《機械基礎(chǔ)》課件第9章 軸系零件

9.1軸的分類和軸的材料9.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計9.3滑動軸承簡介9.4滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型及代號9.5滾動軸承的選擇9.6滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計習題9第9章軸系零件

9.1.1軸的分類根據(jù)軸所承受的載荷不同，軸可分為三類。

1.心軸

工作時只承受彎曲作用的軸稱為心軸。心軸分固定心軸和轉(zhuǎn)動心軸兩種。圖9-1（a）所示的滑輪軸為固定心軸，即當滑輪轉(zhuǎn)動時，其軸固定不動。圖9-1（b）所示的火車輪軸為轉(zhuǎn)動心軸，即其軸與輪用過盈配合固定在一起，軸與輪一起轉(zhuǎn)動。9.1軸的分類和軸的材料

圖9-1心軸(a)滑輪軸；(b)火車輪軸2.傳動軸工作時只承受扭轉(zhuǎn)作用的軸稱為傳動軸。如圖9-2所示的汽車變速箱與后橋間的軸就是傳動軸。圖9-2傳動軸3.轉(zhuǎn)軸

工作時同時承受扭轉(zhuǎn)和彎曲作用的軸稱為轉(zhuǎn)軸。圖9-3所示的減速器輸出軸即為轉(zhuǎn)軸。轉(zhuǎn)軸是機械中最常見的軸。根據(jù)軸的軸線形狀不同，可分為直軸（見圖9-1和圖9-3），曲軸（見圖9-4），軟軸（見圖9-5）。圖9-3減速器的軸（a)減速器裝置傳動簡圖；（b)減速器的輸出軸圖9-4曲軸圖9-5軟軸9.1.2軸的材料軸的失效主要是疲勞破壞，因此對軸的材料提出的主要要求是具有足夠的疲勞強度，對應(yīng)力集中的敏感性小，與滑動零件接觸的表面應(yīng)有足夠的耐磨性，以及易于加工和熱處理。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，并能通過熱處理獲得良好的綜合機械性能。一般機械上的軸，常用35或45鋼，其中又以45鋼用的最多。對受力較小或不重要的軸，可用Q235、Q255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，但價格較貴，對應(yīng)力集中比較敏感。合金鋼常用于高速、重載及要求耐磨、耐高溫等特殊要求的場合。合金鋼和碳素鋼具有相近的彈性模量，且熱處理對其影響也不大，故采取合金鋼并不能提高軸的剛度。

軸的毛坯一般采用軋制的圓鋼或鍛件。鍛件的強度較高，對重要的軸、大尺寸或階梯尺寸變化大的軸，應(yīng)采用鍛造毛坯。對于形狀復雜的軸也可采用鑄鋼或球墨鑄鐵制造。球墨鑄鐵具有吸振性好、對應(yīng)力集中不敏感、易鑄造復雜的形狀、價格低等優(yōu)點。軸的常用材料及機械性能見表9-1（略）。9.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計9.2.1軸頭、軸頸和軸身軸是由軸頭、軸頸和軸身三個部分組成的。軸與軸承配合處的軸段部分稱軸頸，軸與軸上回轉(zhuǎn)零件的輪轂配合處的軸段部分稱軸頭，連接軸頭和軸頸的軸段部分稱為軸身。在確定軸上各部分的直徑時要注意以下4點。

(1)軸徑處的直徑應(yīng)取軸承的標準內(nèi)徑系列；

(2)軸頭處的直徑應(yīng)與相配合的零件輪轂內(nèi)徑一致，并符合標準直徑系列（見表9-2）；（3）軸身處的直徑可選用自由尺寸；（4）軸上螺紋或花鍵處的直徑均應(yīng)符合螺紋或花鍵的標準。

表9-2標準直徑系列（摘自GB2822）9.2.2軸上零件的軸向定位與固定為了保證零件在軸上有確定的相對位置，防止它軸向移動，并使其能承受軸向力，常采用下列結(jié)構(gòu)形式來實現(xiàn)軸上的零件在軸上的軸向定位和固定：軸肩、軸環(huán)、套筒、圓螺母和止退墊圈、彈性擋圈、螺釘鎖緊擋圈、軸端擋圈以及圓錐面和軸端擋圈等，其形式和特點見表9-3。表9-3零件在軸上的軸向固定形式

9.2.3軸上零件的周向固定零件在軸上作周向固定是為了傳遞轉(zhuǎn)矩和防止零件與軸產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動。常用的周向固定方法有下列幾種：鍵、花鍵、銷、過盈配合和成形連接等，其中以鍵連接應(yīng)用最為廣泛。9.2.4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維修。為此，常采用以下方法。

(1)當某一軸段需要車制螺紋或磨削加工時，應(yīng)留有退刀槽（見圖9-6（a））或砂輪越程槽（見圖9-6（b））。（2）軸上所有的鍵槽應(yīng)開在同一母線上（見圖9-7）。（3）為了便于軸上零件的裝配和去除毛刺，軸端和軸肩端部一般均應(yīng)制出45°的倒角。過盈配合軸段的裝入端應(yīng)加工出半錐角為30°的導向錐面（見圖9-7）。（4）為了便于加工，應(yīng)使軸上直徑相近處的圓角、倒角、鍵槽、退刀槽和越程槽等尺寸一致。圖9-6退刀槽和越程槽圖9-7鍵槽的布置9.2.5提高軸的疲勞強度的措施由于轉(zhuǎn)軸是在變應(yīng)力狀態(tài)下工作的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)盡量減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強度。（1）改進軸的結(jié)構(gòu)，降低應(yīng)力集中。軸截面尺寸改變處會造成應(yīng)力集中，因此階梯軸中相鄰軸段的直徑不宜相差太大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。盡量避免在軸上開橫孔、凹槽和加工螺紋。在重要結(jié)構(gòu)中可采用過渡肩環(huán)（見圖9-8（b））、凹切圓角（見圖9-8（c）），以增加軸肩處過渡圓角半徑和減小應(yīng)力集中。為了減小輪轂的軸壓配合引起的應(yīng)力集中，可開減載槽（見圖9-8（a））。當軸上零件與軸為過盈配合時，可采用圖9-9中的結(jié)構(gòu)形式。以減少軸配合邊緣處的應(yīng)力集中。

圖9-8減小圓角處應(yīng)力集中的結(jié)構(gòu)(a)減載槽；(b)過渡肩環(huán)；(c)凹切圓角

圖9-9過盈配合時軸的結(jié)構(gòu)形式(a)增大配合處軸徑；(b)軸上開減載槽；(c)轂端開減載槽

（2）工藝上采用表面強化的方法，提高軸的表面質(zhì)量。經(jīng)驗證明，疲勞裂紋常發(fā)生在軸的表面最粗糙的地方。因此除了控制軸的表面粗糙度以外，必要時還可采用表面熱處理或表面強化處理，如滲碳、氮化、高頻淬火和輾壓、噴丸等方法。9.2.6軸的強度計算簡介軸的強度計算方法有三種：按扭轉(zhuǎn)強度的初步計算；按彎扭組合的校核計算；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，當是單件或小批量生產(chǎn)時，安全系數(shù)的精確校核計算通常不進行。下面僅介紹按扭轉(zhuǎn)強度初步計算軸徑的方法。開始設(shè)計轉(zhuǎn)軸時，只是按軸所傳遞的扭矩初步估算軸徑，對于軸所受的彎矩作用，則因軸上零件的位置和支承軸的兩軸承間的位置都還未確定，所以計算中是用降低許用剪應(yīng)力的方法，補償彎曲應(yīng)力對軸的影響。由材料力學可知，圓軸受扭轉(zhuǎn)時的強度條件為(9-1)將上式整理后，可得軸徑的設(shè)計公式(9-2)式中：T——軸傳遞的扭矩（N·m）；WT——軸的抗扭截面模量（mm）；P——軸傳遞的功率（kW）；n——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；A——因軸的材料不同和考慮彎曲影響而定的系數(shù)，其值見表9-4。表9-4幾種常用軸材料的A軸的材料A3，20354540Cr,35siMn,38siMnMoA160~135135~120120~110110~1009.3.1滑動軸承的應(yīng)用、類型及選用因為滑動軸承具有一些滾動軸承不能替代的特點。所以在許多情況下，如航空發(fā)動機附件、內(nèi)燃機、鐵路機車、金屬切削機床、軋鋼機和射電望遠鏡等機械中，都廣泛采用滑動軸承。9.3滑動軸承簡介1.滑動軸承的應(yīng)用滑動軸承應(yīng)用于工作轉(zhuǎn)速特別高、對軸的支承位置要求特別精確的場合，如組合機床的主軸承和承受巨大的沖擊與振動負荷的場合，如曲柄壓力機上的主軸承，裝配工藝要求軸承剖分的場合，如曲軸的軸承，以及其他要求徑向尺寸小，不適宜采用滾動軸承的場合。2.滑動軸承的類型及選用根據(jù)軸承所承受負荷方向的不同，可將滑動軸承分為三類：①向心軸承（主要承受徑向負荷）；②推力軸承（主要承受軸向負荷）；③向心推力軸承或推力向心軸承（同時承受徑向和軸向負荷）。9.3.2滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式

1.向心滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式

1)整體式整體式向心滑動軸承既可將軸承與機座做成一體，也可由軸承座1和軸套2組成（見圖9-10）。軸承座常用鑄鐵制造，底座用螺栓與機架連接，頂部設(shè)有裝潤滑油杯的螺紋孔5。軸承套用減摩材料制成，壓入軸承座孔內(nèi)，其上開有油孔，內(nèi)表面上開有油溝，以輸送潤滑油。這種軸承結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，造價低。但軸承只能從軸端部裝入或取出，拆裝不便；而且軸承磨損后，無法調(diào)整軸承間隙，只有更換軸套。因而多用于輕載、低速或間歇工作的簡單機械上。圖9-10整體式向心滑動軸承2）剖分式剖分式滑動軸承主要由軸承座1、上下軸瓦2和軸承蓋3組成（見圖9-11）。上下兩部分由螺栓4連接。軸承蓋上裝有潤滑油杯5。軸承的剖分面常制成階梯形，以便安裝時定位，并防止上、下軸瓦錯動。在剖分面間，可裝若干薄墊片，當軸瓦磨損后，可用取出適當?shù)膲|片或重新刮瓦的方法來調(diào)整軸承間隙。軸承座和軸承蓋一般用鑄鐵制造，在重載或有沖擊時可用鑄鋼制造。這種軸承裝拆方便，易于調(diào)整間隙，應(yīng)用較廣；缺點是結(jié)構(gòu)復雜。設(shè)計時應(yīng)注意使徑向負荷的方向與軸承剖分面垂線的夾角不大于35°。否則應(yīng)采用傾斜剖分式（見圖9-12）。圖9-11剖分式向心滑動軸承圖9-12斜剖分式滑動軸承3）間隙可調(diào)式轉(zhuǎn)動間隙可調(diào)試滑動軸承軸套上兩端的圓螺母可使軸套作軸向移動，即可調(diào)節(jié)軸承的間隙（見圖9-13）。圖9-13帶錐形表面軸套的滑動軸承

(a)內(nèi)錐式；(b)外錐式4）自動調(diào)心式對于寬徑比（軸承寬度B與軸頸直徑d之比B/d＞1.5）的滑動軸承，為避免因軸的撓曲或軸承孔的同軸度較低而造成軸與軸瓦端部邊緣產(chǎn)生局部接觸，可采用自動調(diào)心式滑動軸承（見圖9-14），其軸瓦外表面做成球狀，與軸承蓋及軸承座的球形內(nèi)表面相配合。當軸頸傾斜時，軸瓦自動調(diào)心。圖9-14自動調(diào)心滑動軸承2.推力滑動軸承的結(jié)構(gòu)形式

1）立式軸端推力滑動軸承立式軸端推力滑動軸承由軸承座1、襯套2、軸瓦3和止推瓦4組成（見圖9-15），止推瓦底部制成球面，可以自動復位，避免偏載。銷釘5用來防止軸瓦轉(zhuǎn)動。軸瓦3用于固定軸的徑向位置，同時也可承受一定的徑向負荷。潤滑油靠壓力從底部注入，并從上部油管流出。圖9-15立式軸端推力滑動軸承2)立式軸環(huán)推力滑動軸承軸環(huán)推力滑動軸承由帶有軸環(huán)的軸和軸瓦組成，一般用于低速輕載場合，如圖9-16所示。其中多環(huán)結(jié)構(gòu)不僅能承受較大的軸向負荷，而且還可承受雙向的軸向負荷。圖9-16立式軸環(huán)推力滑動軸承9.3.3軸瓦的結(jié)構(gòu)和軸承的材料

1.軸瓦的結(jié)構(gòu)軸瓦是軸承上直接與軸頸接觸的零件，是軸承的重要組成部分。其結(jié)構(gòu)是否合理，對滑動軸承的性能有很大影響。軸瓦的結(jié)構(gòu)有整體式和剖分式兩種。整體式軸瓦（又稱軸套，見圖9-17）分光滑軸套和帶油溝軸套兩種。剖分式軸瓦（見圖9-18）由上、下兩半軸瓦組成，它的兩端凸緣可以防止軸瓦的軸向竄動，并承受一定的軸向力。圖9-17整體式軸瓦圖9-18剖分式軸瓦

為了潤滑軸承的工作表面，一般都在軸瓦上開設(shè)油孔、油溝和油室。油孔用來供應(yīng)潤滑油，油溝用來輸送和分布潤滑油，而油室則可使?jié)櫥脱剌S向均勻分布，并起貯油和穩(wěn)定供油的作用。油孔一般開在軸瓦的上方，并和油溝一樣應(yīng)開在非承載區(qū)，以免破壞油膜的連續(xù)性而影響承載能力。常見的油溝形式如圖9-19所示。圖9-19油溝的分布

為了改善表面的摩擦性質(zhì)，常在軸瓦內(nèi)表面澆注一層（0.5～6mm）或兩層很薄的減摩材料（如軸承合金），稱為軸承襯（見圖9-20），做成雙金屬軸瓦或三金屬軸瓦。為使軸承襯能牢固地貼合在軸瓦表面上，常在軸瓦上制出一些溝槽。圖9-20雙金屬軸瓦2.軸承的材料軸瓦和軸承襯的材料統(tǒng)稱為軸承材料。軸承的主要失效形式是磨損、膠合及因材料強度不足而出現(xiàn)的疲勞破壞。對軸承材料性能的主要要求是：①良好的減摩性和高的耐磨性。②良好的抗膠合性。③良好的抗壓、抗沖擊和抗疲勞強度性能。④良好的順應(yīng)性和嵌藏性。順應(yīng)性是指材料產(chǎn)生彈性變形和塑性變形以補償對中誤差及適應(yīng)軸頸產(chǎn)生的幾何誤差的能力。嵌藏性是指材料嵌藏污物和外來微粒，防止刮傷軸頸以致增大磨損的能力。⑤良好的磨合性。磨合性是指新制造、裝配的軸承經(jīng)短期跑合后，消除摩擦表面的不平度，而使軸瓦和軸頸表面相互吻合的性能。⑥良好的導熱性、耐腐蝕性。⑦良好的潤滑性和工藝性等。

常用的軸瓦材料分為三大類：

1)金屬材料金屬材料主要有銅合金、軸承合金、鋁基合金、減摩鑄鐵等。銅合金：銅合金是傳統(tǒng)的軸瓦材料，其中鑄錫鋅青銅和鑄錫磷青銅的應(yīng)用較為普遍。中速、中載的條件下多用鑄錫鋅青銅；高速、重載多用鑄錫磷青銅；高速、沖擊或變載時用鉛青銅。

軸承合金（又稱巴氏合金）：錫（Sn）、鉛（Pb）、銻（Sb）、銅（Cu）的合金統(tǒng)稱為軸承合金，分為錫基軸承合金和鉛基軸承合金兩大類。軸承合金的強度、硬度和熔點低，且價格昂貴，因此，不便單獨作成軸瓦，而通常將其澆注在鋼、鑄鐵或銅合金的軸瓦基體上作軸承襯來使用。它主要用于重載、高速的重要軸承，如汽車、內(nèi)燃機中滑動軸承的軸承襯。鑄鐵：鑄鐵性脆，磨合性差，但價廉，用于低速、不受沖擊的輕載軸承或不重要的軸承。2)粉末冶金材料粉末冶金材料是將金屬粉末加石墨經(jīng)壓制、燒結(jié)而成的軸承材料，具有多孔結(jié)構(gòu)，其孔隙占總?cè)莘e的15%～30%，使用前先在熱油中浸漬數(shù)小時，使孔隙中充滿潤滑油。用這種方法制成的軸承，稱為含油軸承。3)非金屬材料非金屬材料主要有塑料、尼龍、橡膠、石墨、硬木等。這些材料的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，抗壓強度和疲勞強度較高，耐磨性、跑合性和嵌藏性較好，可以采用水或油來潤滑。缺點是導熱性差，容易變形，用水潤滑時會吸水膨脹。其中尼龍用于低負荷的軸承上，而橡膠主要用于以水作潤滑劑且比較臟污之處。9.4滾動軸承的結(jié)構(gòu)、類型及代號9.4.1滾動軸承的結(jié)構(gòu)和材料

1.滾動軸承的結(jié)構(gòu)滾動軸承一般由內(nèi)圈1、外圈2、滾動體3和保持架4四部分組成（見圖9-21）。內(nèi)圈、外圈分別與軸頸、軸承座孔裝配在一起。通常內(nèi)圈隨軸一起轉(zhuǎn)動，外圈固定不動。內(nèi)、外圈上一般都有凹槽，稱為滾道，它起著限制滾動體沿軸向移動和降低滾動體與內(nèi)、外圈之間接觸應(yīng)力的作用。圖9-21滾動軸承的基本結(jié)構(gòu)

(a)球軸承；(b)滾子軸承

滾動體是形成滾動摩擦不可缺少的零件，它沿滾道滾動。滾動體有多種形式，以適應(yīng)不同類型滾動軸承的結(jié)構(gòu)要求。常見的滾動體形狀如圖9-22所示。保持架把滾動體均勻隔開，避免滾動體相互接觸，以減少摩擦與磨損，并改善軸承內(nèi)部的負荷分配。圖9-22滾動體的形狀2.滾動軸承的材料滾動軸承的內(nèi)、外圈和滾動體均采用強度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn等。熱處理后，硬度一般為HRC60～65，工作表面需經(jīng)磨削、拋光。保持架多用低碳鋼板沖壓而成，也可以采用銅合金、塑料及其他材料制造。9.4.2滾動軸承的類型和特點滾動軸承按其滾動體形狀的不同，可分為球軸承和滾子軸承兩大類。除球軸承外，其余均為滾子軸承，如圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、滾針軸承等。滾動軸承按其所能承受的負荷方向或公稱接觸角α的不同，可分為向心軸承和推力軸承兩大類。所謂公稱接觸角是指滾動體與套圈接觸處的法線與軸承的徑向平面（垂直于軸承軸心線的平面）之間的夾角（見圖9-23），它是滾動軸承的一個主要參數(shù)。α的大小，反映了軸承承受軸向負荷的能力。α愈大，軸承承受軸向負荷的能力也愈大。圖9-23球軸承的公稱接觸角

向心軸承（0°≤α≤45°）用以承受徑向負荷或主要承受徑向負荷，可分為徑向接觸軸承（α=0°）和向心角接觸軸承（0°＜α≤45°）。徑向接觸軸承只能承受徑向負荷；向心角接觸軸承主要承受徑向負荷，隨著α的增大，承受軸向負荷的能力也增大。推力軸承（45°＜α≤90°）用以承受軸向負荷或主要承受軸向負荷，可分為軸向接觸軸承（α=90°）和推力角接觸軸承（45°＜α＜90°）。軸向接觸軸承只能承受軸向負荷；推力角接觸軸承主要承受軸向負荷，隨著α的減小，承受徑向負荷的能力也增大。常用滾動軸承的類型、性能及特點見表9-4(略）。9.4.3滾動軸承的代號滾動軸承的類型很多，各類軸承又有不同的結(jié)構(gòu)、尺寸、精度和技術(shù)要求，為了便于組織生產(chǎn)和選用，GB/T272—93規(guī)定了滾動軸承的代號，并打印在軸承端面上。滾動軸承代號由前置代號、基本代號和后置代號構(gòu)成，其代表內(nèi)容和排列順序，參見表9-5。表9-6滾動軸承代號的構(gòu)成1.基本代號基本代號表示軸承的基本類型、結(jié)構(gòu)和尺寸，是軸承代號的基礎(chǔ)。除滾針軸承外，基本代號由軸承類型代號、尺寸系列代號及內(nèi)徑代號構(gòu)成。

1)軸承的內(nèi)徑代號軸承內(nèi)徑代號的含義見表9-6。表9-7滾動軸承的內(nèi)徑代號2）直徑系列代號對于同一內(nèi)徑的軸承，由于工作所需承受負荷大小不同，壽命長短不同，必須采用大小不同的滾動體，因而使軸承的外徑和寬度隨著改變，這種內(nèi)徑相同而外徑不同的變化稱為直徑系列，其代號見表9-7。圖9-24所示是不同直徑系列深溝球軸承的外徑和寬度對比。表9-8滾動軸承的直徑系列代號圖9-24直徑系列對比圖9-25寬度系列對比3）寬（高）度系列代號對于同一內(nèi)、外徑的軸承，根據(jù)不同的工作條件可做成不同的寬（高）度，如圖9-25所示，稱為寬（高）度系列（對于向心軸承表示寬度系列，對于推力軸承則表示高度系列）。其代號見表9-8。寬度系列代號為0時，在軸承代號中通常省略，但在調(diào)心軸承和圓錐滾子軸承代號中不可省略。表9-8軸承的寬（高）度系列代號4）軸承的類型代號軸承的類型代號見表9-4，其中0類可省略不標注。在基本代號中，當軸承類型代號用字母表示時，編排時應(yīng)與表示軸承尺寸的系列代號、內(nèi)徑代號或裝配特征尺寸的數(shù)字之間空半個漢字。例如QJ300。2.前置代號前置代號在基本代號的左面，用字母表示成套軸承的分部件。其代號及含義可查閱軸承樣本手冊。

3.后置代號后置代號在基本代號的右面，其所反映的內(nèi)容和排列見表9-5。其中內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號見表9-9；公差等級代號見表9-10，其中6X級僅用于圓錐滾子軸承，0級在軸承代號中不標出。限于篇幅后置代號中的其他代號，不在此介紹，詳見軸承樣本手冊。表9-10內(nèi)部結(jié)構(gòu)代號表9-11公差等級代號【例10-1】試說明下列軸承代號的意義。

6203，30310/P6X

解

(1)6203。

6代表深溝球軸承；寬度系列代號為0，省略；

2代表直徑系列為輕系列；03代表軸承直徑d=17mm；公差等級為0級（代號/P0，省略）。

(2)30310/P6X。

3代表圓錐滾子軸承；0代表寬度系列代號為0；3代表直徑系列為中系列；10代表軸承內(nèi)徑d=50mm；/P6X代表公差等級為6X級。9.5滾動軸承的選擇1.軸承所受的負荷軸承所受負荷的方向、大小和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。

1）負荷方向當軸承承受純徑向負荷時，可選用徑向接觸軸承，如深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承等。

當軸承承受純軸向負荷時，可選用軸向接觸軸承，如推力軸承等。當軸承同時承受徑向負荷與軸向負荷時，應(yīng)根據(jù)兩者的相對值來考慮。分兩種情況：①當承受較大的徑向負荷和一定的軸向負荷時，如軸向負荷較小，可選用深溝球軸承或接觸角較小的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承等；如軸向負荷較大，可選用接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承等。②當軸向負荷比徑向負荷大時，可選用推力角接觸軸承，也可以采用向心軸承和推力軸承組合在一起的結(jié)構(gòu)，以分別承受徑向和軸向負荷。2）負荷大小當承受較大負荷時，應(yīng)選用線接觸的滾子軸承。而點接觸的球軸承只適用于輕載或中等負荷。當軸承內(nèi)徑d≤20mm時，球軸承和滾子軸承的承載能力差別不大，則應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。

3）負荷性質(zhì)負荷平穩(wěn)時宜選用球軸承，輕微沖擊時宜選用滾子軸承，徑向沖擊較大時應(yīng)選用螺旋滾子軸承。2.軸承的轉(zhuǎn)速各類軸承都有其適用的轉(zhuǎn)速范圍，一般應(yīng)使所選用軸承的工作轉(zhuǎn)速不超過其極限轉(zhuǎn)速。各種軸承的極限轉(zhuǎn)速見有關(guān)手冊。根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速選擇軸承類型時，可參考以下幾點：

(1)球軸承比滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速和回轉(zhuǎn)精度高，高速時應(yīng)優(yōu)先選用球軸承。(2)內(nèi)徑相同時，外徑愈小，離心力也愈小。故在高速時，宜選用超輕、特輕系列的軸承。重系列及特重系列的軸承只適用于低速場合。

(3)推力軸承的極限轉(zhuǎn)速都很低，當工作轉(zhuǎn)速高時，若軸向負荷不十分大，可采用角接觸球軸承或深溝球軸承。3.調(diào)心性能對支點跨距大，剛度差的軸、多支點軸或由其他原因而彎曲變形較大的軸，為適應(yīng)軸的變形，應(yīng)選用能適應(yīng)內(nèi)、外圈軸線有較大相對偏斜的調(diào)心軸承（見圖9-26所示），且應(yīng)成對使用。在使用調(diào)心軸承的同一軸上，一般不宜再選用其他類型的軸承，否則會使調(diào)心軸承喪失調(diào)心作用。除調(diào)心滾子軸承外，其他各類滾子軸承對內(nèi)、外圈軸線的偏斜很敏感，在軸的剛度和軸承座孔的支承剛度較低的情況下，應(yīng)盡量避免采用。各類軸承工作時內(nèi)、外圈軸線相對偏斜的角度（即偏斜角）應(yīng)控制在規(guī)定的范圍內(nèi)（見表9-4），否則會降低軸承壽命。圖9-26調(diào)心軸承4.對軸承尺寸的限制當軸承的徑向尺寸受到限制時，可選用輕、特輕或超輕系列的軸承，必要時可選用滾針軸承。當其軸向尺寸受限制時，可選用窄或特窄系列的軸承。

5.裝卸在需要頻繁裝拆及裝拆困難的場合，應(yīng)優(yōu)先選用內(nèi)、外圈可分離的軸承（如3類、N類軸承等）。6.公差等級滾動軸承公差等級分為六級：0級（普通級）、6級、6X級、5級、4級及2級。0級精度最低，2級精度最高。對一般的傳動裝置，選用0級公差的軸承足以滿足要求；但對于對旋轉(zhuǎn)精度有嚴格要求的機床主軸、精密機械、儀表以及高速旋轉(zhuǎn)的軸，應(yīng)選用高精度的軸承。7.經(jīng)濟性同等規(guī)格、同樣公差等級的各種軸承，球軸承較滾子軸承價廉，其中深溝球軸承最便宜，調(diào)心滾子軸承最貴。各類軸承的價格比可參考表9-4。同型號軸承，公差等級愈高，價格也愈貴。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡量選用價格低廉的軸承。

9.6滾動軸承的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計9.6.1滾動軸承的軸向固定為了防止軸承在承受軸向負荷時相對于軸和座孔產(chǎn)生軸向移動，軸承內(nèi)圈與軸、軸承外圈與座孔必須進行軸向固定。其固定方式及特點分別見表9-12和表9-13。表9-12常用軸承內(nèi)圈軸向固定方式及其特點(略）表9-13常用的軸承外圈軸向固定方式及其特點(略）9.6.2滾動軸承支承的軸系結(jié)構(gòu)在機器中，軸和軸上零件的位置是靠軸承的位置固定的。軸系工作時，軸和軸承相對于支座不允許有相對徑向位移，也不應(yīng)該產(chǎn)生軸向竄動。但為了避免軸因受熱膨脹而被卡死，應(yīng)允許軸及軸上零件在適當?shù)姆秶鷥?nèi)有微小的軸向自由伸縮。

用滾動軸承支承的軸系結(jié)構(gòu)有三種基本形式。1.兩端固定支承如圖9-27所示，兩軸承均利用軸肩頂住內(nèi)圈，端蓋壓住外圈，兩端支承的軸承各限制軸一個方向的軸向移動，合在一起就限制了軸的雙向移動。由圖可見，若有從左向右的軸向運動時，由右軸承旁的軸肩將運動傳給右軸承內(nèi)圈，通過滾動體傳到外圈，這時受到軸承端蓋的阻擋，從而限制了整個軸系向右的移動；同理，左軸承和左端蓋限制整個軸系向左的移動。圖9-27兩端固定支承

兩端固定支承形式適用于溫度變化不大或較短的軸（跨距L≤350mm）。在結(jié)構(gòu)組合設(shè)計時采用了預留間隙的方法，使軸受熱伸長時不至卡住。對徑向接觸軸承，在軸承外圈與軸承蓋之間留出C=（0.2～0.3）mm的軸向間隙；對于內(nèi)部間隙可以調(diào)整的角接觸軸承，預留間隙存在于軸承內(nèi)部，而軸承外圈與端蓋之間就不存在間隙了。

圖9-28一端固定一端游動支承2.一端固定一端游動支承如圖9-28所示，一端支承處軸承限制了軸的雙向軸向位移，為固定支承；而另一端支承處軸承的內(nèi)圈作雙向固定，外圈的兩側(cè)自由，故當軸受熱膨脹伸長時，該支承處的軸承可以隨軸頸沿軸向自由游動，即為游動支承。一般取承載較小的軸承作為游動支承。游動軸承外圈端面與軸承蓋端面之間應(yīng)留有足夠大的間隙C，一般為3～8mm。這種支承形式適用于溫度變化較大或較長的軸（跨距L＞350mm）。3.兩端游動支承如圖9-29所示，兩軸承的外圈均完全軸向固定，但由于采用了外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，使軸和軸承內(nèi)圈及滾子可相對外圈作雙向軸向移動。這種支承形式常用在人字齒輪軸系結(jié)構(gòu)中。通常軸系的軸向位置由低速軸限制，高速軸系可雙向軸向移動，以保證人字齒輪的正確嚙合。圖9-29兩端游動支承9.6.3滾動軸承軸向間隙及其組合位置的調(diào)整

1.軸承軸向間隙的調(diào)整對為補償軸熱膨脹預留的膨脹間隙及內(nèi)部間隙可調(diào)軸承的軸向間隙，可用下列方法對其進行調(diào)整：

(1)調(diào)整墊片（見圖9-27）調(diào)整墊片是由一組鋼片組成的，通過增減墊片厚度進行調(diào)整。(2)調(diào)整環(huán)（見圖9-30（a））通過增減調(diào)整環(huán)的厚度進行調(diào)整。

(3)調(diào)節(jié)螺釘（見圖9-30（b））用螺釘調(diào)節(jié)可調(diào)端蓋（調(diào)節(jié)杯）的軸向位置。

(4)調(diào)整端蓋（見圖9-30（c））。

圖9-30軸向間隙的調(diào)整方法(a)調(diào)整環(huán)；(b)調(diào)節(jié)螺釘；(c)調(diào)整端蓋2.軸承組合位置的調(diào)整在一些機器部件中，軸上某些零件要求工作時能通過調(diào)整達到正確位置，這可以通過調(diào)整軸系的位置來達到。例如，在蝸桿傳動中，為了正確嚙合，要求蝸輪的中間平面通過蝸桿軸線，故在裝配時要求能調(diào)整蝸輪軸的軸向位置（見圖9-31（a））。

又如在圓錐齒輪傳動中，兩齒輪嚙合時要求節(jié)錐頂點重合，因此要求兩齒輪軸都能進行軸向調(diào)整（見圖9-31（b））。圖9-32所示為小圓錐齒輪軸的具體調(diào)整結(jié)構(gòu)示例，軸承端蓋和套杯之間的墊片2用來調(diào)整軸承的軸向間隙，套杯和箱體端面之間的墊片1，用以調(diào)整小圓錐齒輪（整個軸系）的軸向位置。

圖9-31軸承組合位置的調(diào)整(a)蝸輪蝸桿傳動；(b)圓錐齒輪傳動圖9-32小圓錐齒輪軸的調(diào)整9.6.4滾動軸承的游隙和預緊

1.滾動軸承的游隙滾動軸承的內(nèi)外圈和滾動體之間存在一定的間隙，因此內(nèi)外圈之間可以有相對位移。在無外負荷作用時，一個套圈固定不動，另一個套圈沿軸承的徑向或軸向，從一個極限位置到另一個極限位置的移動量，分別稱為徑向游隙和軸向游隙，如圖9-33所示。圖9-33滾動軸承的游隙

游隙對軸承的壽命、效率、旋轉(zhuǎn)精度、溫升和噪聲等都有很大的影響。各級精度的軸承的游隙都有標準規(guī)定。2.滾動軸承的預緊滾動軸承的預緊是指在安裝軸承時采取某種結(jié)構(gòu)措施，使?jié)L動軸承受到力的作用，并在滾動體和內(nèi)、外套圈接觸處產(chǎn)生預變形。預緊的作用是消除游隙，提高軸承的旋轉(zhuǎn)精度，增強軸承剛性，減少軸的振動。

圖9-34軸承的預緊結(jié)構(gòu)

常用的預緊方法有：①夾緊一對圓錐滾子軸承的外圈而預緊（見圖9-34（a））；②用彈簧預緊，可以得到穩(wěn)定的預緊力（見圖9-34（b））；③在一對軸承中裝入長度不等的套筒而預緊，預緊力可由兩套筒的長度控制（見圖9-34（c）），這種裝置剛性較大；④夾緊一對磨窄了的外圈而預緊（見圖9-34（d））；⑤反裝時可磨窄內(nèi)圈并夾緊；⑥亦可在兩個內(nèi)圈或外圈間加裝金屬墊片而預緊（見圖9-34（e））。9.6.5滾動軸承的配合滾動軸承的配合是指內(nèi)圈與軸頸、外圈