機(jī)械設(shè)計(jì)軸承尺寸與壽命
作者：泵閥 來源：軸承 發(fā)布時(shí)間：2024-11-04
為確認(rèn)所選軸承種類是否妥當(dāng)，我們需要確定所選軸承的尺寸和壽命是否滿足設(shè)備的期望要求。選擇軸承時(shí)，要確保軸承在機(jī)械中穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，必須確定合適的軸承尺寸。
1，軸承壽命定義
軸承在承受旋轉(zhuǎn)載荷時(shí)，每當(dāng)滾動體（滾珠或滾子）在內(nèi)圈，外圈的滾道表面上通過時(shí)，都會對其反復(fù)施加載荷。這種反復(fù)負(fù)荷會對與滾動體滾動面接觸的內(nèi)圈、外圈滾道面產(chǎn)生很大的壓力。導(dǎo)致軸承材料疲勞，使?jié)L道面或滾動面表面產(chǎn)生魚鱗狀剝落。這種到滾動疲勞損傷產(chǎn)生為止的總轉(zhuǎn)數(shù)叫做軸承的“滾動（疲勞）壽命”，是可以預(yù)測的。
軸承的滾動壽命參差不齊，呈現(xiàn)威布爾分布，一組相同軸承在相同條件下使用時(shí)，其中90%的軸承能在未產(chǎn)生疲勞損傷的狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)，叫做“基本額定壽命”。
當(dāng)然對于極高可靠性應(yīng)用的設(shè)備可以選擇90%以上的可靠性“基本額定壽命”。
2，軸承的預(yù)期使用壽命
你是不是認(rèn)為軸承的壽命肯定是越長越好？因?yàn)檩S承只是設(shè)備中的一個(gè)部件，軸承壽命的設(shè)定值過長將導(dǎo)致成本浪費(fèi)，根據(jù)機(jī)械的用途及使用條件確定適當(dāng)?shù)膲勖@一點(diǎn)非常重要。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)列舉出了不同機(jī)器類型的約定壽命參考值（來自SKF）。您也可以根據(jù)實(shí)際情況設(shè)定軸承的預(yù)期使用壽命。
3，軸承壽命的計(jì)算與確認(rèn)（滾動接觸疲勞）
我們在設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè)備并選擇軸承時(shí)，應(yīng)保證在預(yù)期使用壽命的時(shí)間內(nèi)不會產(chǎn)生滾動疲勞損傷的軸承。也就是“基本額定壽命”大于預(yù)期使用壽命。
那么“基本額定壽命”如何預(yù)測？
“基本額定動載荷”是指“軸承抗?jié)L動疲勞的強(qiáng)度能力”。 基本額定動載荷C用于計(jì)算承受動態(tài)應(yīng)力的軸承的壽命。其表示達(dá)到ISO 281基本額定壽命1 000 000 轉(zhuǎn)時(shí)的軸承載荷。
這個(gè)基本額定動載荷的大小和方向是假定不變的。但是機(jī)械中安裝的軸承實(shí)際上是需要承受不同大小、不同方向的載荷。這些載荷無法直接與“基本額定動載荷”相比較。
因此，探討軸承的壽命時(shí)，需要將與實(shí)際承受的徑向載荷以及軸向載荷進(jìn)行轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為：一個(gè)假定大小和方向不變，在徑向作用于徑向軸承，或沿中心線軸向作用于推力軸承的載荷。這種轉(zhuǎn)化的載荷叫做“當(dāng)量動載荷”。
使用“基本額定動載荷”和“當(dāng)量動載荷”計(jì)算軸承的“基本額定壽命”。確認(rèn)所選軸承的壽命是否滿足必要壽命（是否不足或超過太多）。基本額定壽命通常是疲勞轉(zhuǎn)速壽命，為了方便比較，結(jié)合軸承的實(shí)際轉(zhuǎn)速，即可換算為軸承小時(shí)壽命。
注意：如果不滿足，需要重新選擇軸承尺寸。
4，滾動接觸永久變形
除了動載荷疲勞壽命，軸承還需要考慮載荷造成的永久變形。如果向未旋轉(zhuǎn)或低速旋轉(zhuǎn)的軸承施加過大負(fù)荷，滾動體和內(nèi)圈、外圈滾道面的接觸部位會產(chǎn)生凹陷（變形）。這種凹陷會隨著負(fù)荷的增加而增大，超過某個(gè)極限時(shí)，便會妨礙軸承順暢旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致振動和摩擦增加。
IS0 76 將基本額定靜載荷定義為，在承載大的滾動體與滾道接觸中心位置產(chǎn)生某一接觸應(yīng)力的載荷。接觸應(yīng)力值為：
在這一應(yīng)力下會造成滾動體和滾道的永久變形，約為滾動體直徑的 0.0001。對于徑向軸承而言，載荷為純徑向載荷，對于推力軸承而言，載荷為作用于軸承中心的軸向載荷。
為防止凹陷擴(kuò)大造成軸承失效，軸承承受的負(fù)荷有限度規(guī)定。這種極限負(fù)荷叫做“基本額定靜載荷C0”。軸承產(chǎn)品目錄的尺寸表中，記載了不同軸承種類、尺寸的“基本額定靜負(fù)荷”。
同樣的，機(jī)械中安裝的軸承需要承受不同大小、方向的負(fù)荷。但是，這些負(fù)荷無法直接與“基本額定靜負(fù)荷”相比較。因此同樣需要轉(zhuǎn)化為“當(dāng)量靜載荷”
比較“基本額定靜載荷”和“當(dāng)量靜載荷”，確認(rèn)凹陷導(dǎo)致的軸承的使用極限。
5，與軸承尺寸或載荷相關(guān)的其他確認(rèn)點(diǎn)
軸承徑向載荷與軸向載荷的載荷比
小載荷值
軸承的不對中能力等
