7-1 轴 重点
一、轴的分类
| 类型 | 受力特点 | 实例 |
|---|---|---|
| 心轴 | 只承受弯矩，不传递转矩 | 自行车前轴、火车轮轴、滑轮轴 |
| 传动轴 | 只承受转矩，不承担或只承担很小弯矩 | 汽车传动轴、车床光杠 |
| 转轴 | 既承受弯矩又传递转矩 | 减速器输入/输出轴、机床主轴 |
按轴线形状又可分为直轴（光轴、阶梯轴）、曲轴（内燃机）和挠性轴（软轴）。
二、轴的材料
- 常用 45 钢，调质处理后具有良好的综合力学性能，应用最广。
- 承载较大或要求精度高时用 40Cr 等合金钢，调质或表面淬火。
- 高速、重载、要求耐磨时用 20CrMnTi 渗碳淬火（如汽车变速器轴）。
- 形状复杂、批量大时可用球墨铸铁 QT600-3 铸造，减少切削加工。
注意
合金钢的强度高于碳钢，但弹性模量 E 与碳钢几乎相同，因此用合金钢不能提高轴的刚度，只能提高强度；要提高刚度必须增大截面尺寸。
三、轴的结构设计
轴的结构应满足：轴上零件定位可靠、装拆方便、受力合理、加工工艺性好。
| 定位方式 | 作用 | 特点 |
|---|---|---|
| 轴肩 / 轴环 | 承受较大轴向力，可靠 | 结构简单，但会使轴径增大、产生应力集中 |
| 套筒 | 多零件间轴向定位 | 不削弱轴，但增加重量 |
| 圆螺母 + 止动垫圈 | 固定轴端零件 | 可调整间隙，需切制螺纹、削弱轴 |
| 弹性挡圈 | 结构紧凑、占用空间小 | 只能承受较小轴向力 |
| 轴端挡圈、紧定螺钉 | 轴端零件固定 | 结构简单，传递转矩小 |
- 工艺性：轴端倒角便于装配；轴肩处设圆角（r）减小应力集中；磨削处留砂轮越程槽，车螺纹处留退刀槽。
- 阶梯轴：直径从轴端向中间逐渐增大，便于零件依次装入并各自定位。
四、轴的最小直径估算
估算出最小直径后，再按轴上零件的配合、密封件与轴承标准尺寸圆整，最后进行弯扭组合强度校核与刚度校核。
易错
① 轴上零件的转矩应通过键、过盈或销传递，轴肩只承受轴向力；② 轴承定位轴肩高度必须小于轴承内圈厚度，否则拆卸困难；③ 轴上开多个键槽时应尽量布置在同一母线上，减少应力集中。
7-2 滑动轴承 基础
一、特点与适用
滑动轴承工作时轴颈与轴瓦之间为滑动摩擦。其优点是承载能力大、抗冲击、工作平稳、噪声小、径向尺寸小、可做成剖分结构便于安装；缺点是摩擦损失大、起动阻力大、维护要求高（需保证润滑）。
适用场合：高速轻载（磨床主轴）、低速重载（轧钢机、水轮机）、冲击载荷大、要求特别平稳或径向尺寸受限的场合，以及不便使用滚动轴承的场合。
二、主要类型
| 类型 | 结构特点 | 应用 |
|---|---|---|
| 整体式径向滑动轴承 | 结构简单、成本低，但轴瓦磨损后间隙无法调整，装拆需轴向移动 | 低速轻载、间歇工作 |
| 剖分式径向滑动轴承 | 由轴承座、轴承盖、上下轴瓦组成，装拆方便、可调整间隙 | 一般机械、减速器 |
| 调心式 | 轴瓦外表面为球面，可自适应轴的挠曲 | 长轴、多支点 |
| 推力滑动轴承 | 承受轴向载荷 | 立式水泵、水轮机 |
三、轴瓦材料
- 轴承合金（巴氏合金）：减摩性、嵌藏性、跑合性最好，但强度低、价格高，需浇铸在钢瓦背上，用于高速重载。
- 铜合金：承载能力高、耐磨，但跑合性稍差，用于中速重载（ZCuSn10P1、ZCuAl10Fe3）。
- 铸铁：成本低、耐磨，用于低速轻载。
- 含油轴承（粉末冶金）：孔隙中含润滑油，可长期不加油，用于家电、仪表。
四、润滑状态与失效
| 状态 | 油膜情况 | 摩擦因数 | 磨损 |
|---|---|---|---|
| 干摩擦 | 无润滑膜 | 0.1～1 | 严重，应避免 |
| 边界摩擦 | 极薄边界膜（吸附膜） | 0.05～0.15 | 轻微，常见于起动与低速 |
| 流体摩擦 | 完整油膜，两表面完全隔开 | 0.001～0.01 | 几乎为零，理想状态 |
主要失效形式：磨损（磨粒、粘着）、胶合（高速重载油膜破裂）、疲劳剥落（交变载荷）、烧瓦（断油）。设计时应保证足够的润滑与合适的宽径比 B/d（一般 0.5～1.5）。
7-3 滚动轴承 重点
一、结构与特点
滚动轴承由内圈、外圈、滚动体、保持架四部分组成。内圈与轴颈配合、外圈与轴承座配合，滚动体在滚道上滚动，保持架使滚动体均匀分布、防止相互摩擦。
与滑动轴承相比：摩擦因数小（0.001～0.005）、起动灵活、效率高、标准化程度高、互换性好、维护方便；但抗冲击能力较差、高速时噪声与发热大、径向尺寸较大、寿命有限。
二、类型与代号
| 类型代号 | 类型 | 承载特点 |
|---|---|---|
| 6 | 深沟球轴承 | 主要承受径向载荷，也能承受一定双向轴向载荷，最常用 |
| 7 | 角接触球轴承 | 可同时承受径向与单向轴向载荷，需成对使用 |
| 3 | 圆锥滚子轴承 | 承受较大径向与单向轴向载荷，需成对安装 |
| 5 | 推力球轴承 | 只能承受轴向载荷，不能承受径向载荷 |
| N | 圆柱滚子轴承 | 承受较大径向载荷，不能承受轴向载荷 |
- 内径代号：00→10 mm，01→12 mm，02→15 mm，03→17 mm，04 及以上用代号×5。
- 公差等级：P0（普通，最常用）、P6、P5、P4、P2（精度依次提高）。
三、失效形式与寿命
- 疲劳剥落（最常见）：滚道或滚动体表面在交变接触应力下剥落。
- 磨损：粉尘进入、润滑不良。
- 断裂：过载、冲击、安装敲击。
- 保持架损坏：高速、振动、润滑不足。
若已知转速 n（r/min），则寿命小时数 L10h = 10⁶L10/(60n)。当量动载荷 P = XFr + YFa，X、Y 由轴承类型与 Fa/Fr 查表确定。
四、安装、配合与维护
- 配合：内圈随轴一起转动，与轴采用过盈配合（如 k6、m6），防止相对滑动（“跑内圈”）；外圈与座孔采用过渡或间隙配合（如 H7、J7），便于游动与装拆。
- 装拆：安装时力应加在配合圈的端面上，严禁通过滚动体传力；拆卸用专用拉马，不得敲击。
- 润滑与密封：脂润滑结构简单、密封方便；油润滑散热好，适合高速。密封应防尘、防漏。
- 预紧与游动：角接触、圆锥滚子轴承需调整游隙或预紧；一端轴承应留轴向游动间隙，补偿轴的热伸长。
选型顺序
先定类型（按载荷方向、大小、转速）→ 再定尺寸（按寿命计算 C）→ 最后定精度与游隙（按旋转精度、温升要求）。
7-4 机械的润滑与密封 基础
一、润滑的作用
降低摩擦、减少磨损、冷却散热、防锈防尘、缓冲吸振、密封。良好润滑可使零件寿命成倍提高。
二、润滑剂
| 种类 | 特点 | 应用 |
|---|---|---|
| 润滑油（机油） | 流动性好、散热好、可循环，主要指标为黏度 | 高速、高温、需散热的场合 |
| 润滑脂（黄油） | 黏附性好、密封简单、不需频繁补充，但散热差 | 低速、重载、不便加油处（轴承、链条） |
| 固体润滑剂 | 石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯，耐高温、耐腐蚀 | 高温、真空、强腐蚀、无油环境 |
黏度是选择润滑油的首要依据：速度高、载荷小、温度低时选低黏度油；反之选高黏度油。黏度过低油膜承载不足，过高则阻力大、发热多。
三、润滑方式
- 手工加油/脂：最简单，适用于低速轻载、间歇工作。
- 滴油润滑：用油杯定时滴油，适用于中速轴承。
- 浸油（油浴）润滑：零件部分浸入油池，适用于减速器齿轮、低速轴承。油面一般浸到 1～2 个齿高或轴承下部滚子的中心。
- 飞溅润滑：靠旋转件把油甩到箱壁、经油沟流回轴承，减速器常用。
- 喷油/油雾润滑：用于高速、重载、大功率场合，冷却与润滑效果好。
四、密封
| 类型 | 形式 | 特点 |
|---|---|---|
| 接触式密封 | 毡圈、唇形密封圈（油封）、O 形圈 | 密封可靠，但有摩擦、适合中低速 |
| 非接触式密封 | 间隙密封、迷宫密封、甩油环（甩油盘）、螺旋密封 | 无摩擦、寿命长，适合高速，但密封性稍差 |
| 组合式 | 迷宫 + 油封、甩油环 + 毡圈 | 兼顾密封性与寿命，用于重要场合 |
注意
唇形密封圈安装时，唇口应朝向介质一侧（防止油外漏）；防尘时可有第二唇口。毡圈安装前应浸油，装配时不得损伤唇口。