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  轴承尺寸的选择

 

 轴承在随负荷旋转时，由于套圈滚道面及滚动体滚动面不断地受到交变负荷的作用，即使使用条件正常，也会

因材料疲劳使滚道面及滚动面出现鱼鳞状损伤（称做剥离或剥落）。

出现这种滚动疲劳操作之前的总旋转数称做轴承的“（疲劳）寿命”。

即使是结构、尺寸、材料、加工方法等完全相同的轴承，在同样条件下旋转时，轴承的（疲劳）寿命仍会出现

较大的差异。

这是因为材料疲劳本身即具有离散性，应从统计的角度来考虑。

于是就将一批相同的轴承在同样条件下分别旋转时，其中90％的轴承不出现滚动疲劳操作的总旋转数称做“轴

承的基本额定寿命”（即可靠性为90％的寿命）

在以固定的转速旋转时，也可用总旋转时间表示。

但在实际工作时，还会出现滚动疲劳操作以外的损伤现象（如磨损、烧伤、蠕变、磨蚀、压痕、断裂等）。

这些损伤可以通过做好轴承的选择、安装和润滑等加以避免。

 

基本额定动负荷

基本额定动负荷表示轴承耐滚动疲劳的能力（即负荷能力），是指大小和方向一定的纯径向负荷（对于向心轴

承）或中心轴向负荷（对于推力轴承），在内圈旋转外圈固定（或内圈固定外圈旋转）的条件下，该负荷下的基本

额定寿命可达100万转，向心轴承与推力抽承的基本额定动负荷分别称做径向基本定动负荷　与轴向基本额定动负荷，

用Cr与Ca表示，其数值载于轴承尺寸表。

基本额定寿命

式（1）表示轴承的基本额定动负荷、当量动负荷及基本额定寿命之间的关系。

轴承以固定的转速旋转时，用时间表示寿命更为方便，如式（2）所示。

另外，对于铁路车辆或汽车等用行走距离（KM）表示寿命较多，如式（3）所示。

这里：

L10:基本额定寿命，106转

L10h:基本额定寿命，h

L10s:基本额定寿命，km

                P:当量动负荷，N{Kgf}厖......参照后面

                C:基本额定动负荷，N{Kgf}

                n:转速，rpm

                p:寿命指数　 球轴承..........p=3

                      滚子轴承.......p=10/3

                D:车轮或轮胎直径，mm

因此，作为轴承的使用条件，设当量动负荷为P，转速为n，则满足设计寿命所需要的轴承基本额定动

负荷C可由式（4）计算，从轴承尺寸表中选出满足C值的轴承，即可确定轴承的尺寸。

[参考]           用寿命系数(fh)和速度系数(fn)表示的计算式如下：

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

寿命系数 : fh=fn ........................................................................................ ………….(6)

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

利用计算图表[参考图]可简易地求得fh、fn和L10h。

参考图 转速（n）与速度系数（fn）以及寿命系数（fh）与寿命（L10h）的关系

根据温度进行的基本额定动负荷的修正与轴承的尺寸稳定处理

轴承在高温下使用时，村料组织会发生变化、硬度降低，基本额定动负荷将比常温下使用时减小，材料组织

一旦发生变化，即使湿度恢复到常温也不会复原。

因此，在高温下使用时，必须将轴承尺寸表的基本额定动负荷值乘以表3的温度系数进行修正。

轴承长时间在120℃以上的工作温度下使用时，由于经一般热处理的轴承尺寸变化大，必须进行尺寸稳定处理。

尺寸稳定处理代号与使用温度范围如表4所示。

但经尺寸稳定处理的轴承硬度降低，有时基本额定动负荷会减小。

表3 温度系数                                          表4 尺寸稳定处理

 

修正额定寿命

式10表示的是可靠性为90%的基本额定寿命，根据用途的不同，有时也靠性高于90％的高可靠性寿命。

此外，采用特殊材料有时可以使轴承寿命延长，基本润滑等使用条件的不同也会影响轴承寿命。考虑了以上因

素对基本额定寿命进行修正后的寿命称为修正额定寿命，可由式8计算。

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

这里，

Lna:修正额定寿命，106转

(考虑了轴承特性和使用条件等因素后可靠性为100-n%(即失效率为n%)的寿命)

L10:（可靠性为90%）

a1 :可靠性系数

a2 :轴承特性系数

a3 :使用条件系数

[备注]按照可靠性高于90%的Lna选择轴承尺寸时，应特别注意轴与外壳的强度。

但在以下条件下，取a3<1

l         运转时润滑剂运动粘度降低时

球轴承.........小于13mm2/s{13cSt}

滚子轴承.........小于20mm2/s{20cSt}

l    转速特别低时

滚动体节圆直径与转速的乘积小于10000

l         润滑剂中混入杂质时

l         内圈与外圈的相对倾斜大时

注1:轴承在高温下使用硬度降低时，必须对基本额定动负荷进行修正。

注2：即使采用特殊材料a2>1时，如果润滑条件不合适，也达不到a2Xa3>1。因此在这种a3<1

的场合，一般认为a2≤1。由于难以使a2与a3独立，因此也有主张用一个系数a23的。      

多轴承系统的寿命

在使用两个以上轴承的装置中，多数情下即使一个轴承失效，也会导致整个装置丧失功能。

将使用的全体轴承看成一个轴承系统时，该轴承系统的额定寿命可由下式计算。

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

这里，

L:整个轴承系统的额定寿命

L1、L2、L3:各轴承的额定寿命

E:常数

e=10/9......球轴承

e=9/8......滚子轴承

（混合使用时取平均值）

[例]

考虑一根由两个滚子轴承支承的轴，设一个轴承的额定寿命为50000小时，另一个轴承的额定寿命为30000小时，

则由式9，该轴上整个轴承系统的额定寿命如下：

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

就是说，整个轴承系统的额定寿命比单个轴承中最短的额定寿命还短。

这个结论极为重要，在使用两个以上轴承的装置中，如需考虑整个轴承系统的寿命时，必须加以注意。

l       机械要求的轴承必需寿命

过份延长轴承寿命未必经济。最好是根据使用机械使用条件设定轴承的必需寿命。

表6为根据经验采用的轴承必需寿命，供参考。

表6  轴承必需寿命（参考）

 

作用于轴承的负荷有轴承支承物的重力、齿轮或皮带等的传动力以及机械运转时产生的负荷等。

由于轴承负荷大多变化不固定、且变化的程度或大小难以确定，所以通过简单的计算确定负荷几乎不可能。

因此，计算轴承负荷一般采用理论计算值乘以经验系数的方法。

负荷系数

 作用于轴承的径向负荷或轴向负荷虽然可以按照一般的力学方法计算，但由于机械的振动或冲击等原因，作用

于轴承的实际负荷往往比计算值大，因此计算时一般将理论计算值乘以一个与机械振动或冲击有关的负荷系数，如

下式所示。

表7　负荷系数fw

 

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

                                 这里，F:实际负荷，N{kgf};Fc:理论负荷，N{kgf};Fw:负荷系数（表7）。

皮带或链传动时的负荷

皮带传动时作用于皮带轮轴的理论负荷可通过计算皮带有效传动力求得。

    但在计算实际负荷时，还必须将有效传动力乘以与机械振动或冲击有关的负荷系数(fw)以及与皮带张力有关的

皮带系数(fb)。

另外，链传动时也必须乘以与皮带系数相当的链系数，如式（11）所示。

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

这里，

Fb:皮带轮轴或链轮轴的实际负荷N{kgf}

M:皮带轮或链轮的扭矩，mN.m{kgf.mm}

W:传递功率，KW

Dp:皮带轮或链轮节圆直径，mm

n:转速，rpm

fw:负荷系数（表7）

fn:皮带（链）系数（表8）

表8　皮带（链）系数 fb

齿轮传动时的负荷

作用于齿轮的负荷与齿轮系数

齿轮传动时作用于齿轮的理论负荷有切向负荷（Kt），径向负荷（Kr）和轴向负荷（Ka）,可根据传递功率和

齿轮种类，分别用力学方法计算（2）项           。

但在计算实际负荷时，还必须将理论负荷乘以与机械振动或冲击有关的负荷系数（    fw...表7）以及与齿轮精

度有关的齿轮系数（fg...表9）。

表9  齿轮系数fg