支持和約束軸的旋轉或擺動的機械零件。軸和軸承構成動聯接,藉以傳遞載荷和約束軸的運動。

  不同機器對軸承有不同的要求:軋鋼機要求承載能力大;高速旋轉機械要求運轉穩定性好;機床主軸要求旋轉精度高;儀器儀錶要求摩擦力矩小和靈敏度高。有關軸承的研究屬於摩擦學的內容。在滿足載荷、速度、工作環境(如溫度、真空、粉塵和輻射等)和其他特殊要求(如旋轉精度、低起動力矩和低雜訊等)的前提下,設法降低軸承的摩擦和磨損是軸承設計的基本問題。摩擦小小,則軸承溫升低、功耗少、效率高;磨損小,則軸承使用壽命長。在機械設計中還須考慮軸承與其他機械零件的匹配。例如軸承的剛度和阻尼對高速旋轉軸系的動態特性影響很大。

  按照工作時的摩擦性質不同,軸承主要分為滑動軸承和滾動軸承兩大類。前者在滑動摩擦下工作,後者在滾動摩擦下工作。(見彩圖)

5000毫米的交叉圓柱滾子轉盤軸承圈

核潛艇用軸承

各種規格的微型滾動軸承

32萬千瓦水輪發電機上的外徑3.8米大型推力滑動軸承

精密主軸滾動軸承生產車間

精密主軸滾動軸承生產設備

裝配線上的電機滾動軸承

精密主軸軸承的質量檢驗

  簡史 在中國古籍中,關於車軸軸承的構造早有記載。春秋末期的手工藝專著《考工記》中記載有:“行澤者欲短轂,行山者欲長轂,短轂則利,長轂則安。”漢代許慎所撰《說文解字》中解釋:“參──車轂中鐵也”,“鐧──車軸鐵也。”漢代劉熙的《釋名》中也提到:“鐧,間也,間參軸之間,使不相摩也。”19世紀中葉,歐洲隨著軸承材料、潤滑劑和機械制造工藝等方面的進步,開始有瞭比較完善的滑動軸承。1883年,俄國的Н.П.彼得羅夫首先應用牛頓粘性定律計算軸承摩擦。同年,英國的B.托爾在測定車輛軸承的摩擦系數時發現軸承中有油膜壓力存在,並測出油膜壓力分佈曲線。1886年,英國水力學傢O.雷諾對托爾的發現進行數學分析,導出瞭雷諾方程,從此奠定瞭流體動壓潤滑理論的基礎。此後,德國的A.索末菲、澳大利亞的A.G.M.米歇爾、美國的A.A.拉伊蒙迪和J.鮑埃等人在求解雷諾方程和軸承設計方面作出瞭貢獻。

  人類很早就懂得用滾動方式代替滑動方式移動重物更為輕便。輪子在歷史上是很重要的一項發明,沒有輪輻的輪子在中國漢、唐時代稱為“輇”。1279年,中國郭守敬創制的天文簡儀,“在百刻環內廣面臥施圓軸四,使赤道環旋轉無澀滯之患”,其作用與現代推力滾子軸承相似。1772年,英國的C.瓦洛設計制造球軸承,並裝在郵車上試用。1794年,英國的P.沃恩取得球軸承的專利。1881年,德國的H.R.赫茲發表關於球軸承接觸應力的論文。在赫茲成就的基礎上,德國的R.施特裡貝克、瑞典的A.帕姆格倫等人又進行瞭大量實驗,對發展滾動軸承的設計理論和疲勞壽命計算作出瞭貢獻。20世紀60年代後,彈性流體動壓潤滑理論逐漸成熟,按這一理論設計滾動軸承使壽命大為增加。

  滑動軸承 在滑動摩擦條件下工作的一類軸承。滑動軸承用油作潤滑劑,使兩相對運動表面完全為油膜隔開。這一類軸承在液體潤滑下工作,載荷由油膜壓力支承,其摩擦完全取決於油的粘度,所以摩擦阻力很小。正常工作時,運動表面不會直接接觸,所以沒有磨損。但液體動壓軸承在起動和停止階段,不可能得到完全液體潤滑。液體靜壓軸承則不然,始終在液體潤滑下工作,故軸承壽命很長,而且精度保持性極好。

  在實際使用中,有相當多的用油、脂潤滑的滑動軸承,兩相對運動表面隻能部分地被油膜隔開。對於這一類在邊界潤滑、半液體潤滑下工作的滑動軸承來說,摩擦和磨損與軸承的材料、表面形貌和潤滑劑的油性有關。為瞭延長軸承的使用壽命,必須選用減摩性好的材料制造軸承,用適宜的潤滑劑潤滑運動表面,並限制軸承的工作載荷和相對運動速度。

  在真空、輻射、高溫和低溫等環境中不能用油、脂潤滑的滑動軸承,也可以使用固體潤滑劑,在固體潤滑下工作。在不便施加潤滑劑的地方可以采用自潤滑軸承。

  用氣體作潤滑劑的滑動軸承,也能把兩運動表面完全隔開,由氣膜支承載荷。氣體粘度比液體低得多,受溫度影響粘度變化很小,在放射性環境中氣體不會分裂。因此在氣體潤滑下工作的軸承(見氣體軸承)的摩擦阻力極小,並能在低溫、高溫、放射性環境中使用。

  利用電場力或磁場力使兩運動表面隔開的滑動軸承,不依靠油膜或氣膜來支承載荷,不需要潤滑劑。這種軸承用於真空中,不存在摩擦,有利於實現超高速轉動。

  滑動軸承工作平穩、可靠、無噪聲,在液體潤滑條件下油膜還具有一定的吸振作用。

  滾動軸承 用一組滾動元件把兩相對運動表面隔開、在滾動摩擦下工作的一類軸承。滾動元件有球、各種滾子和滾針。滾動軸承的摩擦系數比較低,且不隨速度變化,所以機器容易啟動。滾動軸承的標準化和商品化的程度很高,便於選用。它消耗潤滑劑較少,脂潤滑脂不易流失,使用維護方便。與滑動軸承比較,滾動軸承的徑向尺寸較大,減振能力較差,高速時壽命較低、噪聲較大。

參考書目

 巴威爾著,西安交通大學譯:《軸承系統──理論和實踐》,機械工業出版,北京,1983。(F.T.Barwell,Bearing Systems-Principles and Practice,Oxford Univ.Pr.,1979.