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  軸承尺寸的選擇

 

 軸承在隨負(fù)荷旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于套圈滾道面及滾動(dòng)體滾動(dòng)面不斷地受到交變負(fù)荷的作用,，即使使用條件正常,，也會(huì)

因材料疲勞使?jié)L道面及滾動(dòng)面出現(xiàn)魚(yú)鱗狀損傷（稱做剝離或剝落）。

出現(xiàn)這種滾動(dòng)疲勞操作之前的總旋轉(zhuǎn)數(shù)稱做軸承的“（疲勞）壽命”,。

即使是結(jié)構(gòu),、尺寸,、材料、加工方法等完全相同的軸承,，在同樣條件下旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承的（疲勞）壽命仍會(huì)出現(xiàn)

較大的差異,。

這是因?yàn)椴牧掀�勞本身即具有離散性,，應(yīng)從統(tǒng)計(jì)的角度來(lái)考慮。

于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉(zhuǎn)時(shí),，其中90％的軸承不出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞操作的總旋轉(zhuǎn)數(shù)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(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，也可用總旋轉(zhuǎn)時(shí)間表示,。

但在實(shí)際工作時(shí),，還會(huì)出現(xiàn)滾動(dòng)疲勞操作以外的損傷現(xiàn)象（如磨損、燒傷,、蠕變,、磨蝕、壓痕,、斷裂等）,。

這些損傷可以通過(guò)做好軸承的選擇、安裝和潤(rùn)滑等加以避免,。

 

基本額定動(dòng)負(fù)荷

基本額定動(dòng)負(fù)荷表示軸承耐滾動(dòng)疲勞的能力（即負(fù)荷能力）,，是指大小和方向一定的純徑向負(fù)荷（對(duì)于向心軸

承）或中心軸向負(fù)荷（對(duì)于推力軸承），在內(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈固定（或內(nèi)圈固定外圈旋轉(zhuǎn)）的條件下,，該負(fù)荷下的基本

額定壽命可達(dá)100萬(wàn)轉(zhuǎn),，向心軸承與推力抽承的基本額定動(dòng)負(fù)荷分別稱做徑向基本定動(dòng)負(fù)荷　與軸向基本額定動(dòng)負(fù)荷，

用Cr與Ca表示,，其數(shù)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(dòng)負(fù)荷、當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷及基本額定壽命之間的關(guān)系,。

軸承以固定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí),，用時(shí)間表示壽命更為方便，如式（2）所示,。

另外,，對(duì)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(zhuǎn)

L10h:基本額定壽命，h

L10s:基本額定壽命,，km

                P:當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷,，N{Kgf}厖......參照后面

                C:基本額定動(dòng)負(fù)荷,，N{Kgf}

                n:轉(zhuǎn)速，rpm

                p:壽命指數(shù)　 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(shè)當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷為P,，轉(zhuǎn)速為n,，則滿足設(shè)計(jì)壽命所需要的軸承基本額定動(dòng)

負(fù)荷C可由式（4）計(jì)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(shù)(fh)和速度系數(shù)(fn)表示的計(jì)算式如下：

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

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

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

利用計(jì)算圖表[參考圖]可簡(jiǎn)易地求得fh、fn和L10h,。

參考圖 轉(zhuǎn)速（n）與速度系數(shù)（fn）以及壽命系數(shù)（fh）與壽命（L10h）的關(guān)系

根據(jù)溫度進(jìn)行的基本額定動(dòng)負(fù)荷的修正與軸承的尺寸穩(wěn)定處理

軸承在高溫下使用時(shí),，村料組織會(huì)發(fā)生變化、硬度降低,，基本額定動(dòng)負(fù)荷將比常溫下使用時(shí)減小,，材料組織

一旦發(fā)生變化，即使?jié)穸然謴?fù)到常溫也不會(huì)復(fù)原,。

因此,，在高溫下使用時(shí)，必須將軸承尺寸表的基本額定動(dòng)負(fù)荷值乘以表3的溫度系數(shù)進(jìn)行修正,。

軸承長(zhǎng)時(shí)間在120℃以上的工作溫度下使用時(shí),，由于經(jīng)一般熱處理的軸承尺寸變化大，必須進(jìn)行尺寸穩(wěn)定處理,。

尺寸穩(wěn)定處理代號(hào)與使用溫度范圍如表4所示,。

但經(jīng)尺寸穩(wěn)定處理的軸承硬度降低，有時(shí)基本額定動(dòng)負(fù)荷會(huì)減小,。

表3 溫度系數(shù)                                          表4 尺寸穩(wěn)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(jù)用途的不同，有時(shí)也靠性高于90％的高可靠性壽命,。

此外,，采用特殊材料有時(shí)可以使軸承壽命延長(zhǎng)，基本潤(rùn)滑等使用條件的不同也會(huì)影響軸承壽命,�,？紤]了以上因

素對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正后的壽命稱為修正額定壽命，可由式8計(jì)算,。

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

這里,，

Lna:修正額定壽命，106轉(zhuǎn)

(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(shù)

a2 :軸承特性系數(shù)

a3 :使用條件系數(shù)

[備注]按照可靠性高于90%的Lna選擇軸承尺寸時(shí),，應(yīng)特別注意軸與外殼的強(qiáng)度,。

但在以下條件下,，取a3<1

l         運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)潤(rùn)滑劑運(yùn)動(dòng)粘度降低時(shí)

球軸承.........小于13mm2/s{13cSt}

滾子軸承.........小于20mm2/s{20cSt}

l    轉(zhuǎn)速特別低時(shí)

滾動(dòng)體節(jié)圓直徑與轉(zhuǎn)速的乘積小于10000

l         潤(rùn)滑劑中混入雜質(zhì)時(shí)

l         內(nèi)圈與外圈的相對(duì)傾斜大時(shí)

注1:軸承在高溫下使用硬度降低時(shí)，必須對(duì)基本額定動(dòng)負(fù)荷進(jìn)行修正,。

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

的場(chǎng)合,，一般認(rèn)為a2≤1。由于難以使a2與a3獨(dú)立,，因此也有主張用一個(gè)系數(shù)a23的,。      

多軸承系統(tǒng)的壽命

在使用兩個(gè)以上軸承的裝置中，多數(shù)情下即使一個(gè)軸承失效,，也會(huì)導(dǎo)致整個(gè)裝置喪失功能,。

將使用的全體軸承看成一個(gè)軸承系統(tǒng)時(shí)，該軸承系統(tǒng)的額定壽命可由下式計(jì)算,。

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

這里,，

L:整個(gè)軸承系統(tǒng)的額定壽命

L1、L2,、L3:各軸承的額定壽命

E:常數(shù)

e=10/9......球軸承

e=9/8......滾子軸承

（混合使用時(shí)取平均值）

[例]

考慮一根由兩個(gè)滾子軸承支承的軸,，設(shè)一個(gè)軸承的額定壽命為50000小時(shí),，另一個(gè)軸承的額定壽命為30000小時(shí)，

則由式9,，該軸上整個(gè)軸承系統(tǒng)的額定壽命如下：

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

就是說(shuō),，整個(gè)軸承系統(tǒng)的額定壽命比單個(gè)軸承中最短的額定壽命還短。

這個(gè)結(jié)論極為重要,，在使用兩個(gè)以上軸承的裝置中,，如需考慮整個(gè)軸承系統(tǒng)的壽命時(shí)，必須加以注意,。

l       機(jī)械要求的軸承必需壽命

過(guò)份延長(zhǎng)軸承壽命未必經(jīng)濟(jì),。最好是根據(jù)使用機(jī)械使用條件設(shè)定軸承的必需壽命。

表6為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(fù)荷有軸承支承物的重力,、齒輪或皮帶等的傳動(dòng)力以及機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的負(fù)荷等,。

由于軸承負(fù)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(guò)簡(jiǎn)單的計(jì)算確定負(fù)荷幾乎不可能,。

因此,，計(jì)算軸承負(fù)荷一般采用理論計(jì)算值乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的方法。

負(fù)荷系數(shù)

 作用于軸承的徑向負(fù)荷或軸向負(fù)荷雖然可以按照一般的力學(xué)方法計(jì)算,，但由于機(jī)械的振動(dòng)或沖擊等原因,，作用

于軸承的實(shí)際負(fù)荷往往比計(jì)算值大，因此計(jì)算時(shí)一般將理論計(jì)算值乘以一個(gè)與機(jī)械振動(dòng)或沖擊有關(guān)的負(fù)荷系數(shù),，如

下式所示,。

表7　負(fù)荷系數(shù)fw

 

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

                                 這里,，F:實(shí)際負(fù)荷，N{kgf};Fc:理論負(fù)荷,，N{kgf};Fw:負(fù)荷系數(shù)（表7）,。

皮帶或鏈傳動(dòng)時(shí)的負(fù)荷

皮帶傳動(dòng)時(shí)作用于皮帶輪軸的理論負(fù)荷可通過(guò)計(jì)算皮帶有效傳動(dòng)力求得。

    但在計(jì)算實(shí)際負(fù)荷時(shí),，還必須將有效傳動(dòng)力乘以與機(jī)械振動(dòng)或沖擊有關(guān)的負(fù)荷系數(shù)(fw)以及與皮帶張力有關(guān)的

皮帶系數(shù)(fb),。

另外，鏈傳動(dòng)時(shí)也必須乘以與皮帶系數(shù)相當(dāng)?shù)逆溝禂?shù),，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(shí)際負(fù)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(jié)圓直徑，mm

n:轉(zhuǎn)速,，rpm

fw:負(fù)荷系數(shù)（表7）

fn:皮帶（鏈）系數(shù)（表8）

表8　皮帶（鏈）系數(shù) fb

齒輪傳動(dòng)時(shí)的負(fù)荷

作用于齒輪的負(fù)荷與齒輪系數(shù)

齒輪傳動(dòng)時(shí)作用于齒輪的理論負(fù)荷有切向負(fù)荷（Kt）,，徑向負(fù)荷（Kr）和軸向負(fù)荷（Ka）,可根據(jù)傳遞功率和

齒輪種類，分別用力學(xué)方法計(jì)算（2）項(xiàng)           ,。

但在計(jì)算實(shí)際負(fù)荷時(shí),，還必須將理論負(fù)荷乘以與機(jī)械振動(dòng)或沖擊有關(guān)的負(fù)荷系數(shù)（    fw...表7）以及與齒輪精

度有關(guān)的齒輪系數(shù)（fg...表9）。

表9  齒輪系數(shù)fg