軸承尺寸的選擇
一、軸承的壽命
軸承在承受負(fù)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(fù)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(fù)荷
基本額定動負(fù)荷表示軸承耐滾動疲勞的能力（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)。向心軸承與推力軸承的基本額定動負(fù)荷分別稱做徑向基本額定動負(fù)荷與軸向基本額定動負(fù)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(fù)荷，當(dāng)量動負(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(fù)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(fù)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(jī)械要求的軸承必需壽命請參考表４。
３、根據(jù)溫度進(jìn)行的基本額定動負(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，材料組織會發(fā)生變化、硬度降低，基本額定動負(fù)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(fù)荷乘以表１的溫度系數(shù)進(jìn)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(fù)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(jìn)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(qiáng)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(jìn)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(yùn)轉(zhuǎn)時潤滑劑運(yùn)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(fù)荷進(jìn)行修正（參照表１）
５、機(jī)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(jī)械笨重，不經(jīng)濟(jì)。壽命要求過低，則在使用中需要常更換，一般可根據(jù)機(jī)械的大修期確定軸承的使用壽命。各種機(jī)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(jī)械 |
必需壽命（時間）(h) |
| 短時間或間斷運(yùn)轉(zhuǎn) | 家用電器、電動工具、農(nóng)業(yè)機(jī)械、卷揚(yáng)機(jī) | 4000-8000 |
| 不常使用，但要求可靠運(yùn)轉(zhuǎn) | 家電空調(diào)器馬達(dá)、建筑機(jī)械、皮帶機(jī)、電梯 | 8000-12000 |
| 不連續(xù)但長時間運(yùn)轉(zhuǎn) 每天８小時以上經(jīng)常運(yùn)轉(zhuǎn)或連續(xù)長時間運(yùn)轉(zhuǎn) ２４小時連續(xù)無故障運(yùn)轉(zhuǎn) |
軋鋼機(jī)輥頸、小型電動機(jī)、起重機(jī) | 8000-12000 |
| 工廠通用電動機(jī)、一般齒輪裝置 | 12000-20000 |
|
| 機(jī)床、振動篩、破碎機(jī) | 20000-30000 |
|
| 壓縮機(jī)、泵、重要齒輪裝置 | 40000-60000 |
|
| 自動扶梯 | 12000-20000 |
|
| 離心電動機(jī)、空調(diào)設(shè)備、鼓風(fēng)機(jī)、木工機(jī)械、鐵路車輛車軸 | 20000-30000 |
|
| 大型電動機(jī)、礦山提升機(jī)、鐵路車輛主電機(jī)、機(jī)車車輛 | 40000-60000 |
|
| 造紙機(jī)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(fù)荷 軸承大多承受徑向負(fù)荷與軸向負(fù)荷的合成負(fù)荷，并且負(fù)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(fù)荷直接與基本額定動負(fù)荷比較。
這時，則將實際負(fù)荷換算成通過軸承中心，且大小和方向一定的假想負(fù)荷來進(jìn)行分析比較，軸承在假想負(fù)荷下具有與實際負(fù)荷和轉(zhuǎn)速下相同的壽命。
這樣換算的假想負(fù)荷稱做當(dāng)量動負(fù)荷，用Ｐ表示。
１、當(dāng)量動負(fù)荷的計算
承受大小和方向一定的合成負(fù)荷的向心軸承與推力軸承（a不等于90度)的當(dāng)量動負(fù)荷可由下式計算：
P=XFr+YFa........(9)
這里，
Ｐ：當(dāng)量動負(fù)荷，N{kgf} 對于向心軸承，表示為Pr:徑向當(dāng)量動負(fù)荷
對于推力軸承，表示為Pa:軸向當(dāng)量動負(fù)荷
Fr:徑向負(fù)荷，N{kgf}
Fa:軸向負(fù)荷，N{kgf}
X:徑向負(fù)荷系數(shù)
Y:軸向負(fù)荷系數(shù)（負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)荷與外部軸向負(fù)荷(Ka)時的當(dāng)量動負(fù)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(fù)荷的計算 ２）接觸角為９０度的推力球軸承只承受軸向負(fù)荷，因此當(dāng)量動負(fù)荷Pa=Fa
３）推力調(diào)心滾子軸承的當(dāng)量動負(fù)荷由下式計算：
Pa=Fa+1.2Fr.........式11 這里Fr/Fa<=0.55
２、負(fù)荷變化時的平均當(dāng)量動負(fù)荷 軸承承受大小或方向變化的負(fù)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(fù)荷。各種變化條件下的平均當(dāng)量動負(fù)荷Pm的計算方法如圖所示。
四、基本額定靜負(fù)荷與當(dāng)量靜負(fù)荷１、基本額定靜負(fù)荷
軸承承受太大的靜負(fù)荷或在極低轉(zhuǎn)速下承受沖擊負(fù)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(fù)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(fù)荷是指使承受最大負(fù)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(fù)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(fù)荷分別稱作徑向基本額定靜負(fù)荷與軸向基本額定靜負(fù)荷，用Cor與Coa表示，其數(shù)值載于軸承尺寸表。２、當(dāng)量靜負(fù)荷
當(dāng)量靜負(fù)荷是指一種假想負(fù)荷，當(dāng)軸承靜止或轉(zhuǎn)速極低時，該假想負(fù)荷下承受負(fù)荷的滾動體與滾道的接觸面中央產(chǎn)生與實際負(fù)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(fù)荷分別采用通過軸承中心的徑向負(fù)荷與通過軸承中心線的軸向負(fù)荷。當(dāng)量靜負(fù)荷由式１７到式２０計算：
當(dāng)量靜負(fù)荷可由下式計算：
這里：
Por:徑向當(dāng)量靜負(fù)荷，N{kgf}
Poa:軸向當(dāng)量靜負(fù)荷，N{kgf}
Fr:徑向負(fù)荷，N{kgf}
Fa:軸向負(fù)荷，N{kgf}
Xo:徑向靜負(fù)荷系數(shù)
Yo:軸向靜負(fù)荷系數(shù)（靜負(fù)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(fù)荷雖取決于軸承的基本額定靜負(fù)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(fù)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(fù)荷，N{kgf}
Po:當(dāng)量靜負(fù)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(fù)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(fù)荷或非均布負(fù)荷 | 1 |
2 |
|