第二節　軸 與 軸 承

一、軸

軸是組成機器的重要零件之一，用于支承作回轉運動或擺動的零件來實現其回轉或擺動，使其有確定的工作位置。軸的主要作用是：①支承旋轉零件（例如齒輪、蝸輪等）；②傳遞運動和動力。

（一）軸的分類

（1）按照軸線形狀分類，軸可分為直軸、曲軸和軟軸。

①直軸　直軸按外形不同可分為光軸、階梯軸及一些特殊用途的軸，如凸輪軸、花鍵軸、齒輪軸及蝸桿軸等，如圖3-7（a）、（b）所示。

光軸形狀簡單，加工容易，軸上應力集中減少。但零件在其上安裝和固定不便。光軸常用于紡織機械、農業機械和機床上。階梯軸各截面的直徑不同，便于軸上零件的安裝和定位，而且由于軸上載荷通常是不均勻分布的，所以階梯軸受載比較合理，接近等強度梁，廣泛地應用在各種轉動機構中。

直軸一般都制成實心的。但有時因機器結構要求而需在軸中裝其他零件，或者在軸孔中輸送潤滑油、冷卻液，或者對減輕軸的重量有重大作用時（如大型水輪機的軸、航空發動機的軸），則將軸制成空心的，如圖3-8所示。由于傳遞轉矩主要靠軸的外表面材料，所以空心軸比實心軸在材料利用方面較為合理，可節約材料。通常空心軸內徑與外徑的比值為0.5～0.6，以保證軸的剛度及扭轉穩定性。

②曲軸　曲軸是內燃機、曲柄壓力機等機器上的專用零件，用以將往復運動轉變為旋轉運動，或做相反轉變，如圖3-7（c）所示。

③軟軸　由多組鋼絲分層卷繞而成，具有良好撓性，可將回轉運動靈活傳到不開敞的空間位置。

軟軸主要用于兩傳動軸線不在同一直線或工作時彼此有相對運動的空間傳動，也可用于受連續振動的場合，以緩和沖擊，如圖3-9所示。

（2）按軸承受的載荷不同，可將軸分為心軸、轉軸和傳動軸三種。

①心軸　只受彎矩而不受轉矩的軸，心軸又可分為轉動的心軸和不轉動的心軸。

②轉軸　既承受彎矩又承受轉矩的軸，如減速器中的軸。

③傳動軸　只傳遞轉矩而不承受彎矩，或所受彎矩很小的軸，如汽車中連接變速箱與后橋之間的軸。

（二）零件在軸上的固定方法

零件在軸上的固定方法與特點如表3-10所示。

二、滾動軸承

軸承的功能是支承軸及軸上的回轉件，以保證軸的旋轉精度，減小軸與支撐件之間的摩擦。

機器中所用的軸承，按照它們工作時摩擦性質的不同，可分為滾動（摩擦）軸承和滑動（摩擦）軸承兩大類。

（一）滾動軸承的結構、類型及特點

滾動軸承的結構如圖3-10（a）所示，一般由內圈、外圈、滾動體及保持架4部分組成。滾動體沿內、外圈上特制的溝槽——滾道滾動。保持架把滾動體均勻分隔開，以免相互碰撞。通常內圈安裝在軸頸上，外圈安裝在支承構件的孔中。常用的滾動體如圖3-10（b）所示。

滾動軸承按承受載荷的方向不同可分為三類：向心軸承，主要承受徑向力；推力軸承，只能承受軸向力；向心推力軸承，能同時承受徑向力和軸向力。

根據滾動體的形狀，滾動軸承又分為兩類：球軸承，滾動體為鋼球；滾子軸承，滾動體為圓柱滾子、圓錐滾子、球面滾子及滾針等，它適用于負荷大、轉速低的場合。

滾動軸承和滑動軸承相比具有下列優點：摩擦力矩小，承載能力強，位置精度高，使用壽命長，具有互換性，維修方便且能大批量生產。滾動軸承的缺點是尺寸較大，承受沖擊載荷能力差，高速運轉時噪聲大。

滾動軸承雖然結構復雜，但它是標準化零件，由專業化工廠按照國家標準生產，所以應用非常普遍。

（二）滾動軸承的潤滑與密封

滾動軸承各元件間在運轉中雖做相對滾動，但亦伴有相對滑動。在載荷作用下，接觸處產生很大的接觸應力和摩擦力，同時發出熱量引起高溫，導致接觸表面的磨損、點蝕乃至膠合。因此，必須進行有效的潤滑，借以降低摩擦阻力、散熱、減輕磨損、吸振緩沖和防止銹蝕等。

滾動軸承常用的潤滑方式有油潤滑和脂潤滑兩種。

脂潤滑結構簡單、油膜強度高、不易流失、便于密封。但潤滑脂104的黏度大，高速時發熱嚴重，所以只適合在較低速度下采用。

潤滑脂的主要性能指標為稠度和滴點。軸承的載荷大、速度較低時，可選稠度小的潤滑脂；反之，應選稠度較大的潤滑脂。為了不使潤滑脂流失，軸承的工作溫度應低于潤滑脂的滴點。另外，選用潤滑脂種類必須考慮工作環境的要求，例如抗濕、耐水、耐腐蝕等。

此外，軸承中潤滑脂的充填量以填滿軸承空隙的1/3～1/2為宜，高速下，只能充填至1/3，充填過滿，將使摩擦加劇，溫度升高，使油脂黏度下降，影響軸承工作。

當載荷大、速度較高和工作溫度高時，脂潤滑已不能滿足要求而必須采用油潤滑。潤滑油的主要性能指標是黏度。軸承所受載荷愈大，工作溫度愈高，則需選黏度愈大的油。而軸承的轉速愈高，則應選用黏度愈小的油。常見的油潤滑方法主要有以下幾種。

（1）油浴潤滑　這種方式是將軸承的一部分浸入油池中進行潤滑，如圖3-11所示。這是在低速和中速軸承中用得最多的一種潤滑方式。在轉速高于10000r/min時不允許用這種方式潤滑，因這時的攪動損失很大，會引起油液和軸承的嚴重過熱。

（2）飛濺及油環潤滑　用于閉式潤滑，利用回轉零件（如齒輪、甩油盤等）把油擊成油星飛濺至箱蓋，通過油溝送至軸承，或利用軸上油環浸于油中，轉動時將油帶入軸承，如圖3-12所示。這種潤滑方式方便，但濺油零件的圓周速度不宜過高，浸入油內不宜過深，其缺點是易使沉積的磨粒進入軸承，致使軸承過早磨損。

（3）循環潤滑　這種方式是用油泵把油連續輸入到軸承中進行潤滑。它可以控制軸承溫度，常用于給油點多及重載、振動大或承受交變載荷的工作條件下以及高速軸承中，是很好的供油方式。

（4）噴霧潤滑　這種方式是用濾過的潔凈壓縮空氣把凈化的潤滑油霧化，然后吹入軸承，使油霧可靠地達到軸承摩擦面上。這種方式潤滑效果好，冷卻效果也好，適合于高速輕載的軸承。其缺點是耗空氣量大，排出的油霧污染環境等，多用于中小型軸承，如圖3-13所示。

（5）噴射潤滑　如軸承的溫度較高，達到120℃時，噴霧油嘴易被油的積炭堵塞，而軸承回轉時產生的氣流使油難以進入軸承，此時，可將油用9810～49000N/m的壓力，用噴嘴對準滾動軸承內圈與保持架之間的間隙噴射，如圖3-14所示。

除上述幾種潤滑方法外，還有滴油、油杯、油繩潤滑等。

潤滑油的使用要定期檢查、更換，油的更換期要看油的變質情況而定，如油的黏度超過規定值的10%～15%、水分超過1%～3%時，就應當更換。通常，在設備連續運轉時，如軸承溫度在50℃左右，一般可一年更換一次潤滑油；如外界溫度較高，軸承溫度在100℃時，就要一年更換兩三次潤滑油；如油中水分及異物侵入較多時，就要適當增加更換次數。

三、滑動軸承

（一）滑動軸承的特點

滑動軸承和滾動軸承一樣，也是作為一種支承來支持轉軸和心軸的，與滾動軸承不同之處在于前者的軸頸和軸承表面工作時形成滑動摩擦，而后者主要形成滾動摩擦。

滑動軸承按其承載方向可分為向心滑動軸承、推力滑動軸承、向心和推力組合滑動軸承。與滾動軸承相比滑動軸承具有以下特點：

（1）壽命長，適用于高速場合，如設計正確，可保證在液體摩擦的條件長期工作，例如大型汽輪機、發電機多采用液體摩擦滑動軸承。

（2）能承受沖擊和振動載荷　滑動軸承工作表面間的油膜能起緩沖和吸振的作用，如沖床、軋鋼機械以及往復式機械中多采用滑動軸承。

（3）運轉精度高，工作平穩，無噪聲。

（4）結構簡單，裝拆方便　滑動軸承常做成剖分式的，這給裝拆帶來很多方便，如曲軸軸承多采用剖分式滑動軸承。

（5）承載能力大，可用于重載場合。

（6）非液體摩擦滑動軸承，摩擦損失大；液體摩擦滑動軸承的摩擦損失與滾動軸承相差不多，但設計、制造、潤滑及維護要求較高。

因此，滑動軸承的應用不如滾動軸承那樣普遍，但在大型汽輪機、發電機、壓縮機、軋鋼機以及高速磨床等設備中仍然得到廣泛的應用。在這些設備中，滑動軸承往往是關鍵性的部件之一，其工作性能的好壞直接影響整個機器的運轉穩定性。下面將主要介紹向心滑動軸承。

（二）向心滑動軸承的類型及結構

1.整體式徑向滑動軸承

整體式徑向滑動軸承分為有軸套和無軸套兩種。如圖3-15所示，軸套壓裝在軸承座中，并加止動螺釘以防相對運動。軸承座的頂部設有裝有油杯的螺紋孔。軸承用螺栓固定在機架上。這種軸承結構簡單、制造方便、成本低，但軸必須從軸承端部裝入，裝配不便，且軸承磨損后徑向間隙不能調整，故多用于低速、輕載及間歇工作的地方，如絞車、手搖起重機等。

2.剖分式滑動軸承

如圖3-16所示，這種軸承由軸承座、軸承蓋、剖分式軸瓦、潤滑裝置和連接螺栓等組成。軸承座和軸承蓋的剖分處有止口，以便定位和防止軸向移動；止口處上下面有一定間隙，當軸瓦磨損經修整后，可適當減少放在此間隙中的墊片來調整軸承蓋的位置以夾緊軸瓦。裝拆這種軸承時，軸不需軸向移動，故裝拆方便，被廣泛地應用。

3.調心式徑向滑動軸承

當安裝有誤差或軸的彎曲變形較大時，軸承兩端會產生接觸磨損，因此對于較長的軸，軸的撓度較大不能保證兩軸承孔的同軸度時，常采用調心軸承，如圖3-17所示。調心軸承又稱自位軸承，這種軸承的軸瓦和軸承體之間采用球面配合。球面中心位于軸頸軸線上。軸瓦能隨軸的彎曲變形沿任意方向轉動以適應軸頸的偏斜，可避免軸承端部的載荷集中和過度磨損。

（三）軸瓦和軸承襯

軸瓦是滑動軸承的主要組成部分，它直接與軸頸接觸，其性能的好壞對軸承的工作影響很大。為了節省貴重的合金材料或者由于結構上的需要，常在軸瓦的內表面上澆鑄或軋制一層軸承合金，這層軸承合金稱為軸承襯。具有軸承襯的軸瓦，軸承襯直接與軸頸接觸，軸瓦只起支承作用。

一般情況下，滑動軸承的主要失效形式是磨損和膠合，其他還有疲勞剝傷、刮傷、腐蝕等。因此，軸瓦和軸承襯的材料應具備下列性能。

（1）有足夠的疲勞強度，以防在載荷作用下產生疲勞裂紋和剝傷；有足夠的抗壓強度，以防過度的塑性變形。

（2）有良好的可塑性，使軸承能適應軸頸少量的偏斜和變形，使落入間隙的微小硬粒能嵌入軸瓦（襯）表面，以免擦傷軸頸。

（3）有良好的耐磨性和減摩性，使軸承工作時摩擦系數低并且不致研損軸頸。

（4）有良好的加工性和跑合性　加工性好，易于獲得光滑的加工表面；跑合性好，可縮短跑合期，延長使用期限。

（5）其他性能　如導熱性好、熱膨脹系數低、耐磨蝕、易于澆鑄、價格便宜等。

任何一種材料都不可能全面滿足上述要求，因此，只能根據具體工作條件，按主要要求來選擇合適的材料。

目前常用的軸瓦和軸承襯的材料有軸承合金、青銅、黃銅、灰鑄鐵、金屬陶瓷以及某些非金屬材料，如木質塑料、布質塑性、尼龍等。

（四）滑動軸承的損壞類型、原因與處理方法

滑動軸承的損壞類型、原因與處理方法，如表3-11所示。

四、聯軸器

一般機械都是由原動機、傳動機構和工作機構組成，這三部分必須連接起來才能工作，而聯軸器就是把它們連接起來的一種重要裝置。聯軸器主要用于兩軸之間的連接，也可用于軸和其他零件（卷筒、齒輪、帶輪等）之間的連接。它的主要任務是傳遞扭矩。

聯軸器種類很多，根據其內部是否包含有彈性元件，可劃分為剛性聯軸器與彈性聯軸器兩大類。彈性聯軸器具有彈性元件，故能吸收振動、緩和沖擊，同時也可利用彈性元件的彈性變形不同程度地補償兩軸線可能發生的偏移。剛性聯軸器根據其結構特點可分為固定式與平移式兩類，前者沒有補償位移的能力，后者利用其中某些元件的相對運動來補償兩軸線的偏移。通常剛性平移式聯軸器補償能力高于彈性聯軸器，但無吸收振動、緩和沖擊的能力。

（一）剛性聯軸器

剛性聯軸器具有結構簡單、制造成本低等優點，但對被連兩軸軸線的對中性要求較高，且應使聯軸器盡量靠近軸承。剛性聯軸器無緩沖和減振作用，適用于載荷平穩或只有輕微沖擊的場合。

（二）聯軸器的裝配

以齒式聯軸器的裝配為例。

1.無鍵過盈齒式聯軸器的裝配程序及要求

（1）各部分配合尺寸是否符合要求，其過盈量應在規定范圍內。

（2）仔細清洗軸和外齒圈，待洗油（劑）揮發干后，在錐形軸段的外表面薄薄地涂上一層紅丹油，把外齒圈小心地推緊到軸上，做好記號，取下外齒圈，檢查接觸面積，接觸面積不低于整個接觸表面的80%。如果達不到80%，但相差比較小時，可以對外齒圈內孔進行修整，用金相砂紙把內表面上接觸印痕重的地方輕輕磨去，然后再檢查接觸面積。這時，外齒圈推上軸時，要對準原來所作的記號。

（3）接觸面積檢查合格后，將軸和外齒圈再次清洗干凈，把外齒圈按記號推緊到軸上，用深度游標尺測量外齒圈端面到軸頭端面的距離，因為這時外齒圈和軸之間既無過盈，也無間隙，所以稱這個距離為零間隙距離。

（4）把外齒圈沿軸向推進有兩種方法：第一種是加熱法，即把外齒圈加熱到某一溫度，然后沿軸向推進；第二種是外齒圈用液壓膨脹到一定的尺寸，再把外齒圈沿軸向推進。第一種方法與一般的熱裝法相同；第二種方法雖然要備有專用工具，但在現場使用非常方便。

（5）用液壓法裝配時，在測量零間隙距離后，取下外齒圈，裝上外齒圈兩端的橡膠O形環和背環，背環裝在O形環壓力低的一側。把外齒圈推緊到軸上，用深度游標尺測量外齒圈端面到軸頭端面的距離，這個距離要和零間隙距離相等。然后，裝上膨脹外齒圈和推進外齒圈的手搖油泵、接頭及壓力表等工具，分數次（一般3～4次）推進外齒圈軸向移動量，可用百分表測量，直至達到要求為止。

（6）卸油壓時，先卸去膨脹外齒圈的油壓，然后卸去軸向推進的油壓，軸向推進外齒圈的力要保持1h左右再卸壓。

（7）外齒圈裝配完畢后，把聯軸器內齒圈和外齒圈上的齒相配，不能有卡澀現象，若出現卡澀情況，應找出原因予以消除。

（8）把相關的一對聯軸器，經過中間套筒連接起來，來回撥動中間套筒到兩端極限位置，用百分表測量其軸向竄動總量，其值應為3～5mm。

（9）外齒圈的拆卸程序，原則上是上述過程的逆過程，但要注意兩個問題：第一，當用液壓膨脹外齒圈的輪殼時，外齒圈有可能沿軸向迅速彈出造成事故，一般采用軸向鎖緊螺母加厚鉛墊，并使鉛墊離輪殼端1mm左右，再加油壓的方法來防止意外事故，或者帶一定的推進油壓防止外齒圈沿軸向迅速彈出；第二，拆卸外齒圈時，膨脹油壓要慢慢升高，以防超壓，對于高強度鋼的最高油壓，一般不應超過250MPa，到達規定油壓后，往往需要1h左右才能退出，絕不可以為了加快退出的時間而增加油壓。

2.鍵聯接齒式聯軸器的裝配要求

一般都采用雙鍵連接，雙鍵是對稱布置的，軸端可加工成錐形圓柱形，半聯軸器外齒圈與軸要求有一定的過盈量，具體裝配要求如下。

（1）為了保證聯軸器的正確裝配，在兩個內齒圈及外齒圈的連接處，加工時要有定位線或定位孔，裝拆時，定位線或定位孔必重合。

（2）同“1.無鍵過盈齒式聯軸器的裝配程序及要求”中的（1）、（2）。

（3）一般齒式聯軸器外齒圈和軸端的配合，推薦用H7/n6、H7/r6或H7/s6連同鍵來固定。

（4）鍵聯接齒式聯軸器過盈量一般比無鍵過盈式聯軸器的小，視情況可用鎖緊螺母推進外齒圈，或者用熱裝法。

（5）不管是鍵聯接齒式聯軸器，或無鍵過盈式聯軸器，裝配完畢后，應檢查徑向跳動，允許的徑向跳動量如表3-12所示。

（6）齒式聯軸器的齒面應在有潤滑油條件下進行工作，其潤滑方式，可以為噴霧式，即油嘴向聯軸器內連續噴入壓力油；也可以為油浴式，即在聯軸器內維持一定高度的潤滑油，并每六個月換一次油，每月檢查兩次油的耗量情況。所用的潤滑油應當是黏而流動的，一般可用機械油或汽輪機油。