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軸承知識

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軸承尺寸的選擇

2017/1/13 15:06:04

軸 承 的 壽 命

軸承在隨負荷旋轉時,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,也會因材料疲勞使滾道面及滾動面出現魚鱗狀損傷(稱做剝離或剝落)。

出現這種滾動疲勞操作之前的總旋轉數稱做軸承的“(疲勞)壽命”。

即使是結構、尺寸、材料、加工方法等完全相同的軸承,在同樣條件下旋轉時,軸承的(疲勞)壽命仍會出現較大的差異。

這是因為材料疲勞本身即具有離散性,應從統計的角度來考慮。

于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉時,其中90%的軸承不出現滾動疲勞操作的總旋轉數稱做“軸承的基本額定壽命”(即可靠性為90%的壽命)在以固定的轉速旋轉時,也可用總旋轉時間表示。

但在實際工作時,還會出現滾動疲勞操作以外的損傷現象(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。

軸承壽命的計算

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),在內圈旋轉外圈固定(或內圈固定外圈旋轉)的條件下,該負荷下的基本額定壽命可達100萬轉,向心軸承與推力抽承的基本額定動負荷分別稱做徑向基本定動負荷 與軸向基本額定動負荷,用Cr與Ca表示,其數值載于軸承尺寸表。

基本額定壽命

式(1)表示軸承的基本額定動負荷、當量動負荷及基本額定壽命之間的關系。

軸承以固定的轉速旋轉時,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

L10h:基本額定壽命,h

L10s:基本額定壽命,km

P:當量動負荷,N{Kgf}厖......參照后面

C:基本額定動負荷,N{Kgf}

n:轉速,rpm

p:壽命指數  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,設當量動負荷為P,轉速為n,則滿足設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(fh)和速度系數(fn)表示的計算式如下:

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

壽命系數 : fh=fn ........................................................................................ ………….(6)

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

利用計算圖表[參考圖]可簡易地求得fh、fn和L10h。

參考圖轉速(n)與速度系數(fn)以及壽命系數(fh)與壽命(L10h)的關系

根據溫度進行的基本額定動負荷的修正與軸承的尺寸穩定處理

軸承在高溫下使用時,村料組織會發生變化、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

一旦發生變化,即使濕度恢復到常溫也不會復原。

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值乘以表3的溫度系數進行修正。

軸承長時間在120℃以上的工作溫度下使用時,由于經一般熱處理的軸承尺寸變化大,必須進行尺寸穩定處理。

尺寸穩定處理代號與使用溫度范圍如表4所示。

但經尺寸穩定處理的軸承硬度降低,有時基本額定動負荷會減小。

表3 溫度系數                                          表4 尺寸穩定處理

修正額定壽命

式10表示的是可靠性為90%的基本額定壽命,根據用途的不同,有時也靠性高于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,基本潤滑等使用條件的不同也會影響軸承壽命?紤]了以上因

素對基本額定壽命進行修正后的壽命稱為修正額定壽命,可由式8計算。

這里,

Lna:修正額定壽命,106轉

(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

a2 :軸承特性系數

a3 :使用條件系數

[備注]按照可靠性高于90%的Lna選擇軸承尺寸時,應特別注意軸與外殼的強度。

為標準材料,其試驗結果表明具有相當的壽命延長效果。

這類軸承的基本額定動負荷載于軸承尺寸表,這時可取a2=1。

另外,采用專用于延長疲勞壽命的特殊材料時,可取a2>1。

l         使用條件系數a3

軸承在直接影響壽命的條件(尤其是潤滑條件)下使用時,用系數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

l         運轉時潤滑劑運動粘度降低時

球軸承.........小于13mm2/s{13cSt}

滾子軸承.........小于20mm2/s{20cSt}

l    轉速特別低時

滾動體節圓直徑與轉速的乘積小于10000

l         潤滑劑中混入雜質時

l         內圈與外圈的相對傾斜大時

注1: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。

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

的場合,一般認為a2≤1。由于難以使a2與a3獨立,因此也有主張用一個系數a23的。     

多軸承系統的壽命

在使用兩個以上軸承的裝置中,多數情下即使一個軸承失效,也會導致整個裝置喪失功能。

將使用的全體軸承看成一個軸承系統時,該軸承系統的額定壽命可由下式計算。

                           1/Le=1/L1e +1/L2e +1/L3e + ................................................(9)

這里,

L:整個軸承系統的額定壽命

L1、L2、L3:各軸承的額定壽命

E:常數

e=10/9......球軸承

e=9/8......滾子軸承

(混合使用時取平均值)

[例]

考慮一根由兩個滾子軸承支承的軸,設一個軸承的額定壽命為50000小時,另一個軸承的額定壽命為30000小時,

則由式9,該軸上整個軸承系統的額定壽命如下:

                               1/L9/8 =1/ 500009/8 +1/ 300009/8        L=20000h    

就是說,整個軸承系統的額定壽命比單個軸承中最短的額定壽命還短。

這個結論極為重要,在使用兩個以上軸承的裝置中,如需考慮整個軸承系統的壽命時,必須加以注意。

l       機械要求的軸承必需壽命

過份延長軸承壽命未必經濟。最好是根據使用機械使用條件設定軸承的必需壽命。

表6為根據經驗采用的軸承必需壽命,供參考。

表6  軸承必需壽命(參考)


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