軸承尺寸的選擇
一、軸承的壽命
軸承在承受負荷旋轉(zhuǎn)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?jié)L道面及滾動面出現(xiàn)魚鱗狀損傷（稱做剝離或剝落）。
出現(xiàn)這種滾動疲勞損傷之前的總旋轉(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，軸承的（疲勞）壽命仍會出現(xiàn)較大的差異。
這是因為材料疲勞本身即具有離散性，應(yīng)從統(tǒng)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(zhuǎn)時，其中90%的軸承不出現(xiàn)滾動疲勞損傷的總旋轉(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，也可用總旋轉(zhuǎn)時間表示。
但在實際工作時，還會出現(xiàn)滾動疲勞損傷以外的損傷現(xiàn)象。
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。
二、軸承壽命的計算１、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(nèi)圈旋轉(zhuǎn)外圈固定（或內(nèi)圈固定外圈旋轉(zhuǎn)）的條件下，該負荷下的基本額定壽命可達100萬轉(zhuǎn)。向心軸承與推力軸承的基本額定動負荷分別稱做徑向基本額定動負荷與軸向基本額定動負荷，用Cr與Ca表示，其數(shù)值錄入軸承尺寸表。
２、基本額定壽命
式１表示軸承的基本額定動負荷，當(dāng)量動負荷及基本額定壽命之間的關(guān)系。
軸承以固定的轉(zhuǎn)速時，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車距離(km)表示壽命較多，如式３所示。
因此，作為軸承的使用條件，設(shè)當(dāng)量動負荷為P，轉(zhuǎn)速為n，則滿足設(shè)計壽命所需要的軸承基本額定動負荷c可由式４計算。從軸承表選出滿足c值的軸承，即可確定軸承的尺寸。機械要求的軸承必需壽命請參考表４。
３、根據(jù)溫度進行的基本額定動負荷的修正與軸承的尺寸穩(wěn)定處理
軸承在高溫下使用時，材料組織會發(fā)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(fā)生變化，即使溫度恢復(fù)到常溫也不會復(fù)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乘以表１的溫度系數(shù)進行修正。表１溫度系數(shù)
| 軸承工作溫度°C | 125 | 125 | 175 | 200 | 250 |
| 溫度系數(shù)(fT) | 1 | 1 | 0.95 | 0.90 | 0.75 |
尺寸穩(wěn)定處理與使用溫度范圍如表２所示。但經(jīng)尺寸穩(wěn)定處理的軸承硬度降低，有時基本額定動負荷會減小。表２ 尺寸穩(wěn)定處理
尺寸穩(wěn)定處理代號 |
使用溫度范圍 |
S0 S1 S2 |
超過100攝氏度到150攝氏度 超過150攝氏度到200攝氏度 超過200攝氏度到250攝氏度 |
式１表示的是可靠性90%的基本額定壽命（L10)，根據(jù)用途的不同，有時也需要可靠性高于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，甚至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做修正額定壽命，可由式８計算：
Lna=a1a2z3L10..........式8
這里，
a1:可靠性系數(shù)......參照(1)項
a2:可靠性系數(shù)......參照(2)項
a3:可靠性系數(shù)......參照(3)項
［備注］按照可靠性高于90%的Lna選擇軸承尺寸時，應(yīng)特別注意軸與外殼的強度。 （１）可靠性系數(shù)a1
計算可靠性不低于90%（即失效率不大于10%)的修正額定壽命時，按表３選擇系數(shù)a1 表３可靠性系數(shù)a1
可靠性，％ |
Lna |
a1 |
90 95 96 97 98 99 |
L10a L5a L4a L3a L2a L1a |
1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 |
（２）材料系數(shù)a２
根據(jù)軸承材料（鋼種、質(zhì)量）、制造工藝和設(shè)計的不同與壽命有關(guān)的軸承特性有可能發(fā)生變化，這時用系數(shù)a２修正。
采用高質(zhì)量的真空脫氣軸承鋼或鋼中夾雜物特別少時，a２>1。對于常規(guī)軸承材料，a２=1。
（３）使用條件系數(shù)a３
軸承在直接影響壽命的條件下（尤其是潤滑條件）下使用時，用系數(shù)a３進行修正。
潤滑條件正常時，可取a3=1,潤滑條件特別良好時，可取a３>1。但在以下條件下，取a３<1。
a、運轉(zhuǎn)時潤滑劑運動粘度降低時
球軸承－小于13平方毫米/s{13cSt}
滾子軸承－小于20平方毫米/s{20cSt}
b、轉(zhuǎn)速特別低時
滾動體節(jié)圓直徑與轉(zhuǎn)速的乘積小于10000
c、潤滑劑中混入雜質(zhì)時
d、內(nèi)圈與外圈的相對傾斜大時
［注］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（參照表１）
５、機械所必需的軸承壽命
選擇軸承應(yīng)合理地提出壽命要求，壽命要求過高，則軸承尺寸過大，機械笨重，不經(jīng)濟。壽命要求過低，則在使用中需要常更換，一般可根據(jù)機械的大修期確定軸承的使用壽命。各種機械所必需的軸承使用壽命推薦值見表４。
表４軸承必需壽命（參考）
使用條件 |
使用機械 |
必需壽命（時間）(h) |
| 短時間或間斷運轉(zhuǎn) | 家用電器、電動工具、農(nóng)業(yè)機械、卷揚機 | 4000-8000 |
| 不常使用，但要求可靠運轉(zhuǎn) | 家電空調(diào)器馬達、建筑機械、皮帶機、電梯 | 8000-12000 |
| 不連續(xù)但長時間運轉(zhuǎn) 每天８小時以上經(jīng)常運轉(zhuǎn)或連續(xù)長時間運轉(zhuǎn) ２４小時連續(xù)無故障運轉(zhuǎn) |
軋鋼機輥頸、小型電動機、起重機 | 8000-12000 |
| 工廠通用電動機、一般齒輪裝置 | 12000-20000 |
|
| 機床、振動篩、破碎機 | 20000-30000 |
|
| 壓縮機、泵、重要齒輪裝置 | 40000-60000 |
|
| 自動扶梯 | 12000-20000 |
|
| 離心電動機、空調(diào)設(shè)備、鼓風(fēng)機、木工機械、鐵路車輛車軸 | 20000-30000 |
|
| 大型電動機、礦山提升機、鐵路車輛主電機、機車車輛 | 40000-60000 |
|
| 造紙機械 | 100000-200000 |
|
| 自來水設(shè)備、發(fā)電站設(shè)備、礦山排水設(shè)備 | 100000-200000 |
三、當(dāng)量動負荷 軸承大多承受徑向負荷與軸向負荷的合成負荷，并且負荷條件多種多樣，如大小發(fā)生變化等。
因此，不可能將軸承的實際負荷直接與基本額定動負荷比較。
這時，則將實際負荷換算成通過軸承中心，且大小和方向一定的假想負荷來進行分析比較，軸承在假想負荷下具有與實際負荷和轉(zhuǎn)速下相同的壽命。
這樣換算的假想負荷稱做當(dāng)量動負荷，用Ｐ表示。
１、當(dāng)量動負荷的計算
承受大小和方向一定的合成負荷的向心軸承與推力軸承（a不等于90度)的當(dāng)量動負荷可由下式計算：
P=XFr+YFa........(9)
這里，
Ｐ：當(dāng)量動負荷，N{kgf} 對于向心軸承，表示為Pr:徑向當(dāng)量動負荷
對于推力軸承，表示為Pa:軸向當(dāng)量動負荷
Fr:徑向負荷，N{kgf}
Fa:軸向負荷，N{kgf}
X:徑向負荷系數(shù)
Y:軸向負荷系數(shù)（負荷系數(shù)Ｘ與Ｙ載于軸承尺寸表）對于單列向心軸承，當(dāng)Fa/Fr<=e時，取X=1、Y=0，因此，這時當(dāng)量動負荷為Pr=Fr。１）對于單列向心軸承，當(dāng)Fa/Fr<=e時，取X=1、Y=0，因此，這時當(dāng)量動負荷為Pr=Fr.
[e表示Fa/Fr的界限值，載于軸承尺寸表。]
（１）對于單列角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，如圖１所示。由于承受徑向負荷時會產(chǎn)生軸向分力(Fac)，因此，軸向分力可由下式計算：
Fac=Fr/2Y......（10）
該類軸承承受徑向負荷與外部軸向負荷(Ka)時的當(dāng)量動負荷的計算方法如表５所示。
表５兩個單列角接觸球軸承或圓錐滾子軸承正面或背面配置時的當(dāng)量動負荷的計算 ２）接觸角為９０度的推力球軸承只承受軸向負荷，因此當(dāng)量動負荷Pa=Fa
３）推力調(diào)心滾子軸承的當(dāng)量動負荷由下式計算：
Pa=Fa+1.2Fr.........式11 這里Fr/Fa<=0.55
２、負荷變化時的平均當(dāng)量動負荷 軸承承受大小或方向變化的負荷時，需要計算使軸承具有與實際變化條件下相同壽命的平均當(dāng)量動負荷。各種變化條件下的平均當(dāng)量動負荷Pm的計算方法如圖所示。
四、基本額定靜負荷與當(dāng)量靜負荷１、基本額定靜負荷
軸承承受太大的靜負荷或在極低轉(zhuǎn)速下承受沖擊負荷時，滾動體與滾道的接觸面會產(chǎn)生局部永久變形。其變形電隨負荷增大而增大，超過一定限度的話，將會影響正常的旋轉(zhuǎn)。
基本額定靜負荷是指使承受最大負荷的滾動體與滾道的接觸面中央產(chǎn)生按以下計算接觸應(yīng)力的靜負荷。
a、調(diào)心球軸承......4600MPa{469kgf/mm2}
b、其他球軸承......4200MPa{429kgf/mm2}
c、滾子軸承......4000MPa{408kgf/mm2}
在這些接觸應(yīng)力下產(chǎn)生的滾動體與滾道的永久變形總量約為滾動體直徑的0.0001倍。
向心軸承與推力軸承的基本額定靜負荷分別稱作徑向基本額定靜負荷與軸向基本額定靜負荷，用Cor與Coa表示，其數(shù)值載于軸承尺寸表。２、當(dāng)量靜負荷
當(dāng)量靜負荷是指一種假想負荷，當(dāng)軸承靜止或轉(zhuǎn)速極低時，該假想負荷下承受負荷的滾動體與滾道的接觸面中央產(chǎn)生與實際負荷條件下相同的接觸應(yīng)力。
向心軸承與推力軸承的當(dāng)量靜負荷分別采用通過軸承中心的徑向負荷與通過軸承中心線的軸向負荷。當(dāng)量靜負荷由式１７到式２０計算：
當(dāng)量靜負荷可由下式計算：
這里：
Por:徑向當(dāng)量靜負荷，N{kgf}
Poa:軸向當(dāng)量靜負荷，N{kgf}
Fr:徑向負荷，N{kgf}
Fa:軸向負荷，N{kgf}
Xo:徑向靜負荷系數(shù)
Yo:軸向靜負荷系數(shù)（靜負荷系數(shù)Xo與Yo載于軸承尺寸表）
３、安全系數(shù)
軸承的允許當(dāng)量靜負荷雖取決于軸承的基本額定靜負荷，但由于上述永久變形量（局部凹陷量）決定的軸承使用限度則隨對軸承的性能要求及使用條件而有所不同。
因此，為分析基本額定靜負荷的安全度，根據(jù)經(jīng)驗制定了安全系數(shù)。
fs=Co/Po..........(21)
這里：
fs:安全系數(shù)（表６）
Co:基本額定靜負荷，N{kgf}
Po:當(dāng)量靜負荷， N{kgf}
表６ 安全系數(shù)fs
| 使用條件 | fs（最小） |
||
球軸承 |
滾子軸承 |
||
普通旋轉(zhuǎn) |
要求高旋轉(zhuǎn)精度 | ２ |
３ |
| 一般使用條件 | １ |
1.5 |
|
| 有沖擊負荷 | 1.5 |
3 |
|
不常旋轉(zhuǎn) （有時擺動） |
一般使用條件 | 0.5 |
1 |
| 沖擊負荷或非均布負荷 | 1 |
2 |
|