机械设计基础 第十三章 轴承
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《机械设计基础》教案
《机械设计基础》教案由于两相对运动表面的加工不平度,轴的刚性及轴承与轴颈的几何形状误差的限制，hmin不能无限缩小,因而提出了许用油膜厚度 [h]的问题。
为了工作可靠,必须满足式(12-25)。
④学习轴承的热平衡计算这部分内容要注意以下几个问题：a) 首先要搞清为什么要进行热平衡计算；其次,再搞清楚为什么热平衡计算最后归结为控制其泊的入口温度,即应满足35°≤ti≤40℃。
b)在式(12-28)中,轴承的耗油量系数也是一个无量纲量。
由于计算单位时间内的耗油量很复杂,精确计算耗油量应包含三个部分,即承载区的油泄流量,非承载区的油泄流量以及油沟处的油泄流量。
故在轴承设计中往往采用大量分析计算作出了不同B/d时的Q?VBd曲线,学习时应注意B/d、χ耗油量系数与B/d某的关系,并对曲线的变化形态作出物理解释。
c)在式(12-28)中,有关轴承中的摩擦系数计算公式的推导,请参阅濮良贵主编《机械设计》第五版中304页。
⑤学习参数选择这一部分内容时,主要应理解宽径比B/d、相对间隙ψ和粘度对轴承工作性能的影响,并掌握其选择原则。
6)§12-8简介了无润滑轴承、多油模轴承及液体静压滑动轴承等。
教学时应注意如下几点:①无润滑轴承大多采用各种工程塑料制造,应了解这些材料的性能及特点。
主要设计参数的选择原则和承载能力的简化估算方法。
②多油模轴承的类型、结构特点及工作原理。
③液体静压轴承的承载原理及特点(包括定量供油和定压供油)。
要了解多油腔静压轴承的工作原理。
对于节流器,重点在于搞清节流器的作用。
教材中虽然仅介绍了毛细管节流器的结构简图,但其它型式的节流器,如小孔节流器、滑阀节流器、薄膜反馈节流器等，不难从有关阐述静压技术的书籍中查到。
三、本章教学工作的组织及学时分配本章的教学内容安排4个学时。
以多媒体手段介绍结构图，以板书推导和实物共同完成该章的教学任务。
第十三章滚动轴承一、本章主要内容、特点及学习要求1.本章主要内容为滚动轴承的选择和轴承装臵的设计。
机械设计基础第十三章 滑动轴承课件
，载荷小、速度高的轴承宜选粘度较小的油。
润滑脂是由润滑油添加各种稠化剂和稳定剂制成的
膏状润滑剂。润滑脂密封简单，不需经常加添，不易流 失。润滑脂的主要性能指标是针入度（用以表征润滑脂 的稀稠程度）和滴点（用以表征润滑脂的耐热性）。润 滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的
影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用
(b) (c) 图13-9 油杯形式 (a) 旋套式注油油杯； (b) 压配式压注油杯；(c) 旋盖式油杯
(a)
第四节 非液体润滑滑动轴承的设计计算
非液体摩擦滑动轴承，是指处在混合摩擦和边界 摩擦状态的轴承。例如速度较低，载荷不大的轴承， 均按非液体摩擦滑动轴承设计。 一、设计计算准则 非液体摩擦滑动轴承以维持边界润滑为计算准则 ，边界膜的破裂因数十分复杂，目前还没有比较符合
二、雷诺润滑方程
1.基本假设 1）润滑油为牛顿流体，层流，
2）常粘度（不随压力变化）
3）润滑油不可压缩
u y
4）与板接触的润滑油层相对板无滑动（同速度）
5）忽略重力和惯性力 6）压力沿油膜厚度（两板间隙间）方向不变 7）无限宽（宽度方向上没有流动）
两平板不平行：
假设速度分布没有改变，如图中虚线所示，则积分得 面积不相等，即单位宽度内润滑油体积流量，处处不 相等，进口处大，出口处小，而液体不可压缩，钢板 又是刚性板，所以这种 情况不可能。只能是单位 宽度内润滑油体积流量， 处处相等，所以速度分布 有所改变，如图中实线所 示，根据牛顿第二定律， 物体只有受力的作用才会 改变速度，也就是两板内 得液体有压力存在，所以 能承受载荷！！
2）轴承合金（又称白合金、巴氏合金） 分为两大类： 锡锑轴承合金（ZChSnSb10-6）摩擦系数小，抗 胶合性能良好，对油的吸附性强，且易跑合、耐腐蚀
润滑脂是由润滑油添加各种稠化剂和稳定剂制成的
膏状润滑剂。润滑脂密封简单，不需经常加添，不易流 失。润滑脂的主要性能指标是针入度（用以表征润滑脂 的稀稠程度）和滴点（用以表征润滑脂的耐热性）。润 滑脂对载荷和速度的变化有较大的适应范围，受温度的
影响不大，但摩擦损耗较大，机械效率较低，故不宜用
(b) (c) 图13-9 油杯形式 (a) 旋套式注油油杯； (b) 压配式压注油杯；(c) 旋盖式油杯
(a)
第四节 非液体润滑滑动轴承的设计计算
非液体摩擦滑动轴承，是指处在混合摩擦和边界 摩擦状态的轴承。例如速度较低，载荷不大的轴承， 均按非液体摩擦滑动轴承设计。 一、设计计算准则 非液体摩擦滑动轴承以维持边界润滑为计算准则 ，边界膜的破裂因数十分复杂，目前还没有比较符合
二、雷诺润滑方程
1.基本假设 1）润滑油为牛顿流体，层流，
2）常粘度（不随压力变化）
3）润滑油不可压缩
u y
4）与板接触的润滑油层相对板无滑动（同速度）
5）忽略重力和惯性力 6）压力沿油膜厚度（两板间隙间）方向不变 7）无限宽（宽度方向上没有流动）
两平板不平行：
假设速度分布没有改变，如图中虚线所示，则积分得 面积不相等，即单位宽度内润滑油体积流量，处处不 相等，进口处大，出口处小，而液体不可压缩，钢板 又是刚性板，所以这种 情况不可能。只能是单位 宽度内润滑油体积流量， 处处相等，所以速度分布 有所改变，如图中实线所 示，根据牛顿第二定律， 物体只有受力的作用才会 改变速度，也就是两板内 得液体有压力存在，所以 能承受载荷！！
2）轴承合金（又称白合金、巴氏合金） 分为两大类： 锡锑轴承合金（ZChSnSb10-6）摩擦系数小，抗 胶合性能良好，对油的吸附性强，且易跑合、耐腐蚀
机械设计基础单元13 轴承
图13-1 滑动轴承
退出 首页
任务1 认识滑动轴承
滑动轴承主要由轴承座、轴瓦或轴套组成。常用的径向滑动轴承的结构有整体式和剖 分式两种。
表13-1 常用滑动轴承的结构特点
类型
图例
特点
整体式
径向 滑动 轴承
剖分式
结构简单、价格低廉， 但轴的装拆不方便，磨 损后轴承的径向间隙无 法调整。适用于轻载、 低速或间歇工作的场合
（1）轴承合金（通称巴氏合金或白合金） 适用于重载、中高速场合，价格较贵。 （2）铜合金 锡青铜的减摩性和耐磨性最好，应用广泛，适用于重载及中速场合。 铅青铜抗胶合能力强，适用于高速、重载轴承。 铝青铜的强度及硬度较高，抗胶合能力较差，适用于低速重载轴承。 （3）铝基轴承合金 铝基轴承合金在许多国家获得了广泛的应用。它有相当好的耐蚀性和较高的 疲劳强度，摩擦性也较好。 铝基轴承合金可以制成单金属零件（如轴套、轴承等），也可以制成双金属 零件，双金属轴瓦以铝基轴承合金为轴承衬，以钢作衬背。
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任务2 认识滚动轴承
1.滚动轴承的结构、类型及特点
滚动轴承依靠主要元件间的滚动接触来支撑转动零件，也即摩擦性质为滚动 摩擦。
（1）滚动轴承的结构 滚动轴承严格来说是一个组合标准件，其基本结构如图13-6所示。它主要有 内圈1、外圈2、滚动体3和保持架4等四个部分所组成。 滚动体是滚动轴承中必不可少的元件，常见的滚动体种类如图13-7所示，主 要有球、圆柱滚子、滚针、圆锥球面滚子、非对称球面滚子等。
退出 首页
任务1 认识滑动轴承
3.轴瓦的结构
常用的轴瓦有整体式和对开式两种结构。 整体式轴承采用整体式轴瓦，结构如图13-2所示，分为不带挡边（图13-2a） 和带挡边（图13-2b）的两种结构。对开式轴承的轴瓦由上下两半组成，如图133所示。
机械设计基础-13.6滚动轴承的组合设计
第六节滚动轴承的组合设计滚动轴承的组合设计的内容包括：轴承的定位和紧固、轴承的配置设计、轴承位置的调节、轴承的润滑与密封、轴承的配合以及轴承的装拆等问题。
（一）支承部分的刚性和同心度：若座体刚度低，则滚动体受力增大，因此，应适当增加壁厚、采用加强筋，并使轴承座孔同心，减小轴的偏转。
（二）轴承的配置（轴系固定）：支承部件的主要功能是对轴系回转零件起支承作用，并承受径向和轴向作用力，保证轴系部件在工作中能正常地传递轴向力以防止轴系发生轴向窜动而改变工作位置。
为满足功能要求，必须对滚动轴承支承部件进行轴向固定。
固定的目的：当轴受到外载荷作用时，使轴有正确的位置、防止轴的轴向窜动以及轴受热膨胀后将轴承卡死。
固定方法：两端固定、一端固定一端游动、两端游动。
1、双支点单向固定（两端固定）：两个轴承各限制一个不同方向的轴的轴向移动（只固定内、外圈相对的一个侧面）。
适用于较短的轴系（跨距≤400）温升不高的场合。
为了补偿轴的受热膨胀，装配时应留有一定的轴向间隙。
(a) (b)图所示为两端固定方法，每个支点的外侧各有一个顶住轴承外圈的轴承盖，它通过螺钉与机座联接，每个轴承盖限制轴系一个方向的轴向位移，合起来就限制了轴的双向位移。
轴向力FA的力流路线是通过轴肩、内圈、外圈及轴承盖来实现的。
图(a)为采用深沟轴承的结构，只能承受少量的轴向力；图(b)为采用角接触轴承的结构，可承受较大轴向力。
这种支承形式属功能集中型，每个轴承均承受径向力、轴向力的复合作用，简化了支承结构。
轴系部件工作时，由于功率损失会使温度升高，轴受热后伸长，从而影响轴承的正常工作。
因此支承部件结构设计时必须考虑热膨胀问题。
a、预留轴向间隙对于上图所示的两端固定结构型式，其缺陷是显而易见的。
由于两支点均被轴承盖固定，当轴受热伸长时，势必会使轴承受到附加载荷作用，影响轴承的使用寿命。
因此，两端固定型式仅适合于工作温升不高且轴较短的场合(跨距L400mm)，还应在轴承外圈与轴承盖之间留出轴向间隙C，以补偿轴的受热伸长。
陈立德版机械设计基础第13、14章课后题答案
第13章机械传动设计13.1简述机械传动装置的功用。
答： (1) 把原动机输出的速度降低或增速。
（2) 实现变速传动。
（3）把原动机输出转矩变为工作机所需的转矩或力。
（4）把原动机输出的等速旋转运动，转变为工作机的转速或其它类型的运动。
（5）实现由一个或多个原动机驱动若干个相同或不同速度的工作机。
13.2选择传动类型时应考虑哪些主要因素？答：根据各种运动方案，选择常用传动机构时，应考虑以下几个主要因素：（1）实现运动形式的变换。
（2）实现运动转速（或速度）的变化。
（3）实现运动的合成与分解。
（4）获得较大的机械效益。
13.3常用机械传动装置有哪些主要性能？答：（1）功率和转矩；（2）圆周速度和转速；（3）传动比；（4）功率损耗和传动效率；（5）外廓尺寸和重量。
13.4机械传动的总体布置方案包括哪些内容？答：总体布置方案包括合理地确定传动类型；多级传动中各种类型传动顺序的合理安排及各级传动比的分配。
13.5简述机械传动装置设计的主要内容和一般步骤。
答：（1）确定传动装置的总传动比。
（2）选择机械传动类型和拟定总体布置方案。
（3）分配总传动比。
（4）计算机械传动装置的性能参数。
性能参数的计算，主要包括动力计算和效率计算等。
（5）确定传动装置的主要几何尺寸。
（6）绘制传动系统图。
（7）绘制装置的装配图。
第14章轴和轴毂连接14.1轴按功用与所受载荷的不同分为哪三种？常见的轴大多属于哪一种？答：轴按功用与所受载荷不同可分为心轴、传动轴和转轴三类。
常见的轴大多数属于转轴。
14.2轴的结构设计应从哪几个方面考虑？答：轴的结构设计应从以下几方面考虑：（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、装配方法以及其它特殊要求。
14.3制造轴的常用材料有几种？若轴的刚度不够，是否可采用高强度合金钢提高轴的刚度？为什么？答：制造轴的常用材料有碳素钢和合金钢。
机械设计基础 第十三章
【解】
6204中6表示轴承类型为深沟球轴承；(0) 2表示尺寸系列 代号，宽度系列代号为0 (可省略)，2为直径系列代号；04表
示内径代号d 20 mm，公差等级为/P0级(可省略)。
72211AC中7表示角接触球轴承；22表示尺寸系列代号， 宽度系列代号为2，直径系列代号为2；11表示内径代号
为了计算方便，需要将实际工作载荷换算成 一大小和方向恒定的载荷。在这一载荷作用下， 轴承寿命与实际载荷作用下的寿命相等。这种换 算后的假想载荷称为当量动载荷，用 P 表示。当 量动载荷的计算公式为
P fP XFr YFa (13-1)
式中：P ———当量动载荷，单位为 N；
fP———载荷系数，是考虑机器工作时振动、冲击对轴
承受冲击载荷选用滚子轴承。因为滚子轴承是线接 触，承载能力大，抗冲击和振动能力强。
2. 轴承的转速
轴承转速对其寿命有着显著影响。因此，在滚动轴承 标准中规定了轴承的极限转速，轴承工作时不得超过其极 限转速。
3. 对调心性能的要求
当轴在工作时跨距较大，或难以保证两轴承孔的同轴度， 或长轴有多支点，或轴承由于制造和安装误差引起内、外圈 中心线发生相对偏斜出现角偏差，且实际角偏差不超过所选 轴承的极限角偏差时,应选用调心轴承。且调心轴承必需成对 使用，否则将失去调心作用。
承寿命影响的系数，其值如表13-7所示； X、Y———分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，其值如
表13-8所示；
Fr、Fa———分别为径向载荷和轴向载荷。
对于只承受径向载荷的向心轴承，其当量动载荷为
P Fr
(13-2)
对于只承受轴向载荷的推力轴承 90 ，其当
量动载荷为
P Fa
(13-3)
13.4.4 滚动轴承的寿命计算
6204中6表示轴承类型为深沟球轴承；(0) 2表示尺寸系列 代号，宽度系列代号为0 (可省略)，2为直径系列代号；04表
示内径代号d 20 mm，公差等级为/P0级(可省略)。
72211AC中7表示角接触球轴承；22表示尺寸系列代号， 宽度系列代号为2，直径系列代号为2；11表示内径代号
为了计算方便，需要将实际工作载荷换算成 一大小和方向恒定的载荷。在这一载荷作用下， 轴承寿命与实际载荷作用下的寿命相等。这种换 算后的假想载荷称为当量动载荷，用 P 表示。当 量动载荷的计算公式为
P fP XFr YFa (13-1)
式中：P ———当量动载荷，单位为 N；
fP———载荷系数，是考虑机器工作时振动、冲击对轴
承受冲击载荷选用滚子轴承。因为滚子轴承是线接 触，承载能力大，抗冲击和振动能力强。
2. 轴承的转速
轴承转速对其寿命有着显著影响。因此，在滚动轴承 标准中规定了轴承的极限转速，轴承工作时不得超过其极 限转速。
3. 对调心性能的要求
当轴在工作时跨距较大，或难以保证两轴承孔的同轴度， 或长轴有多支点，或轴承由于制造和安装误差引起内、外圈 中心线发生相对偏斜出现角偏差，且实际角偏差不超过所选 轴承的极限角偏差时,应选用调心轴承。且调心轴承必需成对 使用，否则将失去调心作用。
承寿命影响的系数，其值如表13-7所示； X、Y———分别为径向载荷系数和轴向载荷系数，其值如
表13-8所示；
Fr、Fa———分别为径向载荷和轴向载荷。
对于只承受径向载荷的向心轴承，其当量动载荷为
P Fr
(13-2)
对于只承受轴向载荷的推力轴承 90 ，其当
量动载荷为
P Fa
(13-3)
13.4.4 滚动轴承的寿命计算
机械设计基础习题解答第13章
13.1 为保证滑动轴承工作时润滑良好，油孔和油沟应设什么区域？
答：对开式轴瓦有承载区和非承载区，一般载荷向下，上瓦为非承载区，下瓦为承载区，润滑油应由非承载区进入，故上瓦顶部开有进油孔。
在轴瓦内表面，以进油口为对称位置，沿轴向、周向或斜向开有油沟，油经油沟分布到各个轴颈，以保证润滑油能流到轴瓦的整个工作表面。
油沟离轴瓦两端面应有段距离，不能开通，以减少端部泄油。
13.2 说明下列代号的含义：6209、3411、72315、81205。
答：6209：深沟球轴承，内径为45 mm，外径尺寸是02系列。
3411：圆锥滚子轴承，内径为55 mm，外径尺寸是04系列.
72315AC：角接触轴承，接触角25度，内径75 mm，外径尺寸是23系列。
81205：推力圆柱滚子轴承内径25mm，外径尺寸是12系列。
13.3 观察本书附图二、附图三的减速器，它们用到了那种轴承？轴承如何润滑与密封？
答：用到了圆锥滚子轴承。
润滑：。
采用了润滑油润滑。
润滑方式有油浴润滑（大齿轮）或飞溅润滑（其他齿轮，通过油沟收集油，经过轴承盖导入轴承）。
密封：毛毡圈式密封。
252。
《机械设计基础》填空部分复习题
《机械设计基础》填空部分复习题第一章运动简图1、两构件直接接触并能产生一定相对运动的联接称为运动副，按照其接触特性，又可将它分为低副和高副。
两构件通过面接触组成的运动副称为低副；平面机构中又可将其分为回转副和移动副。
两构件通过点或直线接触组成的运动副称为高副。
2 平面机构具有确定运动的条件是自由度等于原动件个数，且自由度>0。
3、机械零件由于某种原因，不能正常工作时，称为失效。
机械零件在不发生失效的条件下，零件能安全工作的限度，称为工作能力。
4、随时间变化的应力称为变应力，具有周期性变化的变应力称为循环变应力。
按照随时间变化的情况，应力可分为静应力和变应力。
变应力可归纳为对称循环变应力、非对称循环变应力和脉动循环变应力三种基本类型。
变应力的五个基本参数是 σmax 、σmin 、σm、σa、r。
应力循环中的最小应力与最大应力之比，可用来表示变应力中应力变化的情况，通常称为变应力的循环特性r。
当r=+1表示为静应力，r=0表示为脉动应力，它的σmin=0，σm=σa=σmax/2；当r=-1表示为对称应力，它的σmax=σa；σm= 0 ；非对称循环变应力的r变化范围为-1~0和0~+1之间。
5、在变应力中，表示应力与应力循环次数之间的关系曲线称为材料的疲劳曲线。
在变应力作用下，零件的主要失效形式是疲劳破坏。
在静应力下，塑性材料的零件按不发生塑性变形条件进行强度计算，故应取材料的屈服极限作为极限应力；而脆性材料的零件按不发生断裂的条件进行计算，故应取材料的强度极限作为极限应力。
变应力下，零件的许用极限应力与零件材料的疲劳极限有关，同时还应考虑应力集中系数、尺寸__系数和表面状态系数。
6、一非对称循环变应力，其σmax=100N/mm2，σmin=-50N/mm2，计算其应力幅σa= 75N/mm2，平均应力σm=__25_N/mm2，循环特性r= -0.5。
第二章连杆机构1、铰链四杆机构中的固定件称为机架，与其用回转副直接相连接的构件称为连架杆，不与固定件相连接的构件称为连杆。
浙江大学《机械设计基础》第十三章概念自测题
基本概念自测题一、 填空题1、按摩擦性质轴承分为 _________和 _________两大类。
2、按滑动表面润滑情况，有 _________、 _________ 和 _________三种摩擦状态，其3 摩擦系 数一般分别为_________、 _________和 _________。
、按承受载荷的方向承受径向载荷的滑动轴承称为滑动轴承，承受轴_________4 向载荷的滑动轴承称为_________滑动轴承。
、抗振性 、噪声、与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力___________________________、寿命 _________，在液体润滑条件下可 _________速运转。
5 、在一般机器中，摩擦面多处于干摩擦、边界摩擦和液体摩擦的 混合状态，称 为 _________摩擦或 _________ 摩擦。
6、向心滑动轴承的结构形式有 _________式、 _________ 式和 _________式三种，剖分式滑动轴承便于轴 _________和调整磨损后 __________________ ，应用广泛。
7、滑动轴承油沟的作用是使润滑油_________；一般油沟不应开在轴承油膜_________ 区内，油沟应有足够的轴向长度，但绝不能开通轴瓦。
和 ，此外还有_________等。
8、轴瓦的主要失效形式是_________________、_________________9、为保证轴承正常工作，要求轴承材料有足够的_________和_________性，_________ 性 和 _________性 好，耐 _________和抗 _________ 能力 强，导 _________ 性好，容易 _________，且易于加工。
10、轴承材料有 _________、_________和 _________。
金属材料包括 _________、_________和 _________等。
机械设计基础课件 第13章 轴
模块六 支承件及其设计
减速器由一对圆柱齿轮减速传动，齿轮传动时需要进行回转运动， 而机械中不只是齿轮，所有作回转或摆动的零部件如带轮、蜗轮等， 都必须用轴支承才能实现回转运动。轴还需要用轴承支承，以保证 其稳定、高效、可靠地转动。
轴和轴承均为机械中的支承件，主要用来支承旋转运动的零件。 本模块主要介绍支承件—轴和轴承的结构特点、类型、设计理论
合金钢—具有较高的力学性能，对应力集中的敏感性较高，价格较 贵，多用于有特殊要求的轴。例如：采用滑动轴承的高速轴，常用 20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性； 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的 高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。
轴的结构设计的主要要求： ①满足制造安装要求，轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； ②轴和轴上零件要有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定； ③改善受力状况，减小应力集中； ④受力合理，有利于节约材料减轻轴的重量。
轴的结构
13.2.1 拟订轴上零件的装配方案 装配方案：预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互 关系。
（a）越程槽
（b）退刀槽
（3）轴上各处的圆角半径、砂轮越程槽、退刀槽、倒角等尺寸尽可能分别
相同。
（4）各轴段上的键槽应开在同一母线上
（5）与滚动轴承、联轴器等标准件相配合的 轴颈直径应取相应的标准值。
键槽在同一母线上
（6）为了便于装配零件，轴端应加工成 45°倒角，并去掉毛刺。
45°倒角
13.3 轴的强度计算
对于一般剖分式箱体中的轴，为了方便轴上零件的装拆 和定位，常将轴做成中间粗两端细的阶梯轴 。
13.2.2 轴上零件的定位和固定 1.轴上零件的轴向定位和固定 常用方法：轴肩和轴环、套筒、圆螺母及轴端挡圈等。 轴肩：定位轴肩和非定位轴肩。非定位轴肩主要是便于轴 上零件的拆装，其高度一般为1.5~2mm。
减速器由一对圆柱齿轮减速传动，齿轮传动时需要进行回转运动， 而机械中不只是齿轮，所有作回转或摆动的零部件如带轮、蜗轮等， 都必须用轴支承才能实现回转运动。轴还需要用轴承支承，以保证 其稳定、高效、可靠地转动。
轴和轴承均为机械中的支承件，主要用来支承旋转运动的零件。 本模块主要介绍支承件—轴和轴承的结构特点、类型、设计理论
合金钢—具有较高的力学性能，对应力集中的敏感性较高，价格较 贵，多用于有特殊要求的轴。例如：采用滑动轴承的高速轴，常用 20Cr、20CrMnTi等低碳合金结构钢，经渗碳淬火后可提高轴颈耐磨性； 汽轮发电机转子轴在高温、高速和重载条件下工作，必须具有良好的 高温力学性能，常采用40CrNi、38CrMoAlA等合金结构钢。
轴的结构设计的主要要求： ①满足制造安装要求，轴应便于加工，轴上零件要易于装拆； ②轴和轴上零件要有准确的工作位置，各零件要牢固而可靠地相对固定； ③改善受力状况，减小应力集中； ④受力合理，有利于节约材料减轻轴的重量。
轴的结构
13.2.1 拟订轴上零件的装配方案 装配方案：预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互 关系。
（a）越程槽
（b）退刀槽
（3）轴上各处的圆角半径、砂轮越程槽、退刀槽、倒角等尺寸尽可能分别
相同。
（4）各轴段上的键槽应开在同一母线上
（5）与滚动轴承、联轴器等标准件相配合的 轴颈直径应取相应的标准值。
键槽在同一母线上
（6）为了便于装配零件，轴端应加工成 45°倒角，并去掉毛刺。
45°倒角
13.3 轴的强度计算
对于一般剖分式箱体中的轴，为了方便轴上零件的装拆 和定位，常将轴做成中间粗两端细的阶梯轴 。
13.2.2 轴上零件的定位和固定 1.轴上零件的轴向定位和固定 常用方法：轴肩和轴环、套筒、圆螺母及轴端挡圈等。 轴肩：定位轴肩和非定位轴肩。非定位轴肩主要是便于轴 上零件的拆装，其高度一般为1.5~2mm。
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(2) 滑动速度大→粘度较低的润滑油。 (3) 粗糙或未经跑合的表面→粘度较高的润滑油。 (4) 参考表13-2。
油性：指润滑油吸附在接触表面的能力 非全液体润滑时，润滑油的油性对防止金属磨 损起着主要作用。
润滑脂选择原则：
(1) 轻载高速时选针入度大的润滑脂，反之 选针入度小的润滑脂。
(2) 所用润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高 约20~30℃。
3、固体润滑剂 轴承在高温，低速、重载情况下工作，
不宜采用润滑油或脂时可采用固体润滑剂。 常用：石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等。
使用方法： (1) 调配到油或脂中使用； (2) 涂敷或烧结到摩擦表面； (3) 渗入轴瓦材料或成型镶嵌在轴承中使用。
选择粘度时，应考虑如下基本原则：
(1) 压力大、温度高、载荷冲击变动大 →粘度大的润滑油。
例：机床、发电机、轧钢机、大型电机、 内燃机、铁路机车、仪表等。
§13—2 滑动轴承的结构
一、向心滑动轴承
1、整体式向心滑动轴承
2、剖分式向心滑动轴承
适于低速、轻载或间隙工作的机器。 3、自动调心式向心滑动轴承
剖分式径向滑动轴承装拆方便，轴瓦磨损后 可调整剖分面处的垫片来调整轴承间隙。
4、调隙式向心滑动轴承
→硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。
特点：嵌入性、顺应性最好，抗胶合性好，但机械强度较低。
∴ 作为轴承衬浇注在软钢或青铜轴瓦的表面。——价格较贵
(5) 多孔质金属材料（粉末冶金）——含油轴承 原理：利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合 经压型、烧结、整形、浸油而制成。
特点：组织疏松多孔，孔隙中能大量吸收润滑油， ∴ 称含油轴承，具有自润滑的性能。
间歇供油: 油壶或油枪
连续供油: (1) 滴油润滑 可调节油量!
连续供油: (3) 油环润滑 适于n=50～2000r/min
20°
§13—5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
主要失效：磨损与胶合。 设计准则：维护轴承材料和边界油膜不被破坏为最低要求。 计算方法：简化计算（条件性计算）。
一、向心滑动轴承
2、脂润滑—— 旋盖式油脂杯、黄油枪。
2、限制轴承的 pv 值 目的：限制 pv 是控制轴承温升，避免边界膜的破裂。
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
3、限制滑动速度v 目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损。
v dn [v] 60 1000
滚动体
外圈
内圈
保持架
液体动力润滑的滑动轴承，在起动和停车过程中往往 处于混合润滑状态。
因此，在设计液体动力润滑轴承时，常用以上条件性 计算作为初步计算 ，即初步计算时也要验算p、pv、v。来自滚动体的形状球
柱形
二、滚动轴承的材料 滚动体与内外圈的材料要求有高的硬度和接触疲
劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。
p F [ p] dB
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
v dn [v] 60 1000
计算不满足的措施
(1) 选用较好的轴瓦或轴承衬材料 (2) 增大d或B
滑动轴承的配合—— H9/d9，H8/ f 7，H7/ f 6 旋转精度要求高的轴承，选择较高的精度，较紧的配合； 反之，选择较低的精度，较松的配合。
1、限制平均比压P
p F [ p] dB
表13－1
目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出， 导致轴承过度磨损。
连续供油: (2) 绳芯润滑 盖
杯体 接头 油芯
不可调节油量!
(4) 浸油润滑——轴颈直接浸在油池中，搅油损失较大。 (5) 飞溅润滑——利用油池中的转动件将润滑油溅成油沫润滑。
(6) 压力循环润滑——用油泵连续压力供油，适于重载、 高速和交变载荷作用。
二、推力滑动轴承——由轴承座和止推轴颈组成。
Fa
Fa
Fa
Fa
d0
d
d
实心端面轴颈 空心端面轴颈
d0 d
环状轴颈
d d0
多环轴颈
限制轴承平均比压 p 和 pvm 值：
p
Z
4
F
(d
2
d
2 0
)
[ p]
考虑油槽使支承面积 减小的系数，通常取 0.85~0.95
Fa
d d0
p vm
Z
4
F (d 2
二、轴瓦
1、轴瓦的形式与结构
整体式轴瓦 形式
剖分式轴瓦
结构
单金属 双金属→有轴承衬（1～2层） 三金属→钢—青铜—轴承衬
2、常用材料
金属材料 粉末冶金 非金属材料
(1) 铸铁——有游离的石墨能有润滑作用 适于轻载、低速，不受冲击的场合。
(2) 轴承合金——又称巴氏合金或白合金 由锡（Sn）、铅（Pb）、锑（Sb）、铜（Cu）等组成。 锡或铅为基体（软）， 含有锑锡（Sb-Sn）或铜锡（Cu-Sn）的晶粒（硬）。
d
2 0
)
dm n 60 1000
[
pv]
dm
d
d0 2
——止推环平均直径
[p]、[pv]——考虑平均直径和多环受力
不均，取值降低50％。
§13—6 滚动轴承的结构
滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小， 效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与 更换，因此使用十分广泛。
一、滚动轴承的构造
(3) 铜合金——青铜基体
锡青铜：减摩、耐磨性最好； 应用较广，强度比轴承合金高， 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。
(4) 铝基合金 ——强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性好 低锡—用于高速中小功率柴油机轴承。 高锡—用于高速大功率柴油机轴承。
(2) 宽度系列——右起第四位 表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度。 常用代号：0，1，2，3
正常宽度系列，可略去不写
宽度系列与直径系列有一定的对应关系： 如01，02，03，11……
3、 轴承类型：基本代号右起五位，用数字或字母 表13－6
1—调心球轴承 3—圆锥滚子轴承 5—推力球轴承 6—深沟球轴承 7—角接触球轴承 N—圆柱滚子轴承
一、基本代号—— 1位字母（或数字）＋4位数字
内径代号
直径系列代号 宽度系列代号
尺寸系列
类型代号
1 — 调心球轴承
3 — 圆锥滚子轴承
轴承类型
5 — 推力球轴承 6 — 深沟球轴承
7 — 角接触球轴承
N — 圆柱滚子轴承
2、尺寸系列：
(1)、 直径系列——右起第三位 表示轴承有相同内径时，可有不同的外径。
轴向油槽；周向油槽
(1) 润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。 (2) 油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力。
(3) 油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失。
轴向油沟长度≈0.8B(轴瓦宽度)
(4) 水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区， 全周油槽应开在靠近轴承端部处。
(5) 垂直安装的轴承，全周油槽应靠上端部处开设。
=90°
能同时承受径向和轴向力
按滚动体形状
球轴承 ——承载能力低，极限转速高。 滚子轴承——承载能力高，极限转速低 。
三、滚动轴承的特点
1） f 小起动力矩小，η高。
优点
2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）。 3）轴向尺寸小。 4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑。 5）润滑方便、简单、易于密封和维护。 6）互换性好（标准零件）。
缺点
1）承受冲击载荷能力差。 2）高速时噪音、振动较大。 3）高速重载寿命较低。 4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）。
角接触轴承
0<≤ 45°
向心角接触轴承 径向力（主要） 轴向力
45°<<90° 推力角接触轴承 径向力 轴向力 （主要）
§13—7 滚动轴承的代号
基本代号是轴承代号的基础。 前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇 到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等 有特殊要求时才使用，一般情况可部分或全部省略。
油室 —— 使润滑油沿轴向均匀分布，同时贮油、 稳定供油和改善轴承散热。
位置：开在非承载区。 如轴颈经常正反转时，可开在两侧。
§13—4 润滑剂和润滑装置
一、润滑剂的选择 润滑剂——油、脂、固体润滑剂 选择依据——工作载荷、相对滑动速度、 工作温度和特殊工作环境等。
1、润滑油 粘度是选择润滑油最重要的参考指标。 粘度——表征润滑油流动时其油层内摩擦阻力 的大小的一个主要指标。
(6) 非金属材料——塑料、橡胶
塑料—— f小，耐腐蚀，具有自润滑性能， 但导热性差，易变形，承载能力差。 如酚醛树脂、聚铣胺（尼龙）等； 可用油，也可用水润滑。
橡胶—— 弹性大，允许轴线一定偏斜， 用水作润滑剂，用于环境较脏污处。 例如水泵、水轮机和其它水下机械用轴承。
整体式轴套 整体式轴瓦 单层、双层或多层材料卷制轴套
(3) 在有水淋或潮湿的环境下应选择防水性强 的润滑脂——铝基润滑脂、钙基润滑脂。
钙基润滑脂——耐水，适宜温度<60~80oC 钠基润滑脂——不耐水,适宜温度100~150oC 锂基润滑脂——耐水，适宜温度-20~150oC
二、润滑方法 1、油润滑
间歇供油：小型低速、间歇运动场合。 连续供油：重要的轴承。
(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) 流体动力摩擦滑动轴承在起动、停车、载荷、 转速变化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。
油性：指润滑油吸附在接触表面的能力 非全液体润滑时，润滑油的油性对防止金属磨 损起着主要作用。
润滑脂选择原则：
(1) 轻载高速时选针入度大的润滑脂，反之 选针入度小的润滑脂。
(2) 所用润滑脂的滴点应比轴承的工作温度高 约20~30℃。
3、固体润滑剂 轴承在高温，低速、重载情况下工作，
不宜采用润滑油或脂时可采用固体润滑剂。 常用：石墨、聚四氟乙烯、二硫化钼、二硫化钨等。
使用方法： (1) 调配到油或脂中使用； (2) 涂敷或烧结到摩擦表面； (3) 渗入轴瓦材料或成型镶嵌在轴承中使用。
选择粘度时，应考虑如下基本原则：
(1) 压力大、温度高、载荷冲击变动大 →粘度大的润滑油。
例：机床、发电机、轧钢机、大型电机、 内燃机、铁路机车、仪表等。
§13—2 滑动轴承的结构
一、向心滑动轴承
1、整体式向心滑动轴承
2、剖分式向心滑动轴承
适于低速、轻载或间隙工作的机器。 3、自动调心式向心滑动轴承
剖分式径向滑动轴承装拆方便，轴瓦磨损后 可调整剖分面处的垫片来调整轴承间隙。
4、调隙式向心滑动轴承
→硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。
特点：嵌入性、顺应性最好，抗胶合性好，但机械强度较低。
∴ 作为轴承衬浇注在软钢或青铜轴瓦的表面。——价格较贵
(5) 多孔质金属材料（粉末冶金）——含油轴承 原理：利用铁或铜和石墨粉末、树脂混合 经压型、烧结、整形、浸油而制成。
特点：组织疏松多孔，孔隙中能大量吸收润滑油， ∴ 称含油轴承，具有自润滑的性能。
间歇供油: 油壶或油枪
连续供油: (1) 滴油润滑 可调节油量!
连续供油: (3) 油环润滑 适于n=50～2000r/min
20°
§13—5 非全液体摩擦滑动轴承的计算
主要失效：磨损与胶合。 设计准则：维护轴承材料和边界油膜不被破坏为最低要求。 计算方法：简化计算（条件性计算）。
一、向心滑动轴承
2、脂润滑—— 旋盖式油脂杯、黄油枪。
2、限制轴承的 pv 值 目的：限制 pv 是控制轴承温升，避免边界膜的破裂。
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
3、限制滑动速度v 目的：当p较小时，避免由于v过高而引起轴瓦加速磨损。
v dn [v] 60 1000
滚动体
外圈
内圈
保持架
液体动力润滑的滑动轴承，在起动和停车过程中往往 处于混合润滑状态。
因此，在设计液体动力润滑轴承时，常用以上条件性 计算作为初步计算 ，即初步计算时也要验算p、pv、v。来自滚动体的形状球
柱形
二、滚动轴承的材料 滚动体与内外圈的材料要求有高的硬度和接触疲
劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。
p F [ p] dB
p v F dn Fn [ p v] dB 60 1000 19100 B
v dn [v] 60 1000
计算不满足的措施
(1) 选用较好的轴瓦或轴承衬材料 (2) 增大d或B
滑动轴承的配合—— H9/d9，H8/ f 7，H7/ f 6 旋转精度要求高的轴承，选择较高的精度，较紧的配合； 反之，选择较低的精度，较松的配合。
1、限制平均比压P
p F [ p] dB
表13－1
目的：避免在载荷作用下润滑油被完全挤出， 导致轴承过度磨损。
连续供油: (2) 绳芯润滑 盖
杯体 接头 油芯
不可调节油量!
(4) 浸油润滑——轴颈直接浸在油池中，搅油损失较大。 (5) 飞溅润滑——利用油池中的转动件将润滑油溅成油沫润滑。
(6) 压力循环润滑——用油泵连续压力供油，适于重载、 高速和交变载荷作用。
二、推力滑动轴承——由轴承座和止推轴颈组成。
Fa
Fa
Fa
Fa
d0
d
d
实心端面轴颈 空心端面轴颈
d0 d
环状轴颈
d d0
多环轴颈
限制轴承平均比压 p 和 pvm 值：
p
Z
4
F
(d
2
d
2 0
)
[ p]
考虑油槽使支承面积 减小的系数，通常取 0.85~0.95
Fa
d d0
p vm
Z
4
F (d 2
二、轴瓦
1、轴瓦的形式与结构
整体式轴瓦 形式
剖分式轴瓦
结构
单金属 双金属→有轴承衬（1～2层） 三金属→钢—青铜—轴承衬
2、常用材料
金属材料 粉末冶金 非金属材料
(1) 铸铁——有游离的石墨能有润滑作用 适于轻载、低速，不受冲击的场合。
(2) 轴承合金——又称巴氏合金或白合金 由锡（Sn）、铅（Pb）、锑（Sb）、铜（Cu）等组成。 锡或铅为基体（软）， 含有锑锡（Sb-Sn）或铜锡（Cu-Sn）的晶粒（硬）。
d
2 0
)
dm n 60 1000
[
pv]
dm
d
d0 2
——止推环平均直径
[p]、[pv]——考虑平均直径和多环受力
不均，取值降低50％。
§13—6 滚动轴承的结构
滚动轴承由于是滚动摩擦，∴摩擦阻力小，发热量小， 效率高，起动灵敏、维护方便，并且已标准化，便于选用与 更换，因此使用十分广泛。
一、滚动轴承的构造
(3) 铜合金——青铜基体
锡青铜：减摩、耐磨性最好； 应用较广，强度比轴承合金高， 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。
(4) 铝基合金 ——强度高、耐磨性、耐腐蚀和导热性好 低锡—用于高速中小功率柴油机轴承。 高锡—用于高速大功率柴油机轴承。
(2) 宽度系列——右起第四位 表示同一内径和外径的轴承可以有不同的宽度。 常用代号：0，1，2，3
正常宽度系列，可略去不写
宽度系列与直径系列有一定的对应关系： 如01，02，03，11……
3、 轴承类型：基本代号右起五位，用数字或字母 表13－6
1—调心球轴承 3—圆锥滚子轴承 5—推力球轴承 6—深沟球轴承 7—角接触球轴承 N—圆柱滚子轴承
一、基本代号—— 1位字母（或数字）＋4位数字
内径代号
直径系列代号 宽度系列代号
尺寸系列
类型代号
1 — 调心球轴承
3 — 圆锥滚子轴承
轴承类型
5 — 推力球轴承 6 — 深沟球轴承
7 — 角接触球轴承
N — 圆柱滚子轴承
2、尺寸系列：
(1)、 直径系列——右起第三位 表示轴承有相同内径时，可有不同的外径。
轴向油槽；周向油槽
(1) 润滑油应从油膜压力最小处输入轴承。 (2) 油槽（沟）开在非承载区，否则会降低油膜的承载能力。
(3) 油槽轴向不能开通，以免油从油槽端部大量流失。
轴向油沟长度≈0.8B(轴瓦宽度)
(4) 水平安装轴承油槽开半周，不要延伸到承载区， 全周油槽应开在靠近轴承端部处。
(5) 垂直安装的轴承，全周油槽应靠上端部处开设。
=90°
能同时承受径向和轴向力
按滚动体形状
球轴承 ——承载能力低，极限转速高。 滚子轴承——承载能力高，极限转速低 。
三、滚动轴承的特点
1） f 小起动力矩小，η高。
优点
2）运转精度高（可用预紧方法消除游隙）。 3）轴向尺寸小。 4）某些轴能同时承受Fr和Fa，使机器结构紧凑。 5）润滑方便、简单、易于密封和维护。 6）互换性好（标准零件）。
缺点
1）承受冲击载荷能力差。 2）高速时噪音、振动较大。 3）高速重载寿命较低。 4）径向尺寸较大（相对于滑动轴承）。
角接触轴承
0<≤ 45°
向心角接触轴承 径向力（主要） 轴向力
45°<<90° 推力角接触轴承 径向力 轴向力 （主要）
§13—7 滚动轴承的代号
基本代号是轴承代号的基础。 前置代号和后置代号都是轴承代号的补充，只有在遇 到对轴承结构、形状、材料、公差等级、技术要求等 有特殊要求时才使用，一般情况可部分或全部省略。
油室 —— 使润滑油沿轴向均匀分布，同时贮油、 稳定供油和改善轴承散热。
位置：开在非承载区。 如轴颈经常正反转时，可开在两侧。
§13—4 润滑剂和润滑装置
一、润滑剂的选择 润滑剂——油、脂、固体润滑剂 选择依据——工作载荷、相对滑动速度、 工作温度和特殊工作环境等。
1、润滑油 粘度是选择润滑油最重要的参考指标。 粘度——表征润滑油流动时其油层内摩擦阻力 的大小的一个主要指标。
(6) 非金属材料——塑料、橡胶
塑料—— f小，耐腐蚀，具有自润滑性能， 但导热性差，易变形，承载能力差。 如酚醛树脂、聚铣胺（尼龙）等； 可用油，也可用水润滑。
橡胶—— 弹性大，允许轴线一定偏斜， 用水作润滑剂，用于环境较脏污处。 例如水泵、水轮机和其它水下机械用轴承。
整体式轴套 整体式轴瓦 单层、双层或多层材料卷制轴套
(3) 在有水淋或潮湿的环境下应选择防水性强 的润滑脂——铝基润滑脂、钙基润滑脂。
钙基润滑脂——耐水，适宜温度<60~80oC 钠基润滑脂——不耐水,适宜温度100~150oC 锂基润滑脂——耐水，适宜温度-20~150oC
二、润滑方法 1、油润滑
间歇供油：小型低速、间歇运动场合。 连续供油：重要的轴承。
(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) 流体动力摩擦滑动轴承在起动、停车、载荷、 转速变化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。