滚动轴承和滑动轴承：种类及安装方法

轴承的功用为支撑轴及轴上零件，并保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑零件之间的摩擦和磨损。

根据轴承工作的摩擦性质，轴承分为滚动轴承和滑动轴承两大类。

1.滚动轴承

滚动轴承一般是由外圈（或上圈）、内圈（或下圈）、滚动体和保持架组成（见图3-38）。内圈装在轴颈上，外圈装在机座或零件的轴承孔内。内、外圈上有滚道，它起着降低接触应力和限制滚动体轴向移动的作用。通常外圈固定，内圈随轴回转，但在某些场合下，也有外圈回转而内圈不动，或者内、外圈同时按不同转速回转的情形。滚动体均匀布置在内、外滚道之间，其形状、数量、大小的不同对滚动轴承的承载能力和极限转速有很大的影响。滚动体的形状有球形、圆柱形、圆锥形、凸球面形、针形等。保持架的作用是把滚动体均匀地隔开，避免因滚动体直接接触而产生过大的摩擦和磨损；同时还起引导滚动体旋转及改善轴承内部润滑性能等作用。

为了满足某些特殊使用的要求，有的轴承在结构上可能无内圈或无外圈，或既无内圈又无外圈等。

滚动体和内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧性。一般用含铬合金钢制造，经热处理（如淬火）后硬度可达61～65HRC，工作表面需经磨削和抛光。保持架一般用低碳钢板冲压而成，高速轴承的保持架多采用有色金属或塑料。

图3-38 滚动轴承（得实DS-200存折打印机）

与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小、启动灵敏、效率高、润滑简便和易于互换等优点，所以获得广泛应用。它的缺点是抗冲击能力较差，高速时出现噪声，工作寿命也不及液体润滑的滑动轴承。

滚动轴承是标准件，由专门的轴承工厂成批生产。在机械设计中只需根据工作条件选用合适的滚动轴承类型和尺寸，并进行组合结构设计。

滚动轴承通常按其承受载荷的方向（或接触角）和滚动体的形状来分类。

滚动轴承中滚动体与外圈接触处的法线和垂直于轴承的轴心线的平面之间的夹角称为公称接触角，简称接触角。公称接触角是滚动轴承的一个主要参数，轴承的受力分析和承载力等都与接触角有关。公称接触角越大，轴承承受轴向载荷的能力也就越大。

按照承载方向或公称接触角的不同，滚动轴承可分为向心轴承和推力轴承两种。

1）向心轴承主要用于承受径向载荷，其公称接触角在0°～45°之间。其中公称接触角为0°的轴承称为径向接触轴承，如深沟球轴承、圆柱滚子轴承等；公称接触角在0°～45°之间的轴承称为向心角接触轴承，如角接触球轴承、圆锥滚子轴承等。

2）推力轴承主要用于承受轴向载荷，其公称接触角在45°～90°之间。其中90°的称为轴向接触轴承，如推力球轴承、推力圆柱滚子轴承等；小于90°的轴承称为推力角接触轴承，如推力角接触球轴承、推力调心滚子轴承等。

按照滚动体的形状，滚动轴承可分为球轴承和滚子轴承。滚子又分为圆柱滚子（滚子的长度与直径之比小于等于3）、滚针（滚针的长度与直径之比大于3，但直径小于或等于5mm）、圆锥滚子、球形滚子等。

另外还有单列、多列，可分离、不可分离，调心、刚性，微型、小型、中型、大型轴承等分类标准。

轴承的安装方法因轴承类型及配合条件而有所不同。由于一般多为轴旋转，因此内圈与外圈可分别采用过盈配合与间隙配合，而外圈旋转时，则外圈采用过盈配合。

压入安装一般利用压力机，也可利用螺栓与螺母，不得已时可利用手锤敲击打入。

将轴承在油中加热使其膨胀后再安装在轴上的热套方法可以使轴承避免受不必要的外力，在短时间内完成安装作业。

定期检查或更换零件时，需要拆卸轴承。通常轴和轴承箱几乎都要继续使用，轴承也往往要继续使用，因此，结构设计要考虑到拆卸轴承时，不至损伤轴承、轴、轴承箱及其他零件，同时还要准备适当的拆卸工具。拆卸静配合的套圈时，只能将拉力加在该套圈上，不得通过滚动体拉拔套圈。

为了判断拆下的轴承能否重新使用，要着重检查其尺寸精度、旋转精度、内部游隙以及配合面、滚道面、保持架和密封圈等。

在针式打印机上，一般见到的滚动轴承多为滚珠轴承或滚针轴承；而滑动轴承则多称为轴套，有的机器为了方便装配，把多个轴套预先连接在一起，装于侧架上，用于同时几根轴的承托。

2.滑动轴承

滑动轴承的类型很多，按其承载的方向可分为径向滑动轴承和推力滑动轴承两大类。根据轴承工作表面的摩擦性质，又可分为干摩擦轴承、非液体润滑轴承（处于边界摩擦和混合摩擦状态）和流体（液体和气体）润滑轴承。后者根据流体润滑承载机理的不同，又可分为流体动压轴承和流体静压轴承（见图3-34）。

与滚动轴承相比，滑动轴承具有承载能力大、工作平稳可靠、噪声小、耐冲击、吸振、可以剖分等优点。但普通滑动轴承开始运动时的摩擦阻力较滚动轴承大得多。目前主要在以下几种情形中采用滑动轴承。

1）工作转速特高的轴承。

2）要求对轴的支撑位置特别精确的轴承。

3）特重型的轴承。

图3-39 滑动轴承（得实AR-500通用平推打印机）

4）必须做成剖分的轴承。

5）在特殊环境下（如水里）工作的轴承。(www.xing528.com)

6）对安装轴承处的径向尺寸有限制的场合。

此外，在低速而带有冲击的机器（如水泥搅拌机、滚筒清砂机和破碎机等）中也常使用滑动轴承。

滑动轴承的设计包括以下几个方面：

1）轴承结构形式的选择和确定；

2）轴瓦结构和轴承材料的选择；

3）轴承结构参数的确定；

4）润滑剂和润滑方法的选择；

5）轴承的工作能力和热平衡计算。

常用的径向滑动轴承的结构有整体式和剖分式两大类。

轴滑动轴承的失效形式主要有以下几种：

1）磨粒磨损，进入轴承间隙的硬颗粒，如灰尘、沙砾等，有的嵌入轴承表面，有的游离于间隙中并随轴一起转动，它们将对轴颈和轴承表面起研磨作用。在启动、停车或轴颈与轴承发生边缘接触时，它们都将加剧轴承磨损，导致几何形状改变，精度丧失，轴承间隙加大，使轴承性能在预期寿命之前急剧恶化。

2）刮伤，进入轴承间隙中的硬颗粒或轴颈表面的粗糙的轮廓峰顶，在轴承表面上划出线状划痕，导致轴承因刮伤而失效。

3）胶合（粘咬），当轴承温升过高、载荷过大、油膜破裂时，或在润滑油供应不足时，轴颈和轴承相对运动表面的材料发生黏附和迁移，从而造成轴承损坏。胶合现象有时甚至可能导致相对运动终止。

4）疲劳磨损，在载荷的反复作用下，轴承表面出现与滑动方向垂直的疲劳裂纹，当裂纹向轴承衬与衬背的结合面扩展后，造成轴承衬材料的剥落。

5）腐蚀磨损，润滑剂在使用中不断氧化，所生成的酸性物质对轴承材料有腐蚀作用，特别是铸造铜铅合金中的铅，易受腐蚀而形成点状的脱落。氧对锡基巴氏合金的腐蚀，会使轴承表面形成一层由SnO₂和SnO混合而成的黑色硬质覆盖层，它能擦伤轴颈表面，并使轴承间隙减小。此外，还应注意硫对含银或含铜的轴承材料、润滑油中的水分对铜铅合金的腐蚀。

另外，由于工作条件的不同，滑动轴承还可能出现汽蚀、流体侵蚀、电侵蚀和微动磨损等损伤。

轴瓦和轴承衬的材料统称为轴承材料。

对轴承材料性能的基本要求主要是由轴承的失效形式决定的。通常考虑以下几个方面：

1）具有良好的减摩性、耐磨性、磨合性和摩擦相容性。减摩性即材料的摩擦因数较小。磨合性是指材料消除表面不平度而使轴瓦表面和轴颈表面相互吻合的性质。摩擦相容性是指轴承材料防止与轴颈材料发生黏附的性能。

2）具有足够的强度，包括抗冲击强度、抗压强度和抗疲劳强度。

3）具有良好的摩擦顺应性和嵌入性。摩擦顺应性是指轴承材料通过表层的弹塑性变形来补偿滑动轴承初始配合不良的能力。嵌入性是指轴承材料容纳污物和外来硬质颗粒防止滑动表面发生刮伤和磨粒磨损的能力。

4）良好的导热性、抗腐蚀性、工艺性、经济性和润滑性等。

常用的轴承材料分为三大类：①金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金、锌基合金和铸铁等；②多孔质金属材料（粉末冶金材料）；③非金属材料，如塑料、橡胶、石墨等。具体的轴承材料如下：

1）轴承合金，又称白合金、巴氏合金，是锡、铅、锑、铜的合金。它在锡或铅的基体上悬浮锑锡及铜锡的硬晶粒而成。硬晶粒起耐磨作用，软基体则增加材料的塑性。轴承合金的弹性模量和弹性极限都很低，但在所有的轴承材料中其嵌入性和摩擦顺应性最好，不易与轴颈发生胶合，很容易和轴颈磨合。轴承合金的强度较低，因此不能单独做成轴瓦，通常是将它贴附在青铜、软钢或铸铁轴瓦上作轴承衬使用。轴承合金适用于重载、中高速场合，但价格较贵。其中，锡基合金的热膨胀性质比铅基合金好，更适于高速传动。

2）铜合金具有较高的强度、较好的减摩性和耐磨性。由于青铜的减摩性和耐磨性比黄铜好，故青铜是最常用的材料。其中锡青铜的减摩性和耐磨性最好，应用较广。但锡青铜比轴承合金硬度大，磨合性和嵌入性差，故适用于重载及中速场合。铅青铜抗黏附能力强，在高温时可从摩擦表面析出铅，在铜基体上形成一层薄的敷层，起到润滑的作用，适用于高速、重载轴承。铝青铜的强度和硬度均较高，抗黏附能力较差，适用于低速、重载轴承。

3）铝基合金有相当好的耐蚀性和较高的疲劳强度，摩擦性能也很好。这些特性使铝合金在部分领域取代了较贵的轴承合金和青铜。铝基合金可以制成单金属零件（如轴套、轴承等），也可制成双金属零件，双金属轴瓦以铝基合金为轴承衬，以钢为衬背。

4）普通灰铸铁或加有镍、铬、钛等合金成分的耐磨铸铁都可用作轴承材料。这类材料中的片状石墨在材料表面上覆盖后，可以形成一层起润滑作用的石墨层，故具有一定的减摩性和耐磨性。此外，石墨能吸附碳氢化合物，有助于提高边界润滑性能，因此采用灰铸铁作轴承材料时，应加润滑油。又由于铸铁的脆性以及磨合性差，故其只适用于轻载、低速和不受冲击的场合。

5）多孔质金属材料。这是用不同金属的粉末经压制、烧结而成的轴承材料。这种材料具有多孔组织，孔隙占体积的10%～35%。使用前先把轴瓦在热油中浸数小时，使孔隙中充满润滑油，因而通常把用这种材料做成的轴承称为含油轴承。它具有自润滑性。常用的含油轴承材料有多孔铁（铁-石墨）和多孔青铜（青铜-石墨）两种。

6）非金属材料中应用最多的是各种塑料，如酚醛树脂、尼龙、聚四氟乙烯等。塑料轴承具有自润滑性能，也可用油或水润滑。其摩擦因数小，塑性、嵌入性、耐磨性和跑合性好，有足够的抗压强度和抗疲劳强度，可承受冲击载荷。但塑料的导热性差（只有青铜的几百分之一），线膨胀系数大，因此塑料轴承与金属轴颈的间隙比金属轴承的间隙大。而且塑料在常温下会出现蠕变现象，因而不宜用来制作间隙要求严格的轴承。

7）橡胶主要用于以水作润滑剂且环境较脏处。橡胶轴承的内壁上带有纵向沟槽，以利润滑剂的流通，加强冷却效果并冲走污物。

8）木材具有多孔质结构，可用填充剂来改善其性能，采用木材做成的轴承用在灰尘较多的环境中。