《機械設(shè)計基礎(chǔ)》課件1第6章

項目六軸系零部件設(shè)計6.1軸的設(shè)計6.2滑動軸承設(shè)計6.3滾動軸承設(shè)計6.4軸承蓋的選型及結(jié)構(gòu)設(shè)計6.5聯(lián)軸器與離合器選型設(shè)計

6.1軸的設(shè)計

6.1.1概述

1.軸的功用

軸是組成機器的重要零件之一，所有作回轉(zhuǎn)運動的零件(例如齒輪、蝸輪、凸輪、皮帶輪等)，都必須安裝在軸上才能實現(xiàn)其回轉(zhuǎn)運動。概括地說，軸的功用有以下兩個方面：(1)支承回轉(zhuǎn)零件，如齒輪、蝸輪、凸輪、皮帶輪等；(2)傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。

2.軸的分類

1)按軸線的形狀分類

按軸線的形狀，軸可分為以下三類：

(1)直軸：廣泛應(yīng)用于各類機械中，如圖6-1所示。

(2)曲軸：常用于往復(fù)式機械傳動中，將回轉(zhuǎn)運動和往復(fù)直線運動相互進行轉(zhuǎn)換(例如沖床、內(nèi)燃機等)，如圖6-2所示。

(3)軟軸：常用于電動手持小型機具(例如鉸孔機)、醫(yī)療器械和汽車里程表的傳動中，它的主要特點是具有良好的撓性，可以把轉(zhuǎn)矩和回轉(zhuǎn)運動靈活地傳遞到空間的任何位置，如圖6-3所示。圖6-1直軸圖6-2曲軸圖6-3軟軸

2)按承受載荷的不同分類

按承受載荷的不同直軸可分為以下三類：

(1)心軸：只承受彎曲作用的軸。它分為固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸兩種。圖6-4(a)所示的軸為轉(zhuǎn)動心軸，當輪回轉(zhuǎn)時，軸固定不動。圖6-4(b)所示的軸為固定心軸，它能轉(zhuǎn)動。

(2)傳動軸：主要承受扭轉(zhuǎn)作用(不承受或只承受很小的彎曲作用)的軸。圖6-5所示的汽車變速箱與后橋間的軸就是傳動軸。

(3)轉(zhuǎn)軸：同時承受彎曲和扭轉(zhuǎn)作用的軸。圖6-6所示減速器的輸出軸即為轉(zhuǎn)軸，它是機械中最常見的軸。圖6-4心軸圖6-5傳動軸圖6-6轉(zhuǎn)軸

3)按外形分類

按外形可將直軸分為以下兩類：

(1)光軸：在軸的全長上直徑都相等的直軸，它主要用于傳遞轉(zhuǎn)矩，如圖6-1(a)所示。

(2)階梯軸：在軸的全長上軸各段的直徑不相等的直軸。由于階梯軸便于軸上零件的裝拆和固定，又能節(jié)省材料和減輕重量，所以在機械中應(yīng)用廣泛，如圖6-1(b)所示。

直軸一般都制成實心的。在那些由于機器結(jié)構(gòu)的要求而需在軸中裝設(shè)其它零件，或者減輕軸的重量具有重大作用的場合，則將軸制成空心的。

3.軸的設(shè)計要求和一般設(shè)計步驟

足夠的強度、合理的結(jié)構(gòu)和良好的工藝性是設(shè)計軸必須滿足的基本要求。此外，不同機械對軸又有不同的特殊要求，如機床主軸要有足夠的剛度，以防止工作時產(chǎn)生不允許的變形；汽輪機轉(zhuǎn)子軸要有足夠的振動穩(wěn)定性，以防止發(fā)生共振而破壞；重型軸則要考慮其毛坯的制造、運輸、安裝等問題。

軸設(shè)計的一般步驟是：按工作條件等選擇軸的材料和熱處理方法；初步估算軸的最小直徑；進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計；進行必要的強度、剛度、振動穩(wěn)定性等校核計算；最后繪制軸的工作圖。整個設(shè)計過程要與有關(guān)零件的設(shè)計過程結(jié)合進行。本項目以階梯軸為研究對象討論軸的設(shè)計步驟和方法，其主要內(nèi)容包括強度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計兩個方面。強度計算是使軸具有工作能力的基本保證，其計算方法在材料力學中已經(jīng)介紹過。結(jié)構(gòu)設(shè)計要合理確定軸各部分的形狀和結(jié)構(gòu)尺寸，它除應(yīng)考慮強度和剛度因素外，還要考慮使用、加工和裝配等方面的許多因素，這比強度計算考慮的因素更多、更復(fù)雜。因此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是本項目討論的重點。6.1.2軸的材料

軸工作時的應(yīng)力一般為循環(huán)變應(yīng)力，所以軸的失效形式主要是疲勞破壞。因此，對軸的材料的主要要求是：具有足夠的疲勞強度；對應(yīng)力集中的敏感性??；與滑動零件接觸的表面應(yīng)有足夠的耐磨性。另外還應(yīng)易于加工和熱處理等。

軸的常用材料主要是優(yōu)質(zhì)碳素鋼和合金鋼。

優(yōu)質(zhì)碳素鋼價格低廉、對應(yīng)力集中的敏感性小，并能通過熱處理改善其綜合性能，故應(yīng)用很廣。一般機械的軸常用35、45鋼，其中以45鋼應(yīng)用最普遍。受力較小或不甚重要的軸，也可用Q235、Q275等普通碳素鋼。合金鋼具有較高的機械強度和優(yōu)越的淬火性能，但其價格較貴，對應(yīng)力集中比較敏感，常用于要求減輕重量、提高軸頸耐磨性及在非常高的溫度下工作的軸。由于合金鋼與碳素鋼的彈性模量相差很少，因此合金鋼不宜用于對剛度要求高的軸。

軸的毛坯一般采用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的強度較高，重要的軸、階梯尺寸變化大的軸，應(yīng)采用鍛制毛坯。

形狀復(fù)雜的曲軸和凸輪軸，也可以采用球墨鑄鐵制造。球墨鑄鐵具有價廉、應(yīng)力集中不敏感、吸振性好和容易鑄成復(fù)雜形狀等優(yōu)點，但鑄件的品質(zhì)不易控制。

軸的常用材料及機械性能見表6-1。表6-1軸的常用材料及機械性能

6.1.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計

軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的目的是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。

軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上零件的類型、尺寸、數(shù)量、布置以及固定方式；載荷的大小、性質(zhì)、方向及分布情況；軸承的類型及尺寸；軸的加工及裝配工藝性等。由于影響因素較多，而且有時互相矛盾，所以軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性，因此不可能有標準的結(jié)構(gòu)形式。設(shè)計時，必須針對不同情況作具體分析，定出較合理的結(jié)構(gòu)。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)滿足的基本要求是：軸的受力合理；有利于提高軸的強度和剛度；有利于節(jié)約材料和減輕重量；軸及軸上零件定位準確、固定可靠、軸上零件便于裝拆和調(diào)整；具有良好的制造工藝性。

軸結(jié)構(gòu)設(shè)計的已知條件是：傳動裝置簡圖；初步計算出軸的最小軸徑；軸上傳動零件(如齒輪、聯(lián)軸器、皮帶輪等)的主要參數(shù)及尺寸等。初步設(shè)計時，還不知道軸上支反力的作用點，故不能按軸的彎矩計算軸徑。通常按扭轉(zhuǎn)強度來初步估算軸的最小直徑，求得最小直徑按擬訂的裝配方案，從最小直徑起逐一確定各段軸的直徑和長度。設(shè)計時需考慮各軸徑應(yīng)與裝配在該軸段上的傳動件、標準件的孔相匹配。軸的各段長度應(yīng)根據(jù)各零件與軸配合部分的軸向尺寸確定，為保證軸向定位可靠，軸頭長一般比與之配合的輪轂長短2～3mm。

1.軸上零件的定位和固定

1)軸及軸上零件的定位

軸的定位通常是靠軸承來實現(xiàn)的。

軸上零件的定位一般是靠軸肩或軸環(huán)來實現(xiàn)的。在圖6-7中，齒輪靠軸環(huán)定位，聯(lián)軸器和左軸承靠軸肩定位，右軸承通過簡套和齒輪也靠軸環(huán)間接定位。

軸肩和軸環(huán)的尺寸參看表6-2。圖6-7軸上零件的定位表6-2軸肩和軸環(huán)的尺寸

2)軸上零件的軸向固定

軸上零件軸向固定的目的是使其準確而可靠地處在規(guī)定的位置。如圖6-7所示，齒輪靠軸環(huán)和套筒軸向固定；左軸承靠軸肩和軸承蓋軸向固定，右軸承靠套筒和軸承蓋軸向固定；聯(lián)軸器靠軸肩和另一半與它相聯(lián)的聯(lián)軸器(圖中未畫出)軸向固定。

常用的軸向固定方式及應(yīng)用場合見表6-3。表6-3軸上零件常用軸向固定方式

3)軸上零件的周向固定

軸上零件周向固定的目的是傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。如圖6-7所示，齒輪和聯(lián)軸器用鍵作周向固定，而滾動軸承因其不傳遞轉(zhuǎn)矩，故采用有較小過盈量的配合來作周向固定。

常用軸上零件的周向固定方式及其應(yīng)用場合見表6-4。表6-4軸上零件的周向固定方式

2.軸的結(jié)構(gòu)工藝性

軸的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計的軸是否便于加工和裝配。為了使軸的工藝性好，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)注意以下幾個問題：(1)軸的形狀力求簡單，以便于加工和檢驗。由于軸上通常裝有多個零件，若采用直徑不變的光軸，其形狀雖然簡單，但裝配和定位將不方便，故一般多做成階梯軸。當然，軸上的臺階數(shù)不宜過多，因為多加工一個臺階，就要多一次對刀，多調(diào)整或換一次量具。另外，軸的臺階數(shù)增多，軸上的應(yīng)力集中源也相應(yīng)增多，軸發(fā)生疲勞破壞的可能性也隨之增大。所以在滿足裝配要求的前提下，軸上的臺階數(shù)盡可能少些。

(2)階梯軸上的軸肩處若裝有零件，為保證零件能緊貼軸肩端面，軸肩處的過渡圓角半徑應(yīng)小于零件孔的圓角半徑R或倒角C，如圖6-8所示。配合表面處的圓角半徑和倒角尺寸應(yīng)符合標準，見表6-5。

(3)對粗糙度要求較嚴格，需經(jīng)磨削加工的表面，在軸肩處應(yīng)設(shè)置砂輪越程槽，以便磨削時砂輪可以磨削到軸肩的端部，如圖6-9所示。砂輪越程槽的尺寸見表6-6。

(4)軸上若要車制螺紋，則其直徑應(yīng)符合標準，螺紋尾部留有退刀槽，以保證靠近尾部的螺紋牙也能達到標準規(guī)定的高度，如圖6-10所示。螺紋退刀槽的尺寸見表6-7。圖6-8圓角表6-5配合表面處的圓角半徑和倒角尺寸(GB6403.4—86)

圖6-9越程槽表6-6砂輪越程槽(GB6403.5—86)

圖6-10退刀槽表6-7螺紋退刀槽尺寸(GB3—79)

(5)軸端應(yīng)有倒角(尺寸見表6-5)，以利于裝配時的對中和避免把軸上零件的孔壁擦傷。有較大過盈配合處的壓入端應(yīng)采用錐形結(jié)構(gòu)，如圖6-11所示，以使零件能順利地壓入。

(6)裝配在階梯軸上的零件，用套筒、壓板或螺母等作軸向固定時，應(yīng)將裝零件的軸頭做得短些(一般短2~3mm，可參看表6-3中的圖)，以保證所裝零件的一端能和套筒、壓板或螺母相互貼緊。

(7)軸的圓角、倒角和退刀槽應(yīng)盡可能取相同的尺寸，以便減少刀具的數(shù)量和節(jié)省換刀的時間。軸上的幾個鍵槽應(yīng)布置在軸的同一母線上(圖6-7)，以減少軸的裝夾次數(shù)，如軸上多個開鍵槽的軸頭直徑相差不大，則可采用相同截面尺寸的鍵槽，以便節(jié)省換刀時間。

圖6-11錐形結(jié)構(gòu)

3.軸各段的直徑和長度確定

軸主要由軸頸、軸頭、軸身三部分組成(圖6-7)。與軸承配合的軸段稱為軸頸，與輪轂配合的軸段稱為軸頭，聯(lián)接軸頸與軸頭的軸段稱為軸身。軸上直徑變化所形成的階梯稱為軸肩(單向變化)或軸環(huán)(雙向變化)。軸肩分定位軸肩與自由軸肩。軸頸、軸頭、定位軸肩和定位軸環(huán)表面是軸上的重要部分，一般應(yīng)具有較高的加工精度和較小的表面粗糙度。在初步確定軸的直徑時，由于軸承支點間的距離尚未確定，不知道支反力的作用位置，故不能決定彎矩的大小與分布情況，因而還不能按軸所受的彎矩來確定其直徑。故進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計時，按軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩初步估算軸的直徑。但應(yīng)注意，這樣估算的直徑只能作為階梯軸上只受扭矩的軸段的最小直徑dmin(一般為軸承外伸段軸頭的直徑)，如圖6-7所示，d1=dmin。當然，軸的最小直徑也可憑設(shè)計者的經(jīng)驗

確定，或參考同類機器用類比的方法定出。求得d1=dmin后，就可根據(jù)軸上零件的定位、固定、裝拆方案，從dmin段起逐一確定各段軸的直徑(即將各段直徑逐一加大)，這樣就確定了階梯軸各段的直徑(圖6-7)。

聯(lián)軸器與滾動軸承之間的軸段直徑d2應(yīng)大于d1，以便形成軸肩，使聯(lián)軸器定位。

裝滾動軸承處的軸徑d3應(yīng)大于d2，這一方面是為了便于滾動軸承的裝拆，另一方面也可節(jié)省軸的加工費用。因為裝滾動軸承的軸段加工精度要求高，可以節(jié)省加工工時。

裝齒輪的軸徑d4應(yīng)大于d3，這不僅便于齒輪的裝拆，而且也可避免因裝拆齒輪而刮傷軸頸表面。為了使齒輪定位，裝齒輪軸段的左側(cè)做成軸環(huán)結(jié)構(gòu)，軸環(huán)直徑d5大于d4。在同一軸上，一般都采用相同型號的滾動軸承，故左端裝滾動軸承處的直徑亦取d3。在確定d6時，既要考慮軸承的定位，又要便于軸承的拆卸。為了便于加工和檢驗，軸的直徑取整數(shù)為好。與輪轂配合的軸頭還應(yīng)符合標準直徑系列(表6-8)，裝滾動軸承的軸頸的直徑還必須按滾動軸承的內(nèi)徑標準選取。

軸各段的長度主要根據(jù)軸上各零件與軸配合部分的軸向尺寸來確定，如圖6-7中軸的各段長度應(yīng)根據(jù)齒輪和聯(lián)軸器的輪轂長度L和軸承寬度B等來確定。另外，還應(yīng)考慮齒輪與箱壁間的距離C、軸承與箱壁的距離a與b，以及軸承蓋與聯(lián)軸器的裝拆要求(如尺寸m)等因素，具體數(shù)據(jù)可參考機械零件設(shè)計手冊。表6-8軸頭的標準直徑(摘自GB2822—81)

6.1.4軸的強度計算

軸的強度計算方法有三種：按扭轉(zhuǎn)強度的初步計算，按彎扭組合強度校核計算和按疲勞強度安全系數(shù)的精確校核計算。對于用普通碳素鋼和優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造的一般用途的軸，當單件或小批量生產(chǎn)時，安全系數(shù)的精確校核計算通常可以不必進行。故本項目只介紹前兩種計算方法，

第三種計算方法可參考有關(guān)資料。

1.按扭轉(zhuǎn)強度計算軸徑

對只傳遞扭矩而不承受彎矩或彎矩較小的傳動軸，可用此法計算軸的直徑；對于同時承受較大彎矩和扭矩的轉(zhuǎn)軸，可用此法來計算軸的最小直徑dmin，以便進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。考慮到所受彎矩的影響，可適當降低許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。

按圓軸受扭轉(zhuǎn)強度條件建立軸的直徑計算公式為

式中:A是決定于軸的材料并考慮彎曲影響的系數(shù)，其值見表6-9;P是軸所傳遞的功率(kW)；n是軸的轉(zhuǎn)速(r/min)。

當剖面上開有鍵槽時，應(yīng)增大軸徑，考慮鍵槽對軸的強度的削弱。一般開有一個鍵槽，軸徑增大5％左右，開有兩個鍵槽，軸徑增大10％左右，然后圓整為標準值(表6-8)。表6-9幾種材料的A值

2.按彎扭組合強度計算

在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計完成以后，軸上零件的位置已經(jīng)確定，軸各截面的彎矩即可算出。因此，可按彎矩和扭矩的聯(lián)合作用來校核軸的強度。此法可作為一般轉(zhuǎn)軸強度的最終校核計算，也可作為重要轉(zhuǎn)軸的初步校核計算。

1)計算時應(yīng)注意的問題

(1)把軸當作鉸鏈支座上的梁。

(2)軸和軸上零件的自重(除很重的零件外)及軸承中的摩擦力矩忽略不計。

(3)軸上所受的載荷，通?？勺鳛榧辛?。力的作用點取在輪轂寬度的中點。

(4)軸承支承反力假定作用在軸承寬度的中點。

2)計算步驟

(1)畫出軸的空間受力簡圖，并將各力按垂直平面(V平面)和水平平面(H平面)分解成兩平面內(nèi)的分力。

(2)求出垂直平面和水平平面內(nèi)的支承反力。

(3)分別計算垂直平面和水平平面內(nèi)的彎矩MV和MH,并畫出彎矩圖。

(4)計算合成彎矩并畫出合成彎矩圖：

(5)計算扭矩T，畫扭矩圖。(N·m)

(6)按第三強度理論計算當量彎矩：

式中：α是根據(jù)扭矩性質(zhì)而定的校正系數(shù)(即引入系數(shù)α后，扭矩T1即轉(zhuǎn)化為當量彎矩)。當扭矩按對稱循環(huán)變化時，取α=1；當扭矩按脈動循環(huán)變化時，取α=0.6；當扭矩平穩(wěn)、不變時，取α=0.3。(N·m)

(7)計算軸的直徑。

根據(jù)當量彎曲應(yīng)力建立強度條件，

由此可得

式中：W——軸計算截面的抗彎截面模量(mm3)；

［σ］b——軸的許用應(yīng)力(MPa)，其值見表6-10。(6-1)(6-2)表6-10軸的許用彎曲應(yīng)力MPa

使用上式時注意：

(1)對于轉(zhuǎn)軸，取[σ]b=[σ-1]b；對于固定心軸，若載荷有變化，取[σ]b=[σ0]b；若載荷不變，取[σ]b=[σ+1]b。

(2)當軸的剖面有鍵槽時，應(yīng)將計算的直徑增大4％～5％(單鍵)或7％～10％(雙鍵)。如果是花鍵軸，則計算的軸徑為花鍵軸的內(nèi)徑。

(3)應(yīng)用式(6-1)校核計算時，應(yīng)選定危險截面。危險截面一般是受載大、截面積小、應(yīng)力集中較嚴重的截面。當同時存在幾個危險截面時，應(yīng)該全部核算。若按式(6-2)算得的軸徑(包括考慮因開鍵槽而增大以后的軸徑)小于或等于結(jié)構(gòu)設(shè)計所確定的直徑，則說明原定軸徑的強度是足夠的；反之，則說明軸的強度不足，需重考慮加大軸的直徑。

6.1.5軸的剛度計算簡介

軸在工作時由于受載荷的作用，必然會產(chǎn)生彈性變形，如軸的剛度不足，則將產(chǎn)生過大的變形，從而影響軸上零件的正常工作。例如，當軸的變形量過大時，會使軸上的齒輪嚙合產(chǎn)生過大的偏載，使軸承產(chǎn)生不均勻磨損，使機床的精度降低等。所以對重要的和精度要求高的軸，通常還要進行剛度的校核計算。軸的剛度校核計算就是使軸在工作時的變形量不超過某個允許的范圍。軸的剛度分彎曲剛度和扭轉(zhuǎn)剛度兩類。彎曲剛度的校核計算主要是控制軸產(chǎn)生彎曲變形時的撓度和轉(zhuǎn)角的大??；扭轉(zhuǎn)剛度的校核計算是控制產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形時的扭轉(zhuǎn)角的數(shù)值。軸的變形量可按材料力學的計算方法進行，也可參看機械設(shè)計手冊中的有關(guān)公式計算。表6-11中列出了軸的許用變形量，供設(shè)計時參考。表6-11軸的許用變形量

6.1.6軸的工作圖

1.軸的技術(shù)要求

為了保證軸、軸承和軸上裝配的零件有良好的運轉(zhuǎn)性能，必須按制造工藝條件對軸規(guī)定必要的技術(shù)要求，并標注在軸的工作圖上，如尺寸精度、配合、表面粗糙度、熱處理及表面形狀和位置公差等。

2.軸的工作圖

軸經(jīng)過結(jié)構(gòu)設(shè)計、強度和剛度等的校核計算及技術(shù)要求設(shè)計以后，就可以繪制軸的工作圖。繪制軸工作圖的主要要求是：

(1)圖面清晰，表達完整，符合機械制圖標準的規(guī)定。(2)若是齒輪軸，還應(yīng)符合齒輪工作圖的有關(guān)規(guī)定。

(3)軸向尺寸的標注應(yīng)便于加工和測量。

①設(shè)計基準(標準尺寸的基準)應(yīng)與測量基準盡可能一致，避免加工時進行不必要的換算。

②不允許形成封閉尺寸鏈，一般選擇最次要軸段(對長度公差沒有要求的軸段)為尺寸鏈的缺口。

(4)標注公差、配合、表面粗糙度等，寫出熱處理及其它技術(shù)要求。

軸的工作圖可參看圖6-12。6.1.7軸的設(shè)計示例分析

對于一般軸的設(shè)計遵循如下步驟：

(1)選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力。

(2)利用公式估算軸的直徑。

(3)對軸的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。

(4)對軸按彎扭合成進行強度校核。

(5)對軸進行疲勞強度安全系數(shù)校核。例6-1設(shè)計如圖6-13所示一帶式輸送機中的單級斜齒輪減速器的低速軸。

已知電動機的功率為P=25kW，轉(zhuǎn)速n1=970r/min，傳動零件(齒輪)的主要參數(shù)及尺寸為：法面模數(shù)mn=4mm，齒數(shù)比u=3.95,小齒輪齒數(shù)z1＝20，大齒輪齒數(shù)z2＝79，分度圓上的螺旋角β=8°6′34″，小齒輪分度圓直徑d1＝80.81mm，大齒輪分度圓直徑d2＝319.19mm，中心距a=200mm，齒寬B1=85mm、B2=80mm。

(1)選擇軸的材料。

該軸沒有特殊的要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，可以查得其強度極限σb＝650MPa。圖6-13齒輪減速器簡圖

(2)初步估算軸徑。

按扭轉(zhuǎn)強度估算輸出端聯(lián)軸器處的最小直徑,按軸的材料為45號鋼，取A＝110。

輸出軸的功率P2=Pη1η2η3(η1為聯(lián)軸器的效率，等于0.99；η2為滾動軸承的效率，取0.99；η3為齒輪傳動效率，取0.98)，所以P2=25×0.99×0.99×0.98＝24.5kW。輸出軸轉(zhuǎn)速r/min，根據(jù)公式有

由于在聯(lián)軸器處有一個鍵槽，故軸徑應(yīng)增加5％；為了使所選軸徑與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，需要同時選取聯(lián)軸器。從手冊可以查得，選用HL4彈性聯(lián)軸器J55×84/Y55×112GB5014-85。故取聯(lián)軸器聯(lián)接處的軸徑為55mm。

(3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

根據(jù)齒輪減速器的簡圖確定軸上主要零件的布置圖(如圖6-14)，并通過初步估算定出軸的最小直徑進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計。圖6-14軸上主要零件的布置圖①軸上零件的軸向定位。

齒輪的一端靠軸肩定位，另一端靠套筒定位，裝拆、傳力均較為方便；兩段軸承處常用同一尺寸，以便于購買、加工、安裝和維修；為了便于拆裝軸承，軸承處軸肩不宜過高(其高度最大值可從軸承標準中查得)，故左端軸承與齒輪間設(shè)置兩個軸肩，如圖6-15所示。

②軸上零件的周向定位。

齒輪與軸、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接及過盈配合。根據(jù)設(shè)計手冊，并考慮便于加工，取在齒輪、半聯(lián)軸器處的鍵剖面尺寸為b×h=18×11，配合均采用H7/k6；滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸的尺寸公差為k6。

圖6-15軸上零件的裝配方案③確定各段軸徑的直徑和長度。如圖6-16所示，軸徑：從聯(lián)軸器開始向左取55→62→65→70→80→70

→65。軸長：取決于軸上零件的寬度及它們的相對位置。選用7213C軸承，其寬度為23mm；齒輪端面至箱體內(nèi)壁間的距離取a＝15mm；考慮到箱體的鑄造誤差，裝配時留有余地，取滾動軸承與箱體內(nèi)壁的距離s=5mm；軸承處箱體凸緣寬度，應(yīng)按箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓尺寸及結(jié)構(gòu)要求確定，暫定：該寬度＝軸承寬＋(0.08～0.1)a＋(10～20)mm，取為50mm；軸承蓋厚度取20mm；軸承蓋與聯(lián)軸器之間的距離取15mm；半聯(lián)軸器與軸配合長度為84mm，為使壓板壓住半聯(lián)軸器,取其相應(yīng)的軸長為82mm；已知齒輪寬度B2=80mm，為使套筒壓住齒輪端面，取其相應(yīng)的軸長為78mm。圖6-16軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)以上考慮可確定每段軸長，并可以計算出軸承與齒輪、聯(lián)軸器間的跨度。

④考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性。

考慮軸的結(jié)構(gòu)工藝性，在軸的左端與右端均制成2×45°倒角；左端支撐軸承的軸徑為磨削加工，留有砂輪越程槽；為便于加工，齒輪、半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一母線上，并取同一剖面尺寸。

(4)軸的強度計算。

先作出軸的受力計算圖(即力學模型)，如圖6-17(a)所示，取集中載荷作用于齒輪及軸承的中點。①求齒輪上作用力的大小和方向。

轉(zhuǎn)矩：

圓周力：

徑向力：

軸向力：Fa2=Ft2tanβ=5847×tan8°6′34″=833(N)

Ft2、Fr2、Fa2的方向如圖6-17所示。圖6-17軸的強度計算②求軸承的支反力。

水平面上的支反力：

垂直面上的支反力：③畫彎矩圖。

剖面C處的彎矩如圖6-17(b)、(c)、(d)所示。

水平面上的彎矩：

MC＝71FRA×10-3=71×2923.5×10-3=207.6(N·m)

垂直面上的彎矩：合成彎矩：④畫轉(zhuǎn)矩圖。

轉(zhuǎn)矩圖如圖6-17(e)所示，圖中

T2=933.2

(N·m)

⑤畫當量彎矩圖。

當量彎矩圖如圖6-17(f)所示。

因為單向回轉(zhuǎn)，視轉(zhuǎn)矩為脈動循環(huán)，。已知σb＝650MPa，查表得[σ-1]b＝59MPa，[σ0]b＝98MPa，則α＝0.602。剖面C處的當量彎矩：

⑥判斷危險剖面并驗算強度。

·剖面C當量彎矩最大，而其直徑與鄰接段相差不大，故剖面C為危險剖面。

已知Me＝MC2″＝615.7(N·m)，[σ-1]b＝59MPa，則

·剖面D處雖然僅受轉(zhuǎn)矩，但其直徑較小，則該剖面也為危險剖面。

所以強度足夠。

6.2滑動軸承設(shè)計

軸承是支撐軸的部件，按其工作時的摩擦性質(zhì)可以分為滑動摩擦軸承(簡稱滑動軸承)和滾動摩擦軸承(簡稱滾動軸承)兩大類。雖然滾動軸承有一系列優(yōu)點，在一般機械中獲得廣泛的應(yīng)用，但是在高速、高精度、重載、結(jié)構(gòu)上要求剖分安裝等場合下，滑動軸承則獲得廣泛使用。本單元主要討論滑動軸承。6.2.1滑動軸承的結(jié)構(gòu)

滑動軸承的運動形式是以軸頸與軸瓦相對滑動為主要特征，也即摩擦性質(zhì)為滑動摩擦。實踐表明，滑動軸承的潤滑條件不同，會出現(xiàn)不同的摩擦狀態(tài)。軸承工作面的摩擦狀態(tài)分為干摩擦狀態(tài)、邊界摩擦狀態(tài)、混合摩擦狀態(tài)和流體摩擦狀態(tài)四類，如圖6-18所示。圖6-18摩擦狀態(tài)兩摩擦表面直接接觸，相對滑動，又不加入任何潤滑劑，稱為干摩擦；兩摩擦表面被流體(液體或氣體)層完全隔開，摩擦性質(zhì)僅取決于流體內(nèi)部分子之間黏性阻力，稱為流體摩擦；兩摩擦表面被吸附在表面的邊界膜隔開，摩擦性質(zhì)取決于邊界膜和表面吸附性質(zhì)，稱為邊界摩擦狀態(tài)；實際上，干摩擦狀態(tài)和邊界摩擦狀態(tài)很難精確區(qū)分，所以這兩種摩擦狀態(tài)也常常歸并為邊界摩擦狀態(tài)。在實際應(yīng)用中，軸承工作表面有時是邊界摩擦和流體摩擦并存的混合狀態(tài)，稱為混合摩擦。邊界摩擦和混合摩擦又常稱為非液體摩擦。

所以，滑動軸承按其摩擦性質(zhì)可以分為液體滑動摩擦軸承和非液體滑動摩擦軸承兩類。

1.液體滑動摩擦軸承

由于在液體滑動軸承中，軸頸和軸承的工作表面被一層潤滑油膜隔開，兩零件之間沒有直接接觸，軸承的阻力只是潤滑油分子之間的摩擦，所以摩擦系數(shù)很小，一般僅為0.001～0.008。這種軸承的壽命長、效率高，但是制造精度要求也高，并需要在一定的條件下才能實現(xiàn)液體摩擦。

2.非液體滑動摩擦軸承

非液體滑動摩擦軸承的軸頸與軸承工作表面之間雖有潤滑油的存在，但在表面局部凸起部分仍發(fā)生金屬的直接接觸,因此摩擦系數(shù)較大，一般為0.1～0.3，容易磨損。但其結(jié)構(gòu)簡單，對制造精度和工作條件的要求不高，故在機械中得到廣泛使用。干摩擦的摩擦系數(shù)大，磨損嚴重，軸承工作壽命短。所以，在滑動軸承中應(yīng)力求避免干摩擦。

所以，高速長期運行的軸承要求工作在液體摩擦狀態(tài)下，一般工作條件下軸承則維持在邊界摩擦或混合摩擦狀態(tài)下工作。因此本單元主要討論非液體滑動摩擦軸承。

按照軸承承受的載荷可將其分為：徑向滑動軸承，主要承受徑向載荷Fr；止推滑動軸承，主要承受軸向載荷Fa，如圖6-19所示。圖6-19徑向滑動軸承與軸向滑動軸承在機械中，雖然廣泛采用滾動軸承，但在許多情況下又必須采用滑動軸承。這是因為滑動軸承具有滾動軸承不能代替的獨特優(yōu)點。滑動軸承的主要優(yōu)點是：①結(jié)構(gòu)簡單，制造、加工、拆裝方便；②具有良好的耐沖擊性和良好的吸振性能，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，旋轉(zhuǎn)精度高；③壽命長。但也有其缺點，主要有：①維護復(fù)雜，對潤滑條件較高；②邊界潤滑軸承，摩擦損耗較大。因而在大型汽輪機、發(fā)電機、壓縮機、軋鋼機及高速磨床上多采用滑動軸承。此外，在低速而帶有沖擊載荷的機器中，如水泥攪拌器、滾筒清砂機、破碎機等沖壓機械、農(nóng)業(yè)機械中也多采用滑動軸承。

1)徑向滑動軸承

常用的徑向滑動軸承，我國已制定了標準，通常情況下可以根據(jù)工作條件進行選用。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(JB/T2560—91)如圖6-20所示。它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(lián)接，頂部設(shè)有安裝注油油杯的螺紋孔。軸套上開有油孔，并在其內(nèi)表面開油溝以輸送潤滑油。這種軸承結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低，但當滑動表面磨損后無法修整，而且裝拆軸的時候只能作軸向移動，有時很不方便，有些粗重的軸和中間具有軸頸的軸(如內(nèi)燃機的曲軸)就不便或無法安裝。所以，整體式滑動軸承多用于低速、輕載和間歇工作的場合，例如手動機械、農(nóng)業(yè)機械中等。

這類軸承座的標記為：HZ×××軸承座JB/T2560。其中：H表示滑動軸承座；Z表示整體式；×××表示軸承內(nèi)徑(單位mm)。標準規(guī)格為：HZ020~140。圖6-20整體式滑動軸承

(2)剖分式滑動軸承。

剖分式滑動軸承由軸承蓋、軸承座、剖分軸瓦和螺栓組成。對開式二螺柱正滑動軸承(JB/T2561—91或JB/T2562—91)如圖6-21所示。

軸承座水平剖分為軸承座和軸承蓋兩部分，并用二個螺栓聯(lián)接。為了防止軸承蓋和軸承座橫向錯動和便于裝配時對中，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(diào)整墊片，可以調(diào)節(jié)軸頸與軸承之間的間隙。圖6-21對開式二螺柱正滑動軸承這種軸承所受的徑向載荷方向一般不超過剖分面垂線左右35°的范圍，否則應(yīng)該使用斜剖分面軸承。為使?jié)櫥湍芫鶆虻胤植荚谡麄€工作表面上，一般在不承受載荷的軸瓦表面開出油溝和油孔。

這類軸承軸瓦與座孔之間的配合為H8/m7。軸承座標記為：H2×××軸承座JB2561—91(或H4×××)。其中：H表示滑動軸承座，2表示螺栓數(shù)，×××表示軸承內(nèi)徑(單位mm)。標準規(guī)格為H2030～H2160(H4050～H4220)。圖6-22對開式四螺栓斜滑動軸承對開式四螺栓斜滑動軸承(JB/T2563—91)如圖6-22所示。軸承剖分面與水平面成45°角，軸承載荷的方向應(yīng)位于垂直剖分面的軸承中心線左右35°的范圍內(nèi)，其特點與對開式正滑動軸承相同。

軸承座的標記為：HX×××軸承座JB/T2563—91。其中：H表示滑動軸承座，X表示斜座，×××表示軸承內(nèi)徑(單位mm)。標準規(guī)格為HX050～HX220。

當軸頸較長(寬徑比大于1.5～1.75)，軸的剛度較小，或由于兩軸承不是安裝在同一剛性機架上，同心度較難保證時，都會造成軸瓦端部的局部接觸(如圖6-23所示)，使軸瓦局部嚴重磨損。為此，可采用能相對軸承自行調(diào)節(jié)軸線位置的滑動軸承，稱為回轉(zhuǎn)滑動軸承，如圖6-24所示。這種滑動軸承的結(jié)構(gòu)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相配合，當軸變形時，軸瓦可隨軸線自動調(diào)節(jié)位置，從而保證軸頸和軸瓦為球面接觸。圖6-23軸瓦端部的局部接觸圖6-24回轉(zhuǎn)滑動軸承

(3)軸承與軸瓦結(jié)構(gòu)。

整體式軸承中與軸頸配合的零件稱為軸套，如圖6-25所示，它分為不帶擋邊和帶擋邊的兩種結(jié)構(gòu)，其基本尺寸、公差參見GB2509—81或GB2510—81。

對開式軸承的軸瓦由上下兩半組成，如圖6-26所示。為使軸瓦既有一定的強度，又有良好的減磨性，常在軸瓦內(nèi)表面澆鑄一層減磨性好的材料(如軸承合金)，稱為軸承襯。軸承襯應(yīng)可靠地貼合在軸瓦表面上，為此可以采用如圖6-27所示的結(jié)合形式(圖中涂黑層表示軸承襯)。圖6-25軸套圖6-26對開式軸承軸瓦圖6-27軸瓦與軸承襯的結(jié)合形式為了將潤滑油引入軸承，并布滿工作表面，常在其上開有供油孔和油溝。供油孔和油溝應(yīng)開在軸瓦的非承載區(qū)，否則會降低油膜的承載能力，如圖6-28所示。

軸瓦全長上開通，以免潤滑油自油溝端部大量泄漏。常見的油溝形式如圖6-29所示。

對于一些重型機器的軸承軸瓦，其上常開設(shè)油室，它既可以使?jié)櫥臻g增大，又有儲油和保證潤滑油穩(wěn)定供應(yīng)的作用，如圖6-30所示。圖6-28油溝布置對油膜承載能力的影響圖6-29油孔和油溝圖6-30油室

2)推力滑動軸承

推力滑動軸承用于承受軸向載荷。圖6-31所示為一簡單的推力軸承結(jié)構(gòu)，它由軸承座、套筒、徑向軸瓦、止推軸瓦所組成。

為了便于對中，止推軸瓦底部制成球面形式，并用銷釘來防止它隨軸頸轉(zhuǎn)動，潤滑油從底部進入，上部流出。其最簡的結(jié)構(gòu)如圖6-32(a)所示，多用于低速輕載的場合。

由于工作面上相對滑動速度不等，越靠近邊緣處相對滑動速度越大，磨損越嚴重，會造成工作面上壓強分布不均勻，相對滑動端面通常采用環(huán)狀端面。當載荷較大時，可采用多環(huán)軸頸，如圖6-32(b)所示，這種結(jié)構(gòu)能夠承受雙向軸向載荷。

圖6-31止推滑動軸承圖6-32推力滑動軸承6.2.2滑動軸承的失效形式及材料

1.滑動軸承的失效形式

滑動軸承的失效通常由多種原因引起，失效的形式有很多種，有時幾種失效形式并存，相互影響。

1)磨粒磨損

進入軸承間隙的硬顆粒物(如灰塵、砂礫等)有的嵌入軸承表面，有的游離于間隙中并隨軸一起轉(zhuǎn)動，它們都將對軸頸和軸承表面起研磨作用。在機器啟動、停車或軸頸與軸承發(fā)生邊緣接觸時，它們都將加劇軸承磨損，導致幾何形狀改變、精度喪失，軸承間隙加大，使軸承性能在預(yù)期壽命前急劇惡化。

2)刮傷

進入軸承間隙的硬顆粒或軸頸表面粗糙的輪廓峰頂，將在軸承上劃出線狀傷痕，導致軸承因刮傷而失效。

3)膠合(也稱為燒瓦)

當軸承溫升過高，載荷過大，油膜破裂時，或在潤滑油供應(yīng)不足的條件下，軸頸和軸承的相對運動表面材料發(fā)生粘附和遷移，從而造成軸承損壞，有時甚至可能導致相對運動的中止。

4)疲勞剝落

在載荷反復(fù)作用下，軸承表面出現(xiàn)與滑動方向垂直的疲勞裂紋，當裂紋向軸承襯與襯背結(jié)合面擴展后，將造成軸承襯材料的剝落。它與軸承襯和襯背因結(jié)合不良或結(jié)合力不足造成軸承襯的剝離有些相似，但疲勞剝落周邊不規(guī)則，結(jié)合不良造成的剝離周邊比較光滑。

5)腐蝕

潤滑劑在使用中不斷氧化，所生成的酸性物質(zhì)對軸承材料有腐蝕性，特別對制造銅鋁合金中的鉛，易受腐蝕而形成點狀剝落。氧對錫基巴氏合金的腐蝕，會使軸承表面形成一層由SnO2和SnO混合組成的黑色硬質(zhì)覆蓋層，它能擦傷軸頸表面，并使軸承間隙變小。此外，硫?qū)y或銅的軸承材料的腐蝕，潤滑油中水分對銅鉛合金的腐蝕，都應(yīng)予以注意。以上列舉了常見的幾種失效形式，由于工作條件不同，滑動軸承還可出現(xiàn)氣蝕、流體侵蝕、電侵蝕和微動磨損等損傷。從美國、英國和日本三家汽車廠統(tǒng)計的汽車用滑動軸承故障原因的平均比率來看，因不干凈或由異物進入而導致故障的比率較大，參見表6-12。表6-12滑動軸承失效原因

2.滑動軸承材料

軸瓦與軸承襯的材料通稱為軸承材料。針對以上所述的失效形式，軸承材料的性能應(yīng)著重滿足以下要求：

(1)良好的減摩性、耐磨性和抗膠合性。

減摩性是指材料具有低的摩擦系數(shù)。耐磨性是指材料的抗磨性能(通常以磨損率表示)?？鼓z合性是指材料的耐熱性和抗粘附性。

(2)良好的摩擦順應(yīng)性、嵌入性和磨合性。

摩擦順應(yīng)性是指材料通過表層彈塑性變形來補償軸承滑動表面初始配合不良的能力。嵌入性是指材料容納硬質(zhì)顆粒嵌入，從而減輕軸承滑動表面發(fā)生刮傷或磨粒磨損的性能。磨合性是指軸瓦與軸頸表面經(jīng)過短期輕載運轉(zhuǎn)后，易于形成相互吻合的表面粗糙度。

(3)足夠的強度和抗腐蝕能力。

(4)良好的導熱性、工藝性、經(jīng)濟性等。

應(yīng)該指出的是：沒有一種軸承材料全面具備上述性能，因而必須針對各種具體的情況，仔細進行分析后合理選用。常用的材料可以分為三大類：金屬材料，如軸承合金、銅合金、鋁基合金和鑄鐵等；多孔質(zhì)金屬材料；非金屬材料，如工程塑料、碳—石墨等。

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(nèi)含有銻錫(Sb-Sn)或銅錫(Cu-Sn)的硬晶粒。硬晶粒起抗磨作用，軟基體則用來增加材料的塑性。軸承合金的彈性模量和彈性極限都很低，在所有軸承材料中，它的嵌入性及摩擦順應(yīng)性最好，很容易和軸頸磨合，也不易與軸頸發(fā)生膠合。但軸承合金的強度很低，不能單獨制作軸瓦，只能粘附在青銅、鋼或鑄鐵軸瓦上作軸承襯。軸承合金適用于重載、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。由于青銅的減磨性和耐磨性比黃銅好，故青銅是最常用的材料。青銅有錫青銅、鉛青銅和鋁青銅等幾種，其中錫青銅的減摩性和耐磨性最好，應(yīng)用廣泛。但錫青銅比軸承合金硬度高，磨合性及嵌入性差，適用于重載及中速場合。鉛青銅抗膠合能力強，適用于高速、重載軸承。鋁青銅的強度及硬度較高，抗膠合能力較差，適用于低速重載軸承。在一般機械中有50％的滑動軸承采用青銅材料。

3)鋁基軸承合金

鋁基軸承合金在許多國家獲得了廣泛的應(yīng)用。它有相當好的耐蝕性和較高的疲勞強度，摩擦性也較好。這些品質(zhì)使鋁基軸承合金在部分領(lǐng)域取代了較貴的軸承合金和青銅。鋁基軸承合金可以制成單金屬零件(如軸套、軸承等)，也可以制成雙金屬零件，雙金屬軸瓦以鋁基軸承合金為軸承襯，以鋼作襯背。

4)灰鑄鐵和耐磨鑄鐵

普通灰鑄鐵或加有鎳、鉻鈦等合金成分的耐磨灰鑄鐵或者是球墨鑄鐵，都可以用作軸承材料。這類材料中的片狀或球狀石墨在材料表面上覆蓋后，可以形成一層起潤滑作用的石墨層，故具有一定的減摩性和耐磨性。此外石墨能吸附碳氫化合物，有助于提高邊界潤滑性能，故采用灰鑄鐵作軸承材料時應(yīng)加潤滑油。由于鑄鐵性脆、磨合性能差，故只適用于輕載低速和不受沖擊載荷的場合。

5)多孔質(zhì)金屬材料

多孔質(zhì)金屬材料是不同類型的金屬粉末經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的。這種材料是多孔結(jié)構(gòu)的，孔隙約占體積的10％～35％。使用前先把軸瓦在加熱的油中浸漬數(shù)小時，使孔隙中充滿潤滑油，因而通常把這種材料制成的軸承稱為含油軸承，它具有自潤滑性。工作時，由于軸頸轉(zhuǎn)動的抽吸作用及軸承發(fā)熱時油的膨脹作用，油便進入摩擦表面間起潤滑作用；不工作時，因毛細管作用，油便被吸回到軸承內(nèi)部，故在相當長的時間內(nèi)，即使不加油仍能很好的工作。如果定期給以供油，則使用效果更好。但由于其韌性較小，故宜用于平穩(wěn)無沖擊載荷及中低速情況。常用的有多孔鐵和多孔質(zhì)青銅：多孔鐵常用來制作磨粉機軸套、機床油泵襯套、內(nèi)燃機凸輪軸襯套等；多孔質(zhì)青銅常用來制作電唱機、電風扇、紡織機械及汽車發(fā)電機的軸承。我國也有專門制造含油軸承的生產(chǎn)廠家，需用時可根據(jù)設(shè)計手冊選用。

6)非金屬材料

非金屬材料中應(yīng)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(zhì)不起反應(yīng)，抗腐蝕性好，例如聚四氟乙烯(PTEE)能抗強酸和弱堿；具有一定的自潤滑性，可以在無潤滑條件下工作，在高溫條件下具有一定的潤滑能力；具有包容異物的能力(嵌入性好)，不宜擦傷配合零件表面；減摩性及耐磨性比較好。

選擇聚合物作軸承材料時，必須注意以下一些問題：①由于聚合物的熱傳導能力差，只有鋼的百分之幾，因此必須考慮摩擦熱的消散問題，它嚴格限制聚合物軸承的工作轉(zhuǎn)速及壓力值。②因為聚合物的線脹系數(shù)比鋼大得多，因此聚合物軸承與鋼制軸頸的間隙比金屬軸承的間隙大。③聚合物材料的強度和屈服極限較低，因而在裝配和工作時能承受的載荷有限。④聚合物在常溫下會產(chǎn)生蠕變現(xiàn)象，因而不宜用來制作間隙要求嚴格的軸承。碳—石墨是電機電刷的常用材料，也是不良環(huán)境中的軸承材料。碳—石墨是由不同量的碳和石墨構(gòu)成的人造材料，石墨含量越多，材料越軟，摩擦系數(shù)越小。可在碳—石墨材料中加入金屬、聚四氟乙烯或二硫化鉬成分，也可以浸漬液體潤滑劑。碳—石墨軸承具有自潤滑性，它的自潤性和減摩性取決于吸附的水蒸氣量。碳—石墨和含有碳氫化合物的潤滑劑有親和力，加入潤滑劑有助于提高其邊界潤滑性能。此外，它還可以作水潤滑的軸承材料。橡膠主要用于以水作潤滑劑或環(huán)境較臟污之處。橡膠軸承內(nèi)壁上帶有縱向溝槽，便于潤滑劑的流通、加強冷卻效果并沖走臟物。

木材具有多孔質(zhì)結(jié)構(gòu)，可用填充劑來改善其性能。填充聚合物能提高木材的尺寸穩(wěn)定性和減少吸濕量，并能提高強度。采用木材(以溶于潤滑油的聚乙烯作填充劑)制成的軸承，可在灰塵極多的條件下工作，例如用作建筑、農(nóng)業(yè)中使用的帶式輸送機支撐滾子的滑動軸承。6.2.3非液體滑動軸承設(shè)計

非液體滑動軸承的主要失效形式為工作表面的磨損和膠合，所以其設(shè)計計算準則是：維持邊界油膜不破裂。由于影響非液體摩擦滑動軸承承載能力的因素十分復(fù)雜，所以目前所采用的計算方法仍限于簡化條件。

1．徑向滑動軸承設(shè)計計算

設(shè)計時，一般已經(jīng)知道軸頸直徑d，轉(zhuǎn)速n，軸承承受的徑向載荷FR(圖6-33)，然后按照下述步驟進行計算。圖6-33徑向滑動軸承結(jié)構(gòu)簡圖

(1)根據(jù)工作條件和使用要求，確定軸承的結(jié)構(gòu)形式，并選定軸瓦材料。

(2)確定軸承的寬度B。一般按寬徑比B/d及d來確定B。B/d越大，軸承的承載能力越大，但油不易從兩端流出，散熱性差，油溫升高；B/d越小，則兩端泄漏量大，摩擦功耗小，軸承溫升小，但承載能力小。通常取B/d＝0.5～1.5。若必須要求B/d>1.5～1.75，則應(yīng)改善潤滑條件，并采用自動調(diào)位軸承。

常用機械推薦值見表6-13。表6-13常用機械B/d推薦值

(3)驗算軸承的工作壓力。

①校核壓強p。

對于低速或間歇工作的軸承，為了防止?jié)櫥蛷墓ぷ鞅砻鏀D出，保證良好的潤滑而不致過度磨損，壓強p應(yīng)滿足下列條件：

式中：FR為軸承軸向載荷，單位為N；[p]為許用壓強，單位為MPa，可以從有關(guān)手冊查到；d、B為軸頸的直徑和工作長度，單位為mm。②校核壓強速度值pv。

壓強速度pv值間接反映軸承的溫升，對于載荷較大和速度較高的軸承，為了保證軸承工作時不致過度發(fā)熱產(chǎn)生膠合失效，pv值應(yīng)滿足下列條件：

式中：n為軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min；

[pv]為pv的許用值，也可以從有關(guān)手冊查到。③校核速度v。

對于壓強p小的軸承，即使p和pv值驗算合格，由于滑動速度過高時也會產(chǎn)生加速磨損而使軸承報廢，因此，還要作速度的驗算，其條件式為

[v]為許用速度值，單位為m/s，也可以從有關(guān)手冊查到。

④選擇軸承配合。

在非液體滑動摩擦軸承中，根據(jù)不同的使用要求，為了保證一定的旋轉(zhuǎn)精度，必須合理選擇軸承的配合，以保證一定的間隙，具體的選擇如表6-14所示。表6-14軸承配合的選擇

2．止推滑動軸承設(shè)計計算

止推滑動軸承的設(shè)計步驟與徑向滑動軸承相同。

圖6-34所示為止推軸承結(jié)構(gòu)簡圖，其主要核算步驟如下：(1)校核壓強p。

式中：FA為軸向載荷，單位為N；

d1、d2為軸環(huán)的內(nèi)外徑，單位為mm，一般取d1＝(0.4～0.6)d2；圖6-34止推滑動軸承結(jié)構(gòu)簡圖

[p]為p的許用值，單位MPa，可以在手冊上查得；

K為考慮油槽使支撐面積減小的系數(shù)，一般取K=0.90～0.95。

(2)校核pvm值。

pvm≤[pv]

式中：vm為軸環(huán)的平均速度，單位為m/s，

為軸環(huán)平均直徑，單位為mm；

[pv]為許用值，單位MPa·m/s，見表6-15。表6-15滑動軸承的許用[pv]值

常用軸承形式及尺寸如表6-16所示。

壓強計算公式為

式中，z為軸環(huán)的數(shù)目。表6-16止推滑動軸承形式及尺寸

3.計算示例

例6-2用于離心泵的徑向滑動軸承，軸頸d＝50mm，轉(zhuǎn)速n＝1500r/min，承受的徑向載荷FR=2500N，軸承材料為ZCuSn5Zn5Pb5。根據(jù)非液體摩擦滑動軸承計算方法校核該軸承是否可用？如不可用，應(yīng)如何改進(按軸的強度計算，軸頸直徑不得小于50mm)?

解查表得到ZCuSn5Zn5Pb5的許用值：[p]=5MPa，[v]=3m/s，[pv]=10MPa·m/s。按已知數(shù)據(jù)，并取B/d＝1，得

由以上計算可知，v>[v]，故考慮從以下兩個方面來改進：

(1)減小軸頸以降低速度，取d=50mm，則

故，此方案不可用。

(2)改選材料。

在銅合金軸瓦上澆鑄軸承合金ZChSn10P16—16—2，查表得[p]=15MPa，[v]=12m/s，[pv]=15MPa·m/s。其它參數(shù)不變，可滿足要求。

6.3滾動軸承設(shè)計

滾動軸承是機器上一種重要的通用部件。它依靠主要元件間的滾動接觸來支撐轉(zhuǎn)動零件，具有摩擦阻力小、容易啟動、效率高、軸向尺寸小等優(yōu)點，而且由于大量標準化生產(chǎn)，具有制造成本低的優(yōu)點，因而其在各種機械中得到了廣泛的使用。

滾動軸承已經(jīng)標準化，由專門的工廠大量生產(chǎn)。在機械設(shè)計中，我們的主要工作就是根據(jù)具體的工作條件正確選用軸承的類型和尺寸，并進行軸承安裝、調(diào)整、潤滑、密封等軸承組合的結(jié)構(gòu)設(shè)計。6.3.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)和類型

1.滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)

滾動軸承嚴格來說是一個組合標準件，其基本結(jié)構(gòu)如圖6-35所示。它主要由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4等四個部分組成。通常其內(nèi)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。有時也有軸承內(nèi)圈與軸固定不動、外圈轉(zhuǎn)動的場合。作為轉(zhuǎn)軸支撐的滾動軸承，顯然其中的滾動體是必不可少的元件；有時為了簡化結(jié)構(gòu)，降低成本造價，可根據(jù)需要而省去內(nèi)圈、外圈甚至保持架等，這時滾動體直接與軸頸和座孔滾動接觸。例如自行車上的滾動軸承就是這樣的簡易結(jié)構(gòu)。

當內(nèi)、外圈相對轉(zhuǎn)動時，滾動體即在內(nèi)外圈的滾道中滾動。

常見的滾動體形狀如圖6-36所示，有球形、圓柱形、滾針、圓錐、球面滾子和非對稱球面滾子。圖6-35滾動軸承的結(jié)構(gòu)圖6-36滾動體形狀滾動軸承的內(nèi)、外圈和滾動體一般采用軸承鉻鋼(如GCr9、Gcr15、GCr15SiMn等)經(jīng)淬火制成，硬度在HRC60以上。

保持架使?jié)L動體均勻分布在圓周上，其作用是：避免相鄰滾動體之間的接觸。保持架有沖壓式和實體式兩種。

沖壓式：用低碳鋼沖壓制成。

實體式：用銅合金、鋁合金或工程塑料制成，具有較好的定心精度，適用于較高速的軸承。

2.滾動軸承的主要類型及性能

滾動軸承的分類依據(jù)主要是其所能承受的載荷方向(或公稱接觸角)和滾動體的種類。所以滾動軸承的一個重要參數(shù)就是接觸角。接觸角的概念：滾動體和套圈接觸處的法線與軸承徑向平面(垂直于軸承軸心線的平面)之間的夾角α稱為公稱接觸角。α越大，則軸承承受軸向載荷的能力就越大。按軸承的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和所能承受的外載荷或公稱接觸角的不同，滾動軸承分為向心軸承、推力軸承和向心推力軸承三種。

(1)向心軸承(也稱徑向軸承)：主要或只能承受徑向載荷的滾動軸承，其公稱壓力角為0°～45°。向心軸承按公稱接觸角的不同又可以分為徑向接觸軸承和向心角接觸軸承。

①徑向接觸軸承：公稱接觸角為0°的向心軸承，如深溝球軸承、圓柱滾子軸承和滾針軸承等。其中深溝球軸承除了主要承受徑向載荷外，同時還可以承受一定的軸向載荷(雙向)，在高轉(zhuǎn)速時甚至可以代替推力軸承來承受純軸向載荷，因此有時也把它看做向心推力軸承。它的設(shè)計計算也與后述的向心推力軸承(角接觸球軸承、圓錐滾子軸承類似)。與尺寸相同的其它軸承相比，深溝球軸承具有摩擦因數(shù)小、極限轉(zhuǎn)速高的優(yōu)點，并且價格低廉，故獲得了最為廣泛的應(yīng)用。②向心角接觸軸承：公稱接觸角在0°～45°的向心軸承，如角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、調(diào)心軸承等。

調(diào)心軸承在主要承受徑向載荷的同時，也可以承受不大的軸向載荷。其主要特點在于：允許內(nèi)外圈軸線有較大的偏斜(2°～3°)，因而具有自動調(diào)心的功能，可以適應(yīng)軸的撓曲和兩軸承孔的同軸度誤差較大的情況。

(2)推力軸承：主要用于承受軸向載荷的滾動軸承，其公稱接觸角為45°～90°。推力軸承按公稱接觸角的不同又分為：

①軸向接觸軸承：公稱接觸角為90°的推力軸承，如推力球軸承等。②推力角接觸軸承：公稱接觸角為45°到90°的推力軸承，如推力角接觸軸承等。

按照承受單向軸向力和雙向軸向力也可以將其分為單列和雙列推力軸承。

(3)向心推力軸承：這類軸承包括角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，可以同時承受徑向載荷和較大的軸向載荷。

工程上常用的滾動軸承分為五類：深溝球軸承、圓柱滾子軸承、單列推力球軸承、角接觸球軸承和圓錐滾子軸承。各類滾動軸承的性能見表6-17。表6-17滾動軸承的類型、主要特性及應(yīng)用

6.3.2滾動軸承的代號

滾動軸承的種類很多，而各類軸承又有不同結(jié)構(gòu)、尺寸和公差等級等。為了表征各類軸承的不同特點，為了便于組織生產(chǎn)、管理、選擇和使用，國家標準中規(guī)定了滾動軸承代號的表示方法，由數(shù)字和字母所組成。

滾動軸承的代號由三個部分組成：前置代號、基本代號和后置代號，見表6-18。表6-18滾動軸承的代號組成

1.基本代號

基本代號是表示軸承主要特征的基礎(chǔ)部分，也是我們應(yīng)著重掌握的內(nèi)容，包括軸承類型、尺寸系列和內(nèi)徑。

類型代號用阿拉伯數(shù)字(以下簡稱數(shù)字)或大些拉丁字母(簡稱字母)表示，個別情況下可以省略。

尺寸系列是由軸承的直徑系列代號和寬(高)度系列代號組合而成的，用兩位數(shù)字表示。寬度系列是指結(jié)構(gòu)、內(nèi)徑和直徑都相同的軸承，在寬度方面的變化。寬度系列代號為一系列不同數(shù)字，依8、0、1、…、6次序遞增(推力軸承的高度依7、9、1、2順序遞增)。當寬度系列為0系列時，對多數(shù)軸承在代號中可以不予標出(但對調(diào)心軸承需要標出)。寬度系列代號用基本代號右起第四位數(shù)字表示。直徑系列表示同一類型、相同內(nèi)徑的軸承在外徑和寬度上的變化系列，用基本代號右起第三位數(shù)字表示(滾動體尺寸隨之增大)，即按7、8、9、0、1、…、5順序外徑尺寸增大，如圖6-37所示。圖6-37滾動軸承的尺寸系列內(nèi)徑代號是用兩位數(shù)字表示軸承的內(nèi)徑：內(nèi)徑d=10～480mm的軸承內(nèi)徑表示方法見表6-19(其它有關(guān)尺寸的軸承內(nèi)徑需查閱有關(guān)手冊和標準，用基本代號右起第一、二兩位數(shù)字表示)。表6-19軸承內(nèi)徑表示方法

2．前置代號、后置代號

前置代號、后置代號是軸承在結(jié)構(gòu)形狀、尺寸、公差、技術(shù)要求等有改變時，在基本代號左右添加的補充代號。

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，前置代號可以省略。

后置代號用字母和字母—數(shù)字的組合來表示，按不同的情況可以緊接在基本代號之后或者用“-”、“/”符號隔開。

常見的軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號及公差等級代號分別見表6-20和表6-21。

(1)內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號。

內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號表示同一類型軸承不同的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，用字母表示，且緊跟在基本代號之后。如C、AC和B分別代表公稱接觸角為15°、25°和40°的角接觸球軸承。

(2)軸承公差代號。其精度等級按表6-21中的順序依次提高。表6-20內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號

表6-21軸承公差代號

其它各符號的含義可以查閱GB/T272—93，此處不作過多介紹。

例6-3試說明軸承代號6206、32315E、7312C及51410/P6的含義。

解6206：6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(nèi)徑30mm；公差等級為0級。

32315E：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(nèi)徑75mm；E加強型；公差等級為0級。

7312C：7為角接觸球軸承；3為尺寸系列代號，直徑系列為3、寬度系列為0(省略)；12為軸承內(nèi)徑60mm；C為公稱接觸角α＝15°；公差等級為0級。

51410/P6：5為雙向推力軸承；14為尺寸系列代號，直徑系列為4、寬度系列為1；10為軸承直徑50mm；P6前有“/”，為軸承公差等級。6.3.3滾動軸承的類型選擇

滾動軸承的類型很多，選用軸承首先應(yīng)選擇類型,而選擇類型時必須依據(jù)各類軸承的特性。設(shè)計手冊和國標中給出了各類軸承的性能特點，選用時可參考。同時，在選用軸承時還要考慮下面幾個因素。

1.軸承所受的載荷(大小、方向和性質(zhì))

受純徑向載荷時,應(yīng)選用向心軸承(如60000、N0000、NU0000型等)。受純軸向載荷時，應(yīng)選用推力軸承(如50000型)。對于同時承受徑向載荷Fr和軸向載荷Fa的軸承，應(yīng)根據(jù)兩者(Fa/Fr)的比值來確定：若Fa相對于Fr較小時，可選用深溝球軸承(60000型)、接觸角不大的角接觸球軸承(70000C型)及圓錐滾子軸承(30000型)；當Fa相對于Fr較大時，可選用接觸角較大的角接觸球軸承(70000AC型或70000C型)；當Fa比Fr大很多時，應(yīng)考慮采用向心軸承和推力軸承的組合結(jié)構(gòu)，以分別承受徑向載荷和軸向載荷。在同樣外廓尺寸的條件下，滾子軸承比球軸承的承載能力和抗沖擊能力要大。故載荷較大、有振動和沖擊時，應(yīng)優(yōu)先選用滾子軸承。反之，輕載和要求旋轉(zhuǎn)精度較高的場合應(yīng)選擇球軸承。

同一軸上兩處支承的徑向載荷相差較大時，也可以選用不同類型的軸承。

2.軸承的轉(zhuǎn)速

在一般轉(zhuǎn)速下，轉(zhuǎn)速的高低對類型選擇不發(fā)生什么影響，只有當轉(zhuǎn)速較高時，才會有比較顯著的影響。在軸承樣本中列入了各種類型、各種尺寸軸承的極限轉(zhuǎn)速nlim值。這個極限轉(zhuǎn)速是指載荷P≤0.1C(C為基本額定動載荷)，冷卻條件正常，且為0級公差時的最大允許轉(zhuǎn)速。但nlim值并不是一個不可超越的界限。所以，一般必須保證軸承在低于極限轉(zhuǎn)速條件下工作。

(1)球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速高，所以在高速情況下應(yīng)選擇球軸承。

(2)當軸承內(nèi)徑相同，外徑越小時，滾動體越小，產(chǎn)生的離心力越小，對外徑滾道的作用也越小。所以，外徑越大，極限轉(zhuǎn)速越低。

(3)實體保持架比沖壓保持架允許有較高的轉(zhuǎn)速。

(4)推力軸承的極限轉(zhuǎn)速低，所以當工作轉(zhuǎn)速較高而軸向載荷較小時，可以采用角接觸球軸承或深溝球軸承。

3.調(diào)心性能的要求

對于因支點跨距大而使軸剛性較差或因軸承座孔的同軸度低等原因而使軸撓曲時，為了適應(yīng)軸的變形，應(yīng)選用允許內(nèi)外圈有較大相對偏斜的調(diào)心軸承。例如，10000系列和20000系列的調(diào)心球軸承可以在內(nèi)外圈產(chǎn)生不大的相對偏斜時正常工作。

在使用調(diào)心軸承的軸上，一般不宜使用其它類型的軸承，以免受其影響而失去了調(diào)心作用。

滾子軸承對軸線的偏斜最敏感，調(diào)心性能差，在軸的剛度和軸承座的支撐剛度較低的情況下，應(yīng)盡可能避免使用。

4.拆裝方便等其它因素

選擇軸承類型時，還應(yīng)考慮到軸承裝拆的方便性、安裝空間尺寸的限制以及經(jīng)濟性問題。例如，在軸承的徑向尺寸受到限制的時候，就應(yīng)選擇同一類型、相同內(nèi)徑軸承中外徑較小的軸承，或考慮選用滾針軸承。

在軸承座沒有剖分面而必須沿軸向安裝和拆卸時，應(yīng)優(yōu)先選擇內(nèi)、外圈可分離的軸承。

球軸承比滾子軸承便宜，在能滿足需要的情況下應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。

同型號不同公差等級的軸承價格相差很大，故對高精度軸承應(yīng)慎重選用。6.3.4滾動軸承的壽命計算

滾動軸承的設(shè)計計算要解決的問題可以分為兩類：

(1)對于已選定具體型號的軸承，求在給定

載荷下不發(fā)生點蝕的使用期限，即壽命計算。

(2)在規(guī)定的壽命期限內(nèi)和給定載荷情況下選取某一具體軸承的型號(即選型設(shè)計)。

滾動軸承尺寸選擇的基本理論是通過對軸承在實際使用中的破壞形式進行總結(jié)而建立起來的，所以首先我們必須了解滾動軸承的失效形式。

1.失效形式和設(shè)計準則

1)疲勞點蝕

實踐表明：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(nèi)、外圈滾道上的點蝕破壞;成因是由于大量地承受變化的接觸應(yīng)力。

滾動軸承在運轉(zhuǎn)過程中，相對于徑向載荷方向的不同方位處的載荷大小是不同的，如圖6-38所示，與徑向載荷相反方向上有一個徑向載荷為零的非承載區(qū),而且滾動體與套圈滾道的接觸傳力點也隨時都在變化(因為內(nèi)圈或外圈的轉(zhuǎn)動以及滾動體的公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)),所以滾動體和套圈滾道的表面受脈動循環(huán)變化的接觸應(yīng)力。圖6-38滾動體受力圖在這種接觸變應(yīng)力的長期作用下，金屬表層會出現(xiàn)麻點狀剝落現(xiàn)象，這就是疲勞點蝕。

發(fā)生點蝕破壞后，在運轉(zhuǎn)中將會產(chǎn)生較強烈的振動、噪音和發(fā)熱現(xiàn)象，最后導致失效而不能正常工作。軸承的設(shè)計就是針對這種失效而展開的。

2)塑性變形

在特殊情況下也會發(fā)生其它形式的破壞，例如壓凹、燒傷、磨損、斷裂等。當軸承不回轉(zhuǎn)、緩慢擺動或低速轉(zhuǎn)動(n<10r/min)時，一般不會產(chǎn)生疲勞損壞。但過大的靜載荷或沖擊載荷會使套圈滾道與滾動體接觸處產(chǎn)生較大的局部應(yīng)力，在局部應(yīng)力超過材料的屈服極限時將產(chǎn)生較大的塑性變形，從而導致軸承失效。因此對于這種工況下的軸承需作靜強度計算。

雖然滾動軸承的其它失效形式(如套圈斷裂、滾動體破碎、保持架磨損、銹蝕等)在使用中時有發(fā)生，但只要制造合格、設(shè)計合理、安裝維護正常，都是可以防止的。所以在工程上，我們主要以疲勞點蝕和壓凹兩類失效形式進行計算。

3)設(shè)計準則

由于滾動軸承的正常失效形式是點蝕破壞，所以對于一般轉(zhuǎn)速的軸承，其設(shè)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。

對于不轉(zhuǎn)動、擺動或轉(zhuǎn)速低的軸承，要求控制塑性變形，應(yīng)作靜強度計算；而對于以磨損、膠合為主要失效形式的軸承，由于影響因素復(fù)雜，目前還沒有相應(yīng)的計算方法，只能采取適當?shù)念A(yù)防措施。

2.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轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)數(shù)(以106r為單位)或在規(guī)定的轉(zhuǎn)速下工作的總小時數(shù)。

但是，由于制造精度、材料的差異，即使是同樣的材料、同樣的尺寸以及同一批生產(chǎn)出來的軸承，在完全相同的條件下工作，它們的壽命也不相同，也會產(chǎn)生較大的差異，甚至相差幾十倍。因此，軸承壽命計算就需要采用概率和數(shù)理統(tǒng)計的方法來進行處理，即為在一定可靠度(能正常工作而不失效的概率)下的壽命。同一型號的軸承，在可靠度要求不同時其壽命也不同，即可靠度要求高時其壽命較短，可靠度要求低時其壽命較長。為了便于統(tǒng)一，考慮到一般機器的使用條件及可靠性要求，標準規(guī)定了基本額定壽命：一組在相同條件下運轉(zhuǎn)的近于相同的軸承，按有10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而其余90%的軸承未發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)L10(以106r為單位)或工作小時數(shù)Lh。也就是說，以軸承的基本額定壽命為計算依據(jù)時，軸承的失效概率為10％，而可靠度為90％。

對于一個具體的軸承，其結(jié)構(gòu)、尺寸、材料都已確定。這時，如果工作載荷越大，產(chǎn)生的接觸應(yīng)力越大，從而發(fā)生點蝕破壞前所能經(jīng)受的應(yīng)力變化次數(shù)也就越少，折合成軸承能夠旋轉(zhuǎn)的次數(shù)也就越少，軸承的壽命也就越短。為了在計算時有一個基準，就引入了基本額定動載荷的概念，用符號Cr表示。基本額定動載荷Cr是指軸承的基本額定壽命恰好為106r時，軸承所能承受的載荷值。

對于向心及向心推力軸承，Cr指的是徑向力(徑向載荷)。對于推力軸承，Cr指的是軸向力。

基本額定動載荷代表了不同型號軸承的承載特性。已經(jīng)通過大量的試驗和理論分析得到，在軸承樣本中對每個型號的軸承都給出了基本額定動載荷，在使用時可以直接查取。

3.滾動軸承的壽命計算

上面我們介紹了基本額定動載荷和基本額定壽命的概念。但是，軸承工作條件是千變?nèi)f化的，在設(shè)計時會有兩種情況出現(xiàn)：

(1)對于具有基本額定動載荷Cr的軸承，當它所受的載荷P(計算值)等于Cr時，其基本額定壽命就是106r。但是，當P≠Cr時，軸承的壽命是多少？

(2)如果我們知道軸承應(yīng)該承受的載荷P，而且要求軸承的壽命為L，那么我們應(yīng)如何選擇軸承？圖6-39軸承的載荷壽命曲線很顯然，當選定的軸承在某一確定的載荷P(P≠Cr)下工作時，其壽命L將不同于基本額定壽命。圖6-39所示是6208軸承的載荷壽命曲線。

曲線上各點代表不同載荷下軸承的載荷和壽命關(guān)系。經(jīng)過大量的實驗得出以下關(guān)系式：

也就是

對于球軸承ε=3；對于滾子軸承工程上為了使用方便，多用小時數(shù)表示壽命。若轉(zhuǎn)速為n，則

同樣，如果我們已知載荷為P，轉(zhuǎn)速為n，要求軸承的預(yù)期壽命為Lh′，則由上式可以得到所需軸承的基本額定動載荷為在軸承標準和樣本中所得到的基本額定動載荷是在一般工作環(huán)境下而言的，如果工作在高溫情況下，則這些數(shù)值必須進行修正，也就是要乘上溫度系數(shù)ft予以修正，求得在高溫工況條件下的基本額定動載荷：

Ct=ftCr

自然，上面所講的公式將發(fā)生相應(yīng)的變化，

ft的具體數(shù)值見表6-22。表6-22ft的具體數(shù)值

4.滾動軸承的當量動載荷

軸承的工作條件千變?nèi)f化，受載情況也往往與試驗不一致，所以必須進行必要的換算。就像前面引入當量摩擦系數(shù)一樣，我們在這里引入當量動載荷的概念。也就是說，如果軸承的承載情況與上述條件不一致，我們必須把實際載荷換算為與上述條件等效的載荷，才能和C進行比較。這個經(jīng)換算而得到的載荷是一個假定的載荷，稱為當量動載荷P。在此載荷的作用下，軸承的壽命與實際載荷作用下的壽命相同。所以，在軸承的壽命計算公式中引入的所有載荷P都指的是當量動載荷。對于只能承受軸向力Fa的推力軸承，P=Fa。

對于只能承受徑向力Fr的向心軸承，P=Fr。

對于可以同時承受Fa和Fr的軸承，例如深溝球軸承、調(diào)心軸承和向心推力軸承，當量動載荷P應(yīng)與實際作用的復(fù)合外載有同樣的效果，即

P=XFr+YFa

其中：X為徑向系數(shù)；Y為軸向系數(shù)。其選擇可按≤e和

≤e兩種情況由表中查取。利用上式所求得的當量動載荷只是理論值，實際上機器的慣性、零件的不精確性及其它因素的影響，也必須給予修正?？紤]上面的因素，引入載荷系數(shù)fp，對應(yīng)于三種情況分

別有：

P=fpFa

P=fpFr

P=fp(XFr+YFa)

5.角接觸軸承的軸向載荷計算

對于向心推力軸承而言，在承受徑向載荷時，要派生