第二节　轴 与 轴 承

一、轴

轴是组成机器的重要零件之一，用于支承作回转运动或摆动的零件来实现其回转或摆动，使其有确定的工作位置。轴的主要作用是：①支承旋转零件（例如齿轮、蜗轮等）；②传递运动和动力。

（一）轴的分类

（1）按照轴线形状分类，轴可分为直轴、曲轴和软轴。

①直轴　直轴按外形不同可分为光轴、阶梯轴及一些特殊用途的轴，如凸轮轴、花键轴、齿轮轴及蜗杆轴等，如图3-7（a）、（b）所示。

光轴形状简单，加工容易，轴上应力集中减少。但零件在其上安装和固定不便。光轴常用于纺织机械、农业机械和机床上。阶梯轴各截面的直径不同，便于轴上零件的安装和定位，而且由于轴上载荷通常是不均匀分布的，所以阶梯轴受载比较合理，接近等强度梁，广泛地应用在各种转动机构中。

直轴一般都制成实心的。但有时因机器结构要求而需在轴中装其他零件，或者在轴孔中输送润滑油、冷却液，或者对减轻轴的重量有重大作用时（如大型水轮机的轴、航空发动机的轴），则将轴制成空心的，如图3-8所示。由于传递转矩主要靠轴的外表面材料，所以空心轴比实心轴在材料利用方面较为合理，可节约材料。通常空心轴内径与外径的比值为0.5～0.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。

②曲轴　曲轴是内燃机、曲柄压力机等机器上的专用零件，用以将往复运动转变为旋转运动，或做相反转变，如图3-7（c）所示。

③软轴　由多组钢丝分层卷绕而成，具有良好挠性，可将回转运动灵活传到不开敞的空间位置。

软轴主要用于两传动轴线不在同一直线或工作时彼此有相对运动的空间传动，也可用于受连续振动的场合，以缓和冲击，如图3-9所示。

（2）按轴承受的载荷不同，可将轴分为心轴、转轴和传动轴三种。

①心轴　只受弯矩而不受转矩的轴，心轴又可分为转动的心轴和不转动的心轴。

②转轴　既承受弯矩又承受转矩的轴，如减速器中的轴。

③传动轴　只传递转矩而不承受弯矩，或所受弯矩很小的轴，如汽车中连接变速箱与后桥之间的轴。

（二）零件在轴上的固定方法

零件在轴上的固定方法与特点如表3-10所示。

二、滚动轴承

轴承的功能是支承轴及轴上的回转件，以保证轴的旋转精度，减小轴与支撑件之间的摩擦。

机器中所用的轴承，按照它们工作时摩擦性质的不同，可分为滚动（摩擦）轴承和滑动（摩擦）轴承两大类。

（一）滚动轴承的结构、类型及特点

滚动轴承的结构如图3-10（a）所示，一般由内圈、外圈、滚动体及保持架4部分组成。滚动体沿内、外圈上特制的沟槽——滚道滚动。保持架把滚动体均匀分隔开，以免相互碰撞。通常内圈安装在轴颈上，外圈安装在支承构件的孔中。常用的滚动体如图3-10（b）所示。

滚动轴承按承受载荷的方向不同可分为三类：向心轴承，主要承受径向力；推力轴承，只能承受轴向力；向心推力轴承，能同时承受径向力和轴向力。

根据滚动体的形状，滚动轴承又分为两类：球轴承，滚动体为钢球；滚子轴承，滚动体为圆柱滚子、圆锥滚子、球面滚子及滚针等，它适用于负荷大、转速低的场合。

滚动轴承和滑动轴承相比具有下列优点：摩擦力矩小，承载能力强，位置精度高，使用寿命长，具有互换性，维修方便且能大批量生产。滚动轴承的缺点是尺寸较大，承受冲击载荷能力差，高速运转时噪声大。

滚动轴承虽然结构复杂，但它是标准化零件，由专业化工厂按照国家标准生产，所以应用非常普遍。

（二）滚动轴承的润滑与密封

滚动轴承各元件间在运转中虽做相对滚动，但亦伴有相对滑动。在载荷作用下，接触处产生很大的接触应力和摩擦力，同时发出热量引起高温，导致接触表面的磨损、点蚀乃至胶合。因此，必须进行有效的润滑，借以降低摩擦阻力、散热、减轻磨损、吸振缓冲和防止锈蚀等。

滚动轴承常用的润滑方式有油润滑和脂润滑两种。

脂润滑结构简单、油膜强度高、不易流失、便于密封。但润滑脂104的黏度大，高速时发热严重，所以只适合在较低速度下采用。

润滑脂的主要性能指标为稠度和滴点。轴承的载荷大、速度较低时，可选稠度小的润滑脂；反之，应选稠度较大的润滑脂。为了不使润滑脂流失，轴承的工作温度应低于润滑脂的滴点。另外，选用润滑脂种类必须考虑工作环境的要求，例如抗湿、耐水、耐腐蚀等。

此外，轴承中润滑脂的充填量以填满轴承空隙的1/3～1/2为宜，高速下，只能充填至1/3，充填过满，将使摩擦加剧，温度升高，使油脂黏度下降，影响轴承工作。

当载荷大、速度较高和工作温度高时，脂润滑已不能满足要求而必须采用油润滑。润滑油的主要性能指标是黏度。轴承所受载荷愈大，工作温度愈高，则需选黏度愈大的油。而轴承的转速愈高，则应选用黏度愈小的油。常见的油润滑方法主要有以下几种。

（1）油浴润滑　这种方式是将轴承的一部分浸入油池中进行润滑，如图3-11所示。这是在低速和中速轴承中用得最多的一种润滑方式。在转速高于10000r/min时不允许用这种方式润滑，因这时的搅动损失很大，会引起油液和轴承的严重过热。

（2）飞溅及油环润滑　用于闭式润滑，利用回转零件（如齿轮、甩油盘等）把油击成油星飞溅至箱盖，通过油沟送至轴承，或利用轴上油环浸于油中，转动时将油带入轴承，如图3-12所示。这种润滑方式方便，但溅油零件的圆周速度不宜过高，浸入油内不宜过深，其缺点是易使沉积的磨粒进入轴承，致使轴承过早磨损。

（3）循环润滑　这种方式是用油泵把油连续输入到轴承中进行润滑。它可以控制轴承温度，常用于给油点多及重载、振动大或承受交变载荷的工作条件下以及高速轴承中，是很好的供油方式。

（4）喷雾润滑　这种方式是用滤过的洁净压缩空气把净化的润滑油雾化，然后吹入轴承，使油雾可靠地达到轴承摩擦面上。这种方式润滑效果好，冷却效果也好，适合于高速轻载的轴承。其缺点是耗空气量大，排出的油雾污染环境等，多用于中小型轴承，如图3-13所示。

（5）喷射润滑　如轴承的温度较高，达到120℃时，喷雾油嘴易被油的积炭堵塞，而轴承回转时产生的气流使油难以进入轴承，此时，可将油用9810～49000N/m的压力，用喷嘴对准滚动轴承内圈与保持架之间的间隙喷射，如图3-14所示。

除上述几种润滑方法外，还有滴油、油杯、油绳润滑等。

润滑油的使用要定期检查、更换，油的更换期要看油的变质情况而定，如油的黏度超过规定值的10%～15%、水分超过1%～3%时，就应当更换。通常，在设备连续运转时，如轴承温度在50℃左右，一般可一年更换一次润滑油；如外界温度较高，轴承温度在100℃时，就要一年更换两三次润滑油；如油中水分及异物侵入较多时，就要适当增加更换次数。

三、滑动轴承

（一）滑动轴承的特点

滑动轴承和滚动轴承一样，也是作为一种支承来支持转轴和心轴的，与滚动轴承不同之处在于前者的轴颈和轴承表面工作时形成滑动摩擦，而后者主要形成滚动摩擦。

滑动轴承按其承载方向可分为向心滑动轴承、推力滑动轴承、向心和推力组合滑动轴承。与滚动轴承相比滑动轴承具有以下特点：

（1）寿命长，适用于高速场合，如设计正确，可保证在液体摩擦的条件长期工作，例如大型汽轮机、发电机多采用液体摩擦滑动轴承。

（2）能承受冲击和振动载荷　滑动轴承工作表面间的油膜能起缓冲和吸振的作用，如冲床、轧钢机械以及往复式机械中多采用滑动轴承。

（3）运转精度高，工作平稳，无噪声。

（4）结构简单，装拆方便　滑动轴承常做成剖分式的，这给装拆带来很多方便，如曲轴轴承多采用剖分式滑动轴承。

（5）承载能力大，可用于重载场合。

（6）非液体摩擦滑动轴承，摩擦损失大；液体摩擦滑动轴承的摩擦损失与滚动轴承相差不多，但设计、制造、润滑及维护要求较高。

因此，滑动轴承的应用不如滚动轴承那样普遍，但在大型汽轮机、发电机、压缩机、轧钢机以及高速磨床等设备中仍然得到广泛的应用。在这些设备中，滑动轴承往往是关键性的部件之一，其工作性能的好坏直接影响整个机器的运转稳定性。下面将主要介绍向心滑动轴承。

（二）向心滑动轴承的类型及结构

1.整体式径向滑动轴承

整体式径向滑动轴承分为有轴套和无轴套两种。如图3-15所示，轴套压装在轴承座中，并加止动螺钉以防相对运动。轴承座的顶部设有装有油杯的螺纹孔。轴承用螺栓固定在机架上。这种轴承结构简单、制造方便、成本低，但轴必须从轴承端部装入，装配不便，且轴承磨损后径向间隙不能调整，故多用于低速、轻载及间歇工作的地方，如绞车、手摇起重机等。

2.剖分式滑动轴承

如图3-16所示，这种轴承由轴承座、轴承盖、剖分式轴瓦、润滑装置和连接螺栓等组成。轴承座和轴承盖的剖分处有止口，以便定位和防止轴向移动；止口处上下面有一定间隙，当轴瓦磨损经修整后，可适当减少放在此间隙中的垫片来调整轴承盖的位置以夹紧轴瓦。装拆这种轴承时，轴不需轴向移动，故装拆方便，被广泛地应用。

3.调心式径向滑动轴承

当安装有误差或轴的弯曲变形较大时，轴承两端会产生接触磨损，因此对于较长的轴，轴的挠度较大不能保证两轴承孔的同轴度时，常采用调心轴承，如图3-17所示。调心轴承又称自位轴承，这种轴承的轴瓦和轴承体之间采用球面配合。球面中心位于轴颈轴线上。轴瓦能随轴的弯曲变形沿任意方向转动以适应轴颈的偏斜，可避免轴承端部的载荷集中和过度磨损。

（三）轴瓦和轴承衬

轴瓦是滑动轴承的主要组成部分，它直接与轴颈接触，其性能的好坏对轴承的工作影响很大。为了节省贵重的合金材料或者由于结构上的需要，常在轴瓦的内表面上浇铸或轧制一层轴承合金，这层轴承合金称为轴承衬。具有轴承衬的轴瓦，轴承衬直接与轴颈接触，轴瓦只起支承作用。

一般情况下，滑动轴承的主要失效形式是磨损和胶合，其他还有疲劳剥伤、刮伤、腐蚀等。因此，轴瓦和轴承衬的材料应具备下列性能。

（1）有足够的疲劳强度，以防在载荷作用下产生疲劳裂纹和剥伤；有足够的抗压强度，以防过度的塑性变形。

（2）有良好的可塑性，使轴承能适应轴颈少量的偏斜和变形，使落入间隙的微小硬粒能嵌入轴瓦（衬）表面，以免擦伤轴颈。

（3）有良好的耐磨性和减摩性，使轴承工作时摩擦系数低并且不致研损轴颈。

（4）有良好的加工性和跑合性　加工性好，易于获得光滑的加工表面；跑合性好，可缩短跑合期，延长使用期限。

（5）其他性能　如导热性好、热膨胀系数低、耐磨蚀、易于浇铸、价格便宜等。

任何一种材料都不可能全面满足上述要求，因此，只能根据具体工作条件，按主要要求来选择合适的材料。

目前常用的轴瓦和轴承衬的材料有轴承合金、青铜、黄铜、灰铸铁、金属陶瓷以及某些非金属材料，如木质塑料、布质塑性、尼龙等。

（四）滑动轴承的损坏类型、原因与处理方法

滑动轴承的损坏类型、原因与处理方法，如表3-11所示。

四、联轴器

一般机械都是由原动机、传动机构和工作机构组成，这三部分必须连接起来才能工作，而联轴器就是把它们连接起来的一种重要装置。联轴器主要用于两轴之间的连接，也可用于轴和其他零件（卷筒、齿轮、带轮等）之间的连接。它的主要任务是传递扭矩。

联轴器种类很多，根据其内部是否包含有弹性元件，可划分为刚性联轴器与弹性联轴器两大类。弹性联轴器具有弹性元件，故能吸收振动、缓和冲击，同时也可利用弹性元件的弹性变形不同程度地补偿两轴线可能发生的偏移。刚性联轴器根据其结构特点可分为固定式与平移式两类，前者没有补偿位移的能力，后者利用其中某些元件的相对运动来补偿两轴线的偏移。通常刚性平移式联轴器补偿能力高于弹性联轴器，但无吸收振动、缓和冲击的能力。

（一）刚性联轴器

刚性联轴器具有结构简单、制造成本低等优点，但对被连两轴轴线的对中性要求较高，且应使联轴器尽量靠近轴承。刚性联轴器无缓冲和减振作用，适用于载荷平稳或只有轻微冲击的场合。

（二）联轴器的装配

以齿式联轴器的装配为例。

1.无键过盈齿式联轴器的装配程序及要求

（1）各部分配合尺寸是否符合要求，其过盈量应在规定范围内。

（2）仔细清洗轴和外齿圈，待洗油（剂）挥发干后，在锥形轴段的外表面薄薄地涂上一层红丹油，把外齿圈小心地推紧到轴上，做好记号，取下外齿圈，检查接触面积，接触面积不低于整个接触表面的80%。如果达不到80%，但相差比较小时，可以对外齿圈内孔进行修整，用金相砂纸把内表面上接触印痕重的地方轻轻磨去，然后再检查接触面积。这时，外齿圈推上轴时，要对准原来所作的记号。

（3）接触面积检查合格后，将轴和外齿圈再次清洗干净，把外齿圈按记号推紧到轴上，用深度游标尺测量外齿圈端面到轴头端面的距离，因为这时外齿圈和轴之间既无过盈，也无间隙，所以称这个距离为零间隙距离。

（4）把外齿圈沿轴向推进有两种方法：第一种是加热法，即把外齿圈加热到某一温度，然后沿轴向推进；第二种是外齿圈用液压膨胀到一定的尺寸，再把外齿圈沿轴向推进。第一种方法与一般的热装法相同；第二种方法虽然要备有专用工具，但在现场使用非常方便。

（5）用液压法装配时，在测量零间隙距离后，取下外齿圈，装上外齿圈两端的橡胶O形环和背环，背环装在O形环压力低的一侧。把外齿圈推紧到轴上，用深度游标尺测量外齿圈端面到轴头端面的距离，这个距离要和零间隙距离相等。然后，装上膨胀外齿圈和推进外齿圈的手摇油泵、接头及压力表等工具，分数次（一般3～4次）推进外齿圈轴向移动量，可用百分表测量，直至达到要求为止。

（6）卸油压时，先卸去膨胀外齿圈的油压，然后卸去轴向推进的油压，轴向推进外齿圈的力要保持1h左右再卸压。

（7）外齿圈装配完毕后，把联轴器内齿圈和外齿圈上的齿相配，不能有卡涩现象，若出现卡涩情况，应找出原因予以消除。

（8）把相关的一对联轴器，经过中间套筒连接起来，来回拨动中间套筒到两端极限位置，用百分表测量其轴向窜动总量，其值应为3～5mm。

（9）外齿圈的拆卸程序，原则上是上述过程的逆过程，但要注意两个问题：第一，当用液压膨胀外齿圈的轮壳时，外齿圈有可能沿轴向迅速弹出造成事故，一般采用轴向锁紧螺母加厚铅垫，并使铅垫离轮壳端1mm左右，再加油压的方法来防止意外事故，或者带一定的推进油压防止外齿圈沿轴向迅速弹出；第二，拆卸外齿圈时，膨胀油压要慢慢升高，以防超压，对于高强度钢的最高油压，一般不应超过250MPa，到达规定油压后，往往需要1h左右才能退出，绝不可以为了加快退出的时间而增加油压。

2.键联接齿式联轴器的装配要求

一般都采用双键连接，双键是对称布置的，轴端可加工成锥形圆柱形，半联轴器外齿圈与轴要求有一定的过盈量，具体装配要求如下。

（1）为了保证联轴器的正确装配，在两个内齿圈及外齿圈的连接处，加工时要有定位线或定位孔，装拆时，定位线或定位孔必重合。

（2）同“1.无键过盈齿式联轴器的装配程序及要求”中的（1）、（2）。

（3）一般齿式联轴器外齿圈和轴端的配合，推荐用H7/n6、H7/r6或H7/s6连同键来固定。

（4）键联接齿式联轴器过盈量一般比无键过盈式联轴器的小，视情况可用锁紧螺母推进外齿圈，或者用热装法。

（5）不管是键联接齿式联轴器，或无键过盈式联轴器，装配完毕后，应检查径向跳动，允许的径向跳动量如表3-12所示。

（6）齿式联轴器的齿面应在有润滑油条件下进行工作，其润滑方式，可以为喷雾式，即油嘴向联轴器内连续喷入压力油；也可以为油浴式，即在联轴器内维持一定高度的润滑油，并每六个月换一次油，每月检查两次油的耗量情况。所用的润滑油应当是黏而流动的，一般可用机械油或汽轮机油。