通常，滾動軸承壽命計算步驟是：

　　1． 根據主機的技術參數和支承部位結構，初選軸承的類型和尺寸，計算作用于軸承上的負荷；

　　2． 計算當量動負荷；

　　3． 根據軸承額定壽命公式計算軸承的壽命；

　　4． 驗算額定靜負荷和極限轉速。

滾動軸承額定壽命系指一批軸承中90%的軸承在疲勞剝落前能達到或超過的運轉數（以106轉計）或在一定轉速下的工作小時數。

對于球軸承的基本額定壽命：

　　L10=(Cr/Pr)3 （百萬轉）

　　在實際計算中，一般用工作小時數表示軸承的壽命(小時)，為：

　　Lh=(Cr/Pr)3/(60n)*106（小時）

　　其中Cr：為徑向基本額定動負荷（KN），指一套滾動軸承假想能承受的恒定徑向載荷，在這一載荷作用下的基本額定壽命為一百萬轉。

　　Pr：為徑向當量動負荷（KN），指軸承實際所受的各種外加負荷的徑向當量變負荷。

　　對于滾子軸承的基本額定壽命：

　　L10=(Cr/Pr)10/3 （百萬轉）

　　用工作小時數表示軸承的壽命(小時)：為：

　　Lh=(Cr/Pr)10/3/(60n)*106（小時）

　　額定壽命計算方法是根據普通軸承鋼和一般工作條件確定的，壽命可靠性為90%?？紤]到材料和使用條件的影響以及高可靠性的要求，國際標準化組織對額定壽命公式進行了修正，加入了可靠性系數、材料系數和使用條件系數。

目前，國外先進的球軸承實際使用壽命已是計算壽命的十倍以上，可靠性95%以上，我廠生產的球軸承的使用壽命水平能達到國內的先進水平。

(運轉世界大國龍騰 龍出東方 騰達天下 龍騰三類調心滾子軸承 劉興邦C E MB MA)

滾動軸承的壽命計算詳細程序

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【一】能力目標

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1.能合理的選擇常用滾動軸承

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2.具有組合設計的能力

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【二】知識目標

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1.掌握滾動軸承的基本額定壽命、基本額定動載荷及壽命計算

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2.熟悉滾動軸承的組合設計

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【三】教學的重點與難點

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重點：滾動軸承的壽命計算。

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難點：滾動軸承的組合設計。

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【四】教學方法與手段

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采用多媒體教學，結合圖片及實物講授，提高學生的學習興趣。

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【五】教學任務及內容

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一、滾動軸承的工作情況分析及計算

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（一）滾動軸承的失效形式

1、點蝕

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軸承工作時，滾動體和內、外套圈之間產生相對運動，在負荷作用下，滾動體和內、外套圈的接觸處產生循環(huán)變化的接觸疲勞應力。長期工作會產生點蝕破壞，使軸承運轉時產生振動、噪聲，乃至喪失運轉精度。

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2、塑性變形

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低速軸承和間歇擺動軸承，一般不會產生疲勞點蝕破壞，但在過大的沖擊負荷或靜負荷下，滾道和滾動體會出現不均勻的永久塑性變形凹坑，增大摩擦，降低運轉精度。

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3、磨損

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在多粉塵或潤滑不良條件下，滾動體和套圈的工作面產生磨損。速度過高時還會出現膠合、表面發(fā)熱甚至滾動體回火。其他還有因安裝、拆卸、維護不當引起的元件斷裂、銹蝕、化學腐蝕等。

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（二）設計準則

1、對回轉的滾動軸承，最主要的失效形式是疲勞點蝕破壞。一般情況下，均應進行軸承的壽命計算。

2、對低速軸承或擺動軸承，要求控制其塑性變形，應進行靜強度計算。負荷較大或有沖擊負荷的回轉軸承，亦應進行靜強度計算。

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3、對高速軸承，主要是由于發(fā)熱而引起的磨損、燒傷失效，除需要進行壽命計算外，還應驗算極限轉速。

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（三）滾動軸承的壽命計算

1、基本額定壽命和基本額定動負荷

（1）壽命

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滾動軸承任一元件的材料首次出現疲勞點蝕前的總轉數或在某一給定的恒定轉速下的運轉小時數。

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（2）基本額定壽命

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一批型號相同的軸承，在相同的運轉條件下，其中90％在疲勞點蝕前能運轉的總轉數或在給定轉速下所能運轉的總工作時數。其可靠度為90％，以符號L10或Lh10表示。

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（3）基本額定動負荷

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軸承的基本額定壽命為一百萬(106)轉時所能承受的最大負荷為軸承的基本額定動負荷，以Cr表示。

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在基本額定動載荷作用下，軸承可以轉106轉而不發(fā)生點蝕失效的可靠度為90%。

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純徑向載荷——向心軸承

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基本額定動載荷C 純軸向載荷——推力軸承

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指引起套圈間產生相對徑向位移時載荷的徑向分量——角接觸球軸承和圓錐滾子軸承

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2、當量動載荷

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定義：將實際載荷轉換為作用效果相當并與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的假想載荷，該假想載荷稱為當量動載荷P。

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理解為：在當量動載荷P作用下的軸承壽命與實際聯合載荷作用下的軸承壽命相同

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（1）對只能承受徑向載荷R的軸承（N、NA軸承）

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P=R

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（2）對只能承受軸向載荷A的軸承（推力球（5）和推力滾子（8））

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P=A

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（3）同時受徑向載荷R和軸向載荷A的軸承

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P=XR+YA

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X——徑向載荷系數，Y——軸向載荷系數，X、Y——見表14.13

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3、向心角接觸軸承軸向力的計算

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該類軸承受R→產生派生軸向力S，所以要成對使用，對稱安裝

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（1）派生軸向力大小方向：

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a)正裝（面對面），支點跨距小，適合于傳動零件位于兩支承之間；

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b)反裝（背靠背），實際支距變大，適合于傳動零件處于外伸端

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（2）實際軸向載荷A的確定

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1）當時

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軸有向左移動的趨勢，使軸承1被“壓緊”，軸承2被“放松”，壓緊的軸承1外圈通過滾動體將對內圈和軸產生一個阻止其左移的平衡力，使

? ? ? ? ?

∴軸承1的實際軸向載荷為

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? ? ? ? ?

軸承2上的軸向力，由力的平衡條件

? ? ? ? ?

——本身的派生軸向力

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2）當時

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軸有右移趨勢，軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”，“2”上產生一個平衡力，使

? ? ? ? ?

∴軸承2實際所受的軸向力為

? ? ? ? ?

? ? ? ? ?

軸承1實際所受的軸向力，由力的平衡條件

? ? ? ? ?

——本身派生軸向力

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結論：——實際軸向力A的計算方法

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1）分析軸上派生軸向力和外加軸向載荷，判定被“壓緊”和“放松”的軸承。

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2）“壓緊”端軸承的軸向力等于除本身派生軸向力外，軸上其他所有軸向力代數和。

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3）“放松”端軸承的軸向力等于本身的派生軸向力

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4、滾動軸承的壽命計算

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軸承的負荷P與壽命L之間的關系曲線如圖所示，其方程式為

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PεL10=常數

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式中 P―當量動負荷（N）

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L10―基本額定壽命（106r）

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ε―壽命系數，球軸承ε=3，滾子軸承ε=10/3。

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已知軸承基本額定壽命為一百萬轉（1×106r）時的基本額定動載荷為Cr，

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由此得壽命公式

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若以工作時數表示壽命，得、

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式中 n—軸承的工作轉速（r/min）；

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fp—負荷系數，考慮機器工作時的振動沖擊對負荷的修正，

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軸承壽命計算后應滿足

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Lh≥[Lh]

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（四）滾動軸承的靜強度計算

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基本額定靜載荷C0：取決于正常運轉時軸承允許的塑性變形量，即受載最大的滾動體與滾道接觸處中心處引起的接觸應力達到一定值

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例，調心球：4600Mpa；其他球軸承：4200Mpa；滾子軸承：4000Mpa

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軸承的當量靜載荷（假想載荷）：在當量載荷作用下軸承的塑性變形量與實際載荷作用下軸承的塑性變形量相同。

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R、A——軸承所受的實際徑向和軸向載荷

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X0、Y0——靜徑向和軸向載荷系數

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如果P0 ? ? <R，則取P0=R< span> ? ? </R，則取P0=R<>

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（五）滾動軸承的極限轉速

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n過高→產生高溫→潤滑劑性能（粘度↓）→使油膜破壞→滾動體回火磨損或膠合失效

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——適用于0級公差，潤滑冷卻卻正常，軸承載荷P≤0.1C，向心軸承只受徑向載荷，推力軸承只受軸向載荷的軸承。

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當P>0.1C，軸承受聯合載荷時，潤滑情況變壞，∴應對極限轉速進行修正，這時軸承實際許用轉速為

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f1——載荷系數

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f2——載荷分布系數

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如果

→措施：1.改進潤滑；2.改善冷卻條件；3.提高軸承精度；4.適當增大游隙；5.改變軸承和保持架的材料（采用特殊材料）

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二、滾動軸承的選擇

（一）滾動軸承類型的選擇

應根據軸承的工作載荷（大小、方向和性質）、轉速高低、支承剛性、安裝精度、結合各類軸承的特性和應用經驗進行綜合分析，確定合適的軸承。

幾條基本原則：

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1、 n高，載荷小，要求旋轉精度高→采用球軸承 ；n低，載荷大，或有沖擊載荷時→采用滾子軸承——但滾子軸承對軸線偏斜較敏感。

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2、主要受徑向載荷Fr時→用向心軸承；主要受軸向載荷Fa，n不高時用推力軸承；同時受Fr和Fa均較大時——可采用角接觸球軸承7類（n較高時）或圓錐滾子軸承3類（n較低時）；Fr較大，Fa較小時——深溝球~；Fa較大，Fr較小時——深溝球~+推力球軸承組合，或推力角接觸軸承。

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3、要求n ? ? <nlim——極限轉速< span> ? ? </nlim——極限轉速<>

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6、7、N——極限轉速較高；推力軸承——極限轉速較低，∴只受Fa而n較高時——不用推力軸承而寧可用6\7兩類，球軸承極限轉速高于滾子軸承，輕系列極限轉速高于中或重系列軸承。

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4、當軸的剛性較差或軸承孔不同心時宜用調心軸承。

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5、為便于裝拆和間隙調整，可選用內、外圈不分離的軸承。

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6、6、7兩點軸承一般應成對使用，對稱安裝。

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7、旋轉精度較高時，應選用較高的公差等級和較小的游隙；轉速較高時，應選用較高的公差等級和較大的游隙；公差等級越高，軸承價格越貴；滾子軸承價格高于球軸承，深溝球軸承價格最低

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8、優(yōu)先考慮用普通公差等級的深溝球軸承。

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（二）軸承的公差等級

精度高 ————————————→低

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公差等級 2 4 5 6 6X 0

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新標準 /P2、/P4、/P5、/P6、/P6X、/P0

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舊標準 B C D EX E G——普通級可省略

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三、滾動軸承的組合設計

滾動軸承的組合結構設計包括：軸承的固定、調整、預緊、配合、裝拆、潤滑和密封等問題。

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（一）滾動軸承的固定

1、周向固定

目的：保證軸承受力后，其內圈與軸頸、外圈與座孔之間不產生相對圓周運動。

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方法：軸承內圈與軸頸配合采用基孔制，軸承外圈與軸承座孔配合采用基軸制，并選擇合適的配合。

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2、軸向固定

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目的：保證軸上零件受到軸向力作用時，軸和軸承不致產生軸向相對移動。

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內圈與軸：

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1）軸肩

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2）軸用彈性檔圈—A不大、n不高時

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3）軸端檔圈+緊固螺釘—n較大、A中等

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4）圓螺母+止動墊圈—A較大、n較高

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5）開口圓錐緊定套+圓螺母和止動墊圈—適于光軸上球面軸承。

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外圈與座孔：

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1）孔用彈性檔圈—A不大時

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2）軸承外圈止動槽內嵌入止動環(huán)固定

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3）軸承蓋—A較大，n較高時

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4）軸承座孔凸肩

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5）螺紋環(huán)

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6）軸承套環(huán)—適于同一軸上兩軸承外徑不同時。

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（二）軸組件的軸向固定

1、雙支點單向固定（兩端固定式）

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兩個支承分別限制軸的單向移動，此種結構適用于工作溫度變化不大的短軸。

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2、單支點雙向固定（一端固定，一端游動式）

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一個支承限制軸的雙向移動，另一個支承可以沿軸向移動。當軸在工作溫度較高的條件下工作或軸細長時，為彌補軸受熱膨脹時的伸長，常采用一端軸承雙向固定、一端軸承游動的結構形式。

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3、兩端游動

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兩個支承都采用外圈無擋邊的圓柱滾子軸承，軸承的內、外圈各邊都要求固定，以保證軸能在軸承外圈的內表面作軸向游動。這種支承適用于要求兩端都游動的場合。

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（三）滾動軸承支承的調整

軸承組合位置的調整，包括軸承間隙的調整和軸系的軸向位置的調整。

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軸承間隙的調整方法很多，最常見的是用增減軸承蓋與箱體間的墊片來調整。

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軸系位置的調整是為了保證軸上零件獲得正確的位置。軸向位置的調整是通過在軸兩端的軸承蓋處增減墊片實現的。

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（四）軸承組合支承部分的剛度和同軸度

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安裝軸承的軸承座孔處的壁厚應適當加大或設加強肋，保證支承剛度。

　 為保證同一軸上各軸孔的同軸度，箱體一般采用整體鑄造的方法生產，并采用直徑相同的軸承孔一次加工。

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（五）滾動軸承的預緊

預緊的目的是：提高軸承的旋轉精度，增加軸承的組合剛性，減小軸在運轉時的振動和噪聲。

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軸承預緊方法：在軸承外圈(或內圈)之間加金屬墊片或將外圈(或內圈)磨窄來實現，也可以通過調整兩軸之間隔套的寬度等方法來獲得。

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（六）軸承的安裝與拆卸

安裝軸承時，可用壓力機，也可在內圈上加套后用錘子均勻敲擊裝入軸頸；對精度要求較高的軸承，還可采用熱配法，將軸承放在不到100°C的油中加熱后，再裝入。

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軸承的拆卸則要用專門的拆卸工具。

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（七）軸承的潤滑與密封

1、軸承的潤滑

軸承的潤滑的目的：

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1）降低摩擦和磨損；

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2）散熱；

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3）緩沖、吸振、降低噪音；

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4）防銹和密封。

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密封的作用：

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1）防止內部潤滑劑流失；

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2）防止外部灰塵和水分、雜質的侵入。

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軸承中常用的潤滑劑是潤滑油和潤滑脂。

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1、脂潤滑

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承載大，不易流失，結構簡單，密封和維護方便，但Ff大，易于發(fā)熱?！噙m合于不便經常維護，轉速不太高的場合。一般潤滑劑的填充量<1/3～1/2軸承空間。常用鈣基脂（T<65℃），鈉基脂、鈣鈉基脂（T較高），n較高時，鋰基脂。

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2、油潤滑

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油潤滑冷卻效果較好，f較小，但供油系統和密封裝置均較復雜，適于高速場合。

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潤滑方式有；油浴或飛濺潤滑、滴油潤滑、噴油潤滑、油霧潤滑等

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潤滑油粘度的選擇：

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1）載荷大，n低，工作溫度高時用粘度大的潤滑油

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2）載荷小，dn大，用粘度低的潤滑油，攪油損失小，冷卻效果好。

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2、軸承的密封

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密封的目的：防止灰塵、水分和雜物侵入軸承內，并阻止?jié)櫥瑒┑牧魇А?/p>

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(1)接觸式密封——適于低速，為防止磨損，要求接觸處表面粗糙度小于R1.6～0.8

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1)氈圈密封——軸承蓋上梯形槽內放置矩形剖面細毛氈，適合于V<4～5m/s，軸承脂潤滑的密封

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2)橡膠油封（標準件、較常用）——耐油橡膠制唇形密封圈靠彈簧壓緊在軸上，唇向外—防灰法，唇向里—防油流失，組合放置—同時起防灰和防油流失的作用。

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油封有：J型、U型和O型，適合于v<12m/s

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(2)非接觸式密封——與軸不直接接觸，適合于高速

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1)油溝密封（間隙密封）——軸與蓋之間約0.1~0.3mm間隙，蓋上車出溝槽，槽內充滿潤滑脂，結構簡單，適于v<5~6m/s

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2)甩油密封——軸上開溝槽，將欲外流的油沿徑向甩開，再經軸承蓋上集油腔及油孔流回軸承；擋油環(huán)式甩油盤—利用離心力甩去檔油環(huán)上的油，讓其流回油箱內，以防油沖入軸承內。適于軸承脂潤滑。

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3)曲路密封（迷宮密封）——將旋轉和固定的密封零件間的間隙制成曲路形式，縫隙間填入潤滑脂，加強密封效果——密封效果較好，適于油和脂溝滑v<30m/s

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(3)組合式密封——采用兩種以上的密封形式組合在一起，密封的效果較好。

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另外，某些標準密封軸承——如單面或雙面帶防塵蓋（-RZ）和密封蓋的軸承，由于裝配時已填入了潤滑脂，∴無需維護或再加密封裝置——應用日趨廣泛。

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