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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诒旧砑淳哂须x散性，應(yīng)從統(tǒng)計(jì)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(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）。

這些損傷可以通過做好軸承的選擇、安裝和潤滑等加以避免。

 

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（對于向心軸

承）或中心軸向負(fù)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(fù)荷下的基本

額定壽命可達(dá)100萬轉(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，基本潤滑等使用條件的不同也會(huì)影響軸承壽命。考慮了以上因

素對基本額定壽命進(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         潤滑劑中混入雜質(zhì)時(shí)

l         內(nèi)圈與外圈的相對傾斜大時(shí)

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

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

的場合，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，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

過份延長軸承壽命未必經(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，所以通過簡單的計(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