 Fr ， 且極限 nj 轉速較低，高速時，由於離心力較大，鋼球與保持架磨損發熱較嚴重。
⑦滾針軸承，↑ Fr ， 承載能力較高
§10.5滾動軸承的代號及選擇
一、滾動軸承代號
滾動軸承的種類很多 ，國家標準中規定了滾動軸承代號的表示方法：
1、基本代號
表示軸承的內徑、尺寸系列和類型，最多為五位
（1）軸承類型 —— 基本代號左起第一位。6 — 深溝球；3 — 圓錐滾子~；5 — 推力球~；7 — 角接觸球~；1 — 調心球； N — 圓柱滾子~。
（2）尺寸系列 —— 表示軸承在結構、內徑相同的條件下具有不同的外徑和寬度，基本代號右起三、四位。寬度系列 —— 右起第四位 —— 某些寬度系列（主要為0系列和和正常系列）代號可省略，直徑系列 —— 右起第三位 —— 相同內徑，不同直徑系列軸承的尺寸對
（3）軸承的內徑 —— 基本代號右起一二位數字。
a) d=10, 12, 15, 17mm 時
代號00 01 02 03
b)內徑 d=20~480mm ， 且為5的倍數時
代號= d/5 或 d= 代號×5( mm)
(c) d<10mm ， 或 d>500mm ， 及 d=22 ， 28， 32mm 時
代號/內徑尺寸（ mm ）
2、前置代號、後置代號
前置、後置代號是軸承在結構形狀、尺寸、公差、技術要求等有改變時，添加的補充代號。
前置代號用字母表示，用以說明成套軸承部件的特點,一般軸承無需作此說明，則前置代號可以省略。
後置代號用字母和字母 — 數字的組合來表示，按不同的情況可以緊接在基本代號之後或者用 “ － ” 、 “ / ” 符號隔開，其含義見軸承代號表格所示。
例：6206：（從左至右）6深溝球軸承；2尺寸系列代號，直徑系列為2，寬度系列為0（省略）；06為軸承內徑30 mm ； 公差等級為0級。
32315E： （ 從左至右）3為圓錐滾子軸承；23為尺寸系列代號，直徑系列為3、寬度系列為2；15為軸承內徑75 mm ； E 加強型；公差等級為0級。
二、 滾動軸承的類型選擇
應根據軸承的工作載荷（大小、方向和性質）、轉速高低、支承剛性、安裝精度、結合各類軸承的特性和應用經驗進行綜合分析，確定合適的軸承。
幾條基本原則：
1）n 高，載荷小，要求旋轉精度高→採用球軸承
n 低，載荷大，或有衝擊載荷時→採用滾子軸承
2） 主要受徑向載荷 Fr 時→用向心軸承
主要受軸向載荷 Fa ， n 不高時用推力軸承
同時受 Fr 和 Fa 均較大時 —— 可採用角接觸球軸承7類（ n 較高時）或圓錐滾子軸承3類（ n 較低時）
3）當軸的剛性較差或軸承孔不同心時宜用調心軸承。
4）為便於裝拆和間隙調整，可選用內、外圈不分離的軸承。
5）6、7兩種軸承一般應成對使用，對稱安裝。
§10.6滾動軸承的壽命計算
一．失效形式和設計準則
1、疲勞點蝕
在安裝、潤滑、維護良好的條件下，滾動軸承的正常失效形式是滾動體或內、外圈滾道上的點蝕破壞。當軸承不迴轉、緩慢擺動或低速轉動時，一般不會產生疲勞損壞。但過大的靜載荷或衝擊軸承將產生較大的塑性變形 ， 從而導致軸承失效。
由於滾動軸承的正常失效形式是點蝕破壞，所以對於一般轉速的軸承，軸承的設計準則就是以防止點蝕引起的過早失效而進行疲勞點蝕計算，在軸承計算中稱為壽命計算。
對於不轉動、擺動或轉速低的軸承，要求控制塑性變形，應作靜強度計算
二、滾動軸承的基本額定壽命和基本額定動載荷
軸承的壽命就是 ：滾動軸承在點蝕破壞前所經歷的轉數（以106 r 為單位）或小時數 。
基本額定壽命 ：一組在相同條件下運轉的近於相同的軸承，按有10%的軸承發生點蝕破壞，而其餘90%的軸承未發生點蝕破壞前的轉數 L10 （ 以106 r 為單位）或工作小時數 Lh 。
基本額定動載荷 ：是指軸承的基本額定壽命恰好為106 r 時軸承所能承受的載荷值。用符號 Cr 表示。
三、滾動軸承的當量動載荷 P
將實際載荷轉換為作用效果相當並與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的假想載荷，該假想載荷稱為當量動載荷 P
在當量動載荷 P 作用下的軸承壽命與實際聯合載荷作用下的軸承壽命相同。
1．對只能承受徑向載荷 R 的軸承（ N 、 NA 軸承） P=R
2 ． 對只能承受軸向載荷 A 的軸承（推力球（5）和推力滾子（8）） P=A
3 ． 同時受徑向載荷 R 和軸向載荷 A 的軸承 P=XR+YA
X — 徑向載荷係數， Y — 軸向載荷係數， X 、 Y — 見表11-8
四、滾動軸的壽命計算公式
載荷與壽命的關係曲線方程為： 
=常數
=3-球軸承 
= 10/ 3 滾子軸承
根據定義： 
， P=C （ 軸承所能承受的載荷為基本額定功載荷）有：
（ 106 r ）
按小時計算： 
（ h ）
五、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承的軸向載荷的計算
對於向心推力軸承而言，在承受徑向載荷時，要派生出軸向力。其方向與安裝有關圖 a 所示的為背對背安裝，也稱為反裝。圖 b 的為面對面安裝，也稱為正裝 。
相應的派生軸向力可以由下表所列的計算公式求出
當在軸上作用有外載軸向力時，我們如果把派生軸向力的方向與的方向相一致的軸承記作2，另一端的軸承記作1
1．當 
時，因為軸承的位置已經確定，軸不可能竄動，所以在軸承1的內部也必然由外圈通過滾動體對軸施加一個軸向平衡反力。所以，軸承1實際承受的軸向載荷為： 
；軸承2實際承受的軸向載荷為：
2．當 
時，同上分析可以知道： 
， 
六．滾動軸承的靜載荷
軸承工作在低速重載工況下，破壞的形式主要是滾動體接觸表面上接觸應力過大而產生永久的永久變形。這時，我們就需要按照軸承靜強度來選擇軸承尺寸 。
基本額定靜載荷 C0 —— 受載最大的滾動體與滾道接觸處
中心處引起的接觸應力達到一定值時的靜載荷。
按靜載荷選擇軸承的公式為： 
式中 S0 為軸承靜載荷強度安全係數， P0 為當量靜載荷
§10.7 滾動軸承組合設計
一、滾動軸承的軸向固定
1、雙支撐單向固定（兩端固定式）
利用軸肩和端蓋的擋肩單向固定內、外圈，每一個支撐只能限制單方向移動。主要用在兩個對稱布置的角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的情況，考慮溫度升高后軸的伸長，為使軸的伸長不致引起附加應力，在軸承蓋與外圈端面之間留出熱補償間隙 c ＝ 0.2～ 0.4mm 。 游隙的大小是靠端蓋和外殼之間的調整墊片增減來實現的
2、單支撐雙向固定式（一端固定、一端遊動）
對於工作溫度較高的長軸，受熱后伸長量比較大，應該採用一端固定，而另一端遊動的支撐結構。作為固定支撐的軸承，應能承受雙向載荷，故此內、外圈都要固定。
3、兩端遊動
使軸能左右雙向遊動以自動補償輪齒左右兩側螺旋角的製造誤差，使輪齒受力均勻，採用圓柱滾子軸承，靠滾子與外圈間的遊動來實現。
二、滾動軸承位置的調整
1、軸承間隙的調整
1）調整墊片：靠加減軸承蓋與機座之間的墊片厚度來
調整軸承間隙的
2）調節螺釘：用螺釘1通過軸承外圈壓蓋3移動外圈的位置來進行調整的。調整后，用螺母2鎖緊防松。
三、滾動軸承的配合及拆裝
1、滾動軸承的配合
滾動軸承的配合是指內圈與軸徑、外圈與座孔的配合，軸承內孔與軸徑的配合採用基孔制，就是以軸承內孔確定軸的直徑；軸承外圈與軸承座孔的配合採用機軸制， 常用的配合有 n6 、 m6 、 k6 、 js62 、
2、滾動軸承的裝配與拆卸
要求：1）壓力應直接加於配合較緊的套圈上；2）不允許通過滾動體傳遞裝拆力；3）要均勻施加裝拆力 —— 嚴禁重鎚直接敲擊
安裝方法：
1）用軟錘均勻敲擊套圈裝入 ；
2 ） 壓力機壓入（較大的軸承） 。
拆卸時：
1）壓力機壓出軸頸 ；
2 ） 軸承拆卸器將內圈拉下 。 軸肩高度應
低於軸承內圈高度。
