第9章 轴系零件

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5 4 3
2 1
35° 35°
图9-11 剖分式向心滑动轴承
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45°
图9-12 斜剖分式滑动轴承
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3） 间隙可调式 转动间隙可调试滑动轴承轴套上两端的圆螺母可使 轴套作轴向移动， 即可调节轴承的间隙（见图9-13）。
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螺螺 螺螺 轴轴
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R
L
图9-14 自动调心滑动轴承
d
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2. 推力滑动轴承的结构形式 1） 立式轴端推力滑动轴承 立式轴端推力滑动轴承由轴承座1、 衬套2、 轴瓦3 和止推瓦4组成（见图9-15）， 止推瓦底部制成球面， 可以自动复位， 避免偏载。 销钉5用来防止轴瓦转动。 轴瓦3用于固定轴的径向位置， 同时也可承受一定的径 向负荷。 润滑油靠压力从底部注入， 并从上部油管流出。
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5 4 1 3
2
1—轴轴轴；2—轴轴；3—油轴；4—油油；5—油油螺油油
图9-10 整体式向心滑动轴承
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2） 剖分式 剖分式滑动轴承主要由轴承座1、 上下轴瓦2和轴 承盖3组成（见图9-11）。 上下两部分由螺栓4连接。 轴承盖上装有润滑油杯5。 轴承的剖分面常制成阶梯形， 以便安装时定位， 并防止上、 下轴瓦错动。 在剖分面 间， 可装若干薄垫片， 当轴瓦磨损后， 可用取出适当 的垫片或重新刮瓦的方法来调整轴承间隙。轴承座和 轴承盖一般用铸铁制造， 在重载或有冲击时可用铸钢 制造。 这种轴承装拆方便， 易于调整间隙， 应用较广； 缺点是结构复杂。 设计时应注意使径向负荷的方向与 轴承剖分面垂线的夹角不大于35°。 否则应采用倾斜 剖分式（见图9-12）。
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2. 滑动轴承的类型及选用 根据轴承所承受负荷方向的不同， 可将滑动轴承 分为三类： ① 向心轴承（主要承受径向负荷）； ② 推力轴承（主要承受轴向负荷）； ③ 向心推力轴承或 推力向心轴承（同时承受径向和轴向负荷）。
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9.3.2 滑动轴承的结构形式 1. 向心滑动轴承的结构形式 1) 整体式 整体式向心滑动轴承既可将轴承与机座做成一体， 也可由轴承座1和轴套2组成（见图9-10）。 轴承座常 用铸铁制造， 底座用螺栓与机架连接， 顶部设有装润 滑油杯的螺纹孔5。 轴承套用减摩材料制成， 压入轴 承座孔内， 其上开有油孔， 内表面上开有油沟， 以输 送润滑油。 这种轴承结构简单， 制造方便， 造价低。 但轴承只能从轴端部装入或取出， 拆装不便； 而且轴 承磨损后， 无法调整轴承间隙， 只有更换轴套。 因而 多用于轻载、 低速或间歇工作的简单机械上。
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轴的毛坯一般采用轧制的圆钢或锻件。 锻件的强 度较高， 对重要的轴、 大尺寸或阶梯尺寸变化大的轴， 应采用锻造毛坯。 对于形状复杂的轴也可采用铸钢或球墨铸铁制造。 球墨铸铁具有吸振性好、 对应力集中不敏感、 易铸造 复杂的形状、 价格低等优点。 轴的常用材料及机械性 能见表9-1（略）。
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第9章 轴系零件 章
9.1 轴的分类和轴的材料 9.2 轴的结构设计 9.3 滑动轴承简介 9.4 滚动轴承的结构、 类型及代号 滚动轴承的结构、 9.5 滚动轴承的选择 9.6 滚动轴承的组合结构设计 习题9 习题
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9.1 轴的分类和轴的材料
9.1.1 轴的分类 根据轴所承受的载荷不同， 轴可分为三类。 1. 心轴 工作时只承受弯曲作用的轴称为心轴。 心轴分固 定心轴和转动心轴两种。 图9-1（a）所示的滑轮轴为 固定心轴， 即当滑轮转动时， 其轴固定不动。 图9-1 （b）所示的火车轮轴为转动心轴， 即其轴与轮用过盈 配合固定在一起， 轴与轮一起转动。
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c
b d1 d1 d d a r
(a)
(b)
(c)
图9-9 过盈配合时轴的结构形式 (a) 增大配合处轴径； (b) 轴上开减载槽； (c) 毂端开减载槽
d
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（2） 工艺上采用表面强化的方法， 提高轴的表面 质量。 经验证明， 疲劳裂纹常发生在轴的表面最粗糙 的地方。 因此除了控制轴的表面粗糙度以外， 必要时 还可采用表面热处理或表面强化处理， 如渗碳、 氮化、 高频淬火和辗压、 喷丸等方法。
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1 2
润 滑 油 出 润
3 4 5
润滑油润润
图9-15 立式轴端推力滑动轴承
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2) 立式轴环推力滑动轴承 轴环推力滑动轴承由带有轴环的轴和轴瓦组成， 一般用于低速轻载场合， 如图9-16所示。 其中多环结 构不仅能承受较大的轴向负荷， 而且还可承受双向的 轴向负荷。
轴
销
(a)
轴轴
轴 螺螺 螺螺
(b)
图9-13 带锥形表面轴套的滑动轴承 (a) 内锥式； (b) 外锥式
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4）自动调心式 对于宽径比（轴承宽度B与轴颈直径d之比B/d＞ 1.5）的滑动轴承， 为避免因轴的挠曲或轴承孔的同轴 度较低而造成轴与轴瓦端部边缘产生局部接触， 可采 用自动调心式滑动轴承（见图9-14）， 其轴瓦外表面 做成球状， 与轴承盖及轴承座的球形内表面相配合。 当轴颈倾斜时， 轴瓦自动调心。
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D
30° b (a)
30° b (b)
图9-17 整体式轴瓦
D
d
d
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120°
图9-18 剖分式轴瓦
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为了润滑轴承的工作表面， 一般都在轴瓦上开设 油孔、 油沟和油室。 油孔用来供应润滑油， 油沟用来 输送和分布润滑油， 而油室则可使润滑油沿轴向均匀 分布， 并起贮油和稳定供油的作用。 油孔一般开在轴 瓦的上方， 并和油沟一样应开在非承载区， 以免破坏 油膜的连续性而影响承载能力。 常见的油沟形式如图 9-19所示。
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9.2.5 提高轴的疲劳强度的措施 由于转轴是在变应力状态下工作的， 在结构设计 时应尽量减少应力集中， 以提高轴的疲劳强度。 （1） 改进轴的结构， 降低应力集中。 轴截面尺寸 改变处会造成应力集中， 因此阶梯轴中相邻轴段的直 径不宜相差太大， 在轴径变化处的过渡圆角半径不宜 过小。 尽量避免在轴上开横孔、 凹槽和加工螺纹。 在 重要结构中可采用过渡肩环（见图9-8（b））、 凹切 圆角（见图9-8（c）），
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F
F
d d0 d0 d (a) (b)
图9-16 立式轴环推力滑动轴承
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9.3.3 轴瓦的结构和轴承的材料 1. 轴瓦的结构 轴瓦是轴承上直接与轴颈接触的零件， 是轴承的 重要组成部分。 其结构是否合理， 对滑动轴承的性能 有很大影响。 轴瓦的结构有整体式和剖分式两种。 整 体式轴瓦（又称轴套， 见图9-17）分光滑轴套和带油 沟轴套两种。 剖分式轴瓦（见图9-18）由上、 下两半 轴瓦组成， 它的两端凸缘可以防止轴瓦的轴向窜动， 并承受一定的轴向力。
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以增加轴肩处过渡圆角半径和减小应力集中。 为了减小 轮毂的轴压配合引起的应力集中， 可开减载槽（见图 9-8（a））。 当轴上零件与轴为过盈配合时， 可采用 图9-9中的结构形式。 以减少轴配合边缘处的应力集中。
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30°
R
r
(a)
(b)
(c)
图9-8 减小圆角处应力集中的结构 (a) 减载槽； (b) 过渡肩环； (c) 凹切圆角
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9.2 轴的结构设计
9.2.1 轴头、 轴颈和轴身 轴是由轴头、 轴颈和轴身三个部分组成的。 轴与 轴承配合处的轴段部分称轴颈， 轴与轴上回转零件的 轮毂配合处的轴段部分称轴头， 连接轴头和轴颈的轴 段部分称为轴身。 在确定轴上各部分的直径时要注意 以下4点。
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(1) 轴径处的直径应取轴承的标准内径系列； (2) 轴头处的直径应与相配合的零件轮毂内径一致， 并符合标准直径系列（见表9-2）； （3） 轴身处的直径可选用自由尺寸； （4） 轴上螺纹或花键处的直径均应符合螺纹或花 键的标准。
(b)
图9-6 退刀槽和越程槽
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30°
图9-7 键槽的布置
φ 60 r6
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（3） 为了便于轴上零件的装配和去除毛刺， 轴端 和轴肩端部一般均应制出45°的倒角。 过盈配合轴段的 装入端应加工出半锥角为30°的导向锥面（见图9-7）。 （4） 为了便于加工， 应使轴上直径相近处的圆角、 倒角、 键槽、 退刀槽和越程槽等尺寸一致。
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优质碳素钢价格低廉， 对应力集中的敏感性小， 并能通过热处理获得良好的综合机械性能。 一般机械 上的轴， 常用35或45钢， 其中又以45钢用的最多。 对 受力较小或不重要的轴， 可用Q235、 Q255等普通碳 素钢。 合金钢具有较高的机械强度和优越的淬火性， 但 价格较贵， 对应力集中比较敏感。 合金钢常用于高速、 重载及要求耐磨、 耐高温等特殊要求的场合。 合金钢 和碳素钢具有相近的弹性模量， 且热处理对其影响也 不大， 故采取合金钢并不能提高轴的刚度。
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电游电 轴轴 联轴联 1
胶胶胶游 2 工工电工
轴 联轴联 5 4 3 齿齿 齿齿齿齿联
(a)
(b)
图9-3 减速器的轴 （a) 减速器装置传动简图； （b) 减速器的输出轴
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图9-4 曲轴
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图9-5 软轴
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9.1.2 轴的材料 轴的失效主要是疲劳破坏， 因此对轴的材料提出 的主要要求是具有足够的疲劳强度， 对应力集中的敏 感性小， 与滑动零件接触的表面应有足够的耐磨性， 以及易于加工和热处理。 轴的常用材料主要是优质碳 素钢和合金钢。