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  軸承尺寸的選擇

 

 軸承在隨負荷旋轉時，由于套圈滾道面及滾動體滾動面不斷地受到交變負荷的作用，即使使用條件正常，也會

因材料疲勞使滾道面及滾動面出現魚鱗狀損傷（稱做剝離或剝落）。

出現這種滾動疲勞操作之前的總旋轉數稱做軸承的“（疲勞）壽命”。

即使是結構、尺寸、材料、加工方法等完全相同的軸承，在同樣條件下旋轉時，軸承的（疲勞）壽命仍會出現

較大的差異。

這是因為材料疲勞本身即具有離散性，應從統計的角度來考慮。

于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉時，其中90％的軸承不出現滾動疲勞操作的總旋轉數稱做“軸

承的基本額定壽命”（即可靠性為90％的壽命）

在以固定的轉速旋轉時，也可用總旋轉時間表示。

但在實際工作時，還會出現滾動疲勞操作以外的損傷現象（如磨損、燒傷、蠕變、磨蝕、壓痕、斷裂等）。

這些損傷可以通過做好軸承的選擇、安裝和潤滑等加以避免。

 

基本額定動負荷

基本額定動負荷表示軸承耐滾動疲勞的能力（即負荷能力），是指大小和方向一定的純徑向負荷（對于向心軸

承）或中心軸向負荷（對于推力軸承），在內圈旋轉外圈固定（或內圈固定外圈旋轉）的條件下，該負荷下的基本

額定壽命可達100萬轉，向心軸承與推力抽承的基本額定動負荷分別稱做徑向基本定動負荷　與軸向基本額定動負荷，

用Cr與Ca表示，其數值載于軸承尺寸表。

基本額定壽命

式（1）表示軸承的基本額定動負荷、當量動負荷及基本額定壽命之間的關系。

軸承以固定的轉速旋轉時，用時間表示壽命更為方便，如式（2）所示。

另外，對于鐵路車輛或汽車等用行走距離（KM）表示壽命較多，如式（3）所示。

這里：

L10:基本額定壽命，106轉

L10h:基本額定壽命，h

L10s:基本額定壽命，km

                P:當量動負荷，N{Kgf}厖......參照后面

                C:基本額定動負荷，N{Kgf}

                n:轉速，rpm

                p:壽命指數　 球軸承..........p=3

                      滾子軸承.......p=10/3

                D:車輪或輪胎直徑，mm

因此，作為軸承的使用條件，設當量動負荷為P，轉速為n，則滿足設計壽命所需要的軸承基本額定動

負荷C可由式（4）計算，從軸承尺寸表中選出滿足C值的軸承，即可確定軸承的尺寸。

[參考]           用壽命系數(fh)和速度系數(fn)表示的計算式如下：

L10h=500fhp......................................................................................................................(5)

壽命系數 : fh=fn ........................................................................................ ………….(6)

速度系數 : fn=( 106 / 500x60n )1/p=(0.03n)-1/p............................................................(7)

利用計算圖表[參考圖]可簡易地求得fh、fn和L10h。

參考圖 轉速（n）與速度系數（fn）以及壽命系數（fh）與壽命（L10h）的關系

根據溫度進行的基本額定動負荷的修正與軸承的尺寸穩定處理

軸承在高溫下使用時，村料組織會發生變化、硬度降低，基本額定動負荷將比常溫下使用時減小，材料組織

一旦發生變化，即使濕度恢復到常溫也不會復原。

因此，在高溫下使用時，必須將軸承尺寸表的基本額定動負荷值乘以表3的溫度系數進行修正。

軸承長時間在120℃以上的工作溫度下使用時，由于經一般熱處理的軸承尺寸變化大，必須進行尺寸穩定處理。

尺寸穩定處理代號與使用溫度范圍如表4所示。

但經尺寸穩定處理的軸承硬度降低，有時基本額定動負荷會減小。

表3 溫度系數                                          表4 尺寸穩定處理

 

修正額定壽命

式10表示的是可靠性為90%的基本額定壽命，根據用途的不同，有時也靠性高于90％的高可靠性壽命。

此外，采用特殊材料有時可以使軸承壽命延長，基本潤滑等使用條件的不同也會影響軸承壽命。考慮了以上因

素對基本額定壽命進行修正后的壽命稱為修正額定壽命，可由式8計算。

Lna= a1 a2 a3 L10…….........................................................(8)

這里，

Lna:修正額定壽命，106轉

(考慮了軸承特性和使用條件等因素后可靠性為100-n%(即失效率為n%)的壽命)

L10:（可靠性為90%）

a1 :可靠性系數

a2 :軸承特性系數

a3 :使用條件系數

[備注]按照可靠性高于90%的Lna選擇軸承尺寸時，應特別注意軸與外殼的強度。

但在以下條件下，取a3<1

l         運轉時潤滑劑運動粘度降低時

球軸承.........小于13mm2/s{13cSt}

滾子軸承.........小于20mm2/s{20cSt}

l    轉速特別低時

滾動體節圓直徑與轉速的乘積小于10000

l         潤滑劑中混入雜質時

l         內圈與外圈的相對傾斜大時

注1:軸承在高溫下使用硬度降低時，必須對基本額定動負荷進行修正。

注2：即使采用特殊材料a2>1時，如果潤滑條件不合適，也達不到a2Xa3>1。因此在這種a3<1

的場合，一般認為a2≤1。由于難以使a2與a3獨立，因此也有主張用一個系數a23的。      

多軸承系統的壽命

在使用兩個以上軸承的裝置中，多數情下即使一個軸承失效，也會導致整個裝置喪失功能。

將使用的全體軸承看成一個軸承系統時，該軸承系統的額定壽命可由下式計算。

                           1/L^e=1/L₁^e +1/L₂^e +1/L₃^e + ................................................(9)

這里，

L:整個軸承系統的額定壽命

L1、L2、L3:各軸承的額定壽命

E:常數

e=10/9......球軸承

e=9/8......滾子軸承

（混合使用時取平均值）

[例]

考慮一根由兩個滾子軸承支承的軸，設一個軸承的額定壽命為50000小時，另一個軸承的額定壽命為30000小時，

則由式9，該軸上整個軸承系統的額定壽命如下：

                               1/L^9/8 =1/ 50000^9/8 +1/ 30000^{9/8        L=20000h}     

就是說，整個軸承系統的額定壽命比單個軸承中最短的額定壽命還短。

這個結論極為重要，在使用兩個以上軸承的裝置中，如需考慮整個軸承系統的壽命時，必須加以注意。

l       機械要求的軸承必需壽命

過份延長軸承壽命未必經濟。最好是根據使用機械使用條件設定軸承的必需壽命。

表6為根據經驗采用的軸承必需壽命，供參考。

表6  軸承必需壽命（參考）

 

作用于軸承的負荷有軸承支承物的重力、齒輪或皮帶等的傳動力以及機械運轉時產生的負荷等。

由于軸承負荷大多變化不固定、且變化的程度或大小難以確定，所以通過簡單的計算確定負荷幾乎不可能。

因此，計算軸承負荷一般采用理論計算值乘以經驗系數的方法。

負荷系數

 作用于軸承的徑向負荷或軸向負荷雖然可以按照一般的力學方法計算，但由于機械的振動或沖擊等原因，作用

于軸承的實際負荷往往比計算值大，因此計算時一般將理論計算值乘以一個與機械振動或沖擊有關的負荷系數，如

下式所示。

表7　負荷系數fw

 

                                      F=fw ．Fc  ....................................................................(10)

                                 這里，F:實際負荷，N{kgf};Fc:理論負荷，N{kgf};Fw:負荷系數（表7）。

皮帶或鏈傳動時的負荷

皮帶傳動時作用于皮帶輪軸的理論負荷可通過計算皮帶有效傳動力求得。

    但在計算實際負荷時，還必須將有效傳動力乘以與機械振動或沖擊有關的負荷系數(fw)以及與皮帶張力有關的

皮帶系數(fb)。

另外，鏈傳動時也必須乘以與皮帶系數相當的鏈系數，如式（11）所示。

                             Fb=2M/D_P﹒fw﹒fb=19.1X10⁶W/D_Pn﹒fw﹒fb........................(11)    

這里，

Fb:皮帶輪軸或鏈輪軸的實際負荷N{kgf}

M:皮帶輪或鏈輪的扭矩，mN.m{kgf.mm}

W:傳遞功率，KW

Dp:皮帶輪或鏈輪節圓直徑，mm

n:轉速，rpm

fw:負荷系數（表7）

fn:皮帶（鏈）系數（表8）

表8　皮帶（鏈）系數 fb

齒輪傳動時的負荷

作用于齒輪的負荷與齒輪系數

齒輪傳動時作用于齒輪的理論負荷有切向負荷（Kt），徑向負荷（Kr）和軸向負荷（Ka）,可根據傳遞功率和

齒輪種類，分別用力學方法計算（2）項           。

但在計算實際負荷時，還必須將理論負荷乘以與機械振動或沖擊有關的負荷系數（    fw...表7）以及與齒輪精

度有關的齒輪系數（fg...表9）。

表9  齒輪系數fg