润滑和轴颈轴承的设计
1 介绍
专用与支撑机器部件进行回转运动的原件可以被称为轴承。最常见的轴承应用是支撑一个回转轴将功率从一端传递到另一端；发动机就是最常见的例子；另一个例子就是各种各样的电动机上都使用轴承。因为在轴承和它的接触面之间存在相对运动，因此摩擦是无法避免的。在许多情况下，例如滑轮、闸和离合器的设计中，摩擦才是人们所要的。然而，在轴承的设计中，考虑如何减少摩擦更重要：摩擦会导致功率损失、产生热量和磨损接触面。
轴承通常由轴颈和滚动轴承组成。滑动轴承作用于滑动触点,而滚动轴承更主要用于滚动触点.滑动轴承的滑动摩擦系数取决于表面精度、材料、滑动片的速度和所使用的润滑剂的种类。滚动轴承中起到减速作用的是滚动阻力而不是滚动摩擦。之所以这样是因为运动阻力本质上是滚动体的变形所产生的,因此它不是滑动现象。
为了减少滑动摩擦在滑动轴承中产生的问题,要使用一种用于配合不光泽的材料的润滑剂。在选择润滑剂和不光泽的材料的时候,必须考虑轴承压力、温度和摩擦速度。用于轴承滑动触点的润滑剂将起到防止摩擦面之间直接接触的作用。因此如何使油膜保持在较低的变动载荷、速度和温度下，是滑动轴承主要考虑的。
2摩擦理论
摩擦是发生或是将要发生相对滑动时一部分对另一部分所产生的阻力。而两表面摩擦时便产生摩擦力。摩擦是由两个接合面的微小的不规则产生的是不可避免的。需要一些力使那些微小的峰值和谷值发生变形使得运动得以继续。
当一块重量为W的物体放在一个水平面上时,物体上会有一个作用力P。起初, P等于零,但是它的值会随时间的改变而增加。由于摩擦的存在, 在物体和水平面之间会产生一个力F。摩擦力的方向,F,是与P 相反的,因为摩擦总是阻碍或减小运动。需要注意的是法向力N总是垂直于接触面大小与物体重量W相等，方向相反。
当P增加，摩擦力F也增加，因为在物体移动前P和F大小是相等的。最终,当P达到足够大时物体将会产生移动。 这状态被称作临界传动。当滑动开始时,摩擦力会减少一些。因此, P和F在临界传动前是相等的。然后,随着P不断增加，F的值将不断减小。由于不平衡力(P-F),当摩擦力变为常数时物体将不断加速。在运动开始时摩擦减少的原因是滑动使得两接触面的峰值与谷值的接触频率减少。
滚动轴承
对于球轴承和滚子轴承，一个机器设计人员应该考虑下面五个方面：（a）寿命与载荷的关系；（b）刚度，也就是在载荷作用下的变形；（c）摩擦；（d）磨损；（e）噪声。对于中等载荷和转速，根据额定负荷选择一个标准轴承，通常都可以保证其具有令人满意的工作性能。当载荷较大时，轴承零件的变形，尽管它通常小于轴和其他与轴承一起工作的零部件的变形，将会变的重要起来。在转速高的场合需要专门的冷却装置，而这可能会增大摩擦阻力。磨损主要是由于污染物的进入引起的，必须选用密封装置以防止周围环境的不良影响。
因为大批量生产这种方式决定了球轴承和滚子轴承不但质量高，而且价格低，因而机器设计人员的任务是选择而不是设计轴承。滚动接触轴承通常是采用硬度约为900HV、整体淬火的钢来制造的。但在许多机构上不使用专门的套圈，而将相互作用的表面淬硬到大约600HV。滚动轴承由于在工作中会产生高的应力，其主要失效形式是金属疲劳，这一点并不奇怪，目前正在进行大量的工作以求改进这种轴承的可靠性。轴承设计可以基于能够被人们所接受的寿命值来进行。在轴承行业中，通常将轴承的承载能定义为这样的值，即所承担的载荷小于这个值时，一批轴承中将会有90%的轴承具有超过一百万转的寿命。
尽管球轴承和滚字轴承的基本设计责任在轴承制造厂家，机器设计人员必须对轴承所要完成的任务做出正确的评价，不仅要考虑轴承的选择，而且还要考虑轴承的正确安装条件。轴承套圈与轴或轴承座的配合非常重要，因为它们之间的配合不仅应该保证所需要的过盈量，而且也应该保证轴承的内部间隙。不正确的过盈量会产生微动腐蚀从而导致严重的故障。内圈通常是通过靠紧在轴肩上进行轴向定位的。轴肩处的圆弧半径主要是为了避免应力集中。在轴承内圈上加工出一个圆弧或者倒角，用来提供容纳轴肩处圆弧半径的空间。
在使用寿命不是设计中的决定因素的场合，通常根据轴承受载荷时产生的变形量来确定其最大载荷。因此，“静态承载能力”这个概念可以理解为对处于静止状态的或者进行缓慢转动的轴承所能够施加的载荷。这个载荷对轴承在随后进行旋转运动时的质量没有不利影响。按照实践经验确定，静态承载能力是这样一个载荷，当它作用在轴承上时，滚动体与滚道在任何一个接触点处的总变形量不超过滚动体直径的0.01%。这相当于直径为25mm的球产生0.0025mm的永久变形。只有将轴承与周围环境适当地隔开，许多轴承才能成功地实现它们的功用。在某些情况下，必须保护环境，使其不受润滑剂和轴承表面磨损生成物的污染。轴承设计的一个重要组成部分是使密封装置起到应有的作用。此外，对摩擦学研究人员来说，为了任何目的而应用于运动零部件上的密封装置都是他们感兴趣的。因为密封装置是轴承的一部分，只有根据适当的轴承理论才能设计出令人满意的密封系统。虽然它们很重要，与轴承其他方面的研究工作相比，在密封装置的研究方面所做的工作还是比较少的。
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