★軸承游隙選擇

1. 游隙選擇
游隙是滾動(dòng)軸承能否正常工作的一個(gè)重要因素，分為軸向游隙和徑向游隙。選擇適當(dāng)?shù)挠蜗叮墒馆d荷在軸承滾動(dòng)體之間合理分布；可限制軸（或外殼）的軸向和徑向位移，保證軸的旋轉(zhuǎn)精度；能使軸承在規(guī)定的溫度下正常工作；減少振動(dòng)和噪聲，有利于提高軸承的壽命。因此。在選用軸承時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)妮S承游隙。
選擇軸承游隙時(shí)，應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：
1. 軸承的工作條件，如載荷、溫度、轉(zhuǎn)速等；
2. 對(duì)軸承使用性能的要求（旋轉(zhuǎn)精度、摩擦力矩、振動(dòng)、噪聲）；
3. 軸承與軸和外殼孔為過(guò)盈配合時(shí)導(dǎo)致軸承游隙減??；
4. 軸承工作時(shí)，內(nèi)外套圈的溫度差導(dǎo)致軸承游隙減??；
5. 因軸和外殼材料的膨脹系數(shù)不同，導(dǎo)致軸承游隙減小或增大。
根據(jù)使用經(jīng)驗(yàn)，球軸承最適宜的工作游隙為近于零；滾子軸承應(yīng)保持有少量的工作游隙。在要求支承剛性良好的部件中，軸承允許有一定數(shù)值的預(yù)緊力。這里特別指出，所謂工作游隙，是指軸承在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的游隙。還有一種游隙叫原始游隙，是指軸承未安裝前的游隙。原始游隙大于安裝游隙。我們對(duì)游隙的選擇，主要是選擇合適的工作游隙。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的游隙值分為三組：有基本組（0組）、小游隙輔助組（1、2組）和大游隙輔助組（3、4、5組）。選擇時(shí)，在正常工作條件下，宜優(yōu)先選用基本組，便可使軸承得到合適的工作游隙。當(dāng)基本組不能滿(mǎn)足使用要求時(shí)，則應(yīng)選用輔助組游隙。大游隙輔助組適用于軸承與軸和外殼孔采用過(guò)盈配合，軸承內(nèi)外圈溫差較大，深溝球軸承需要承受較大軸向負(fù)荷或需改善調(diào)心性能，心及要求提高極限轉(zhuǎn)速和降低軸承摩擦力矩等場(chǎng)合；小游隙輔助組適用于要求較高的旋轉(zhuǎn)精度、需嚴(yán)格控制外殼孔的軸向位移，以及需減少振動(dòng)和噪聲的場(chǎng)合。
各類(lèi)軸承的徑向游隙見(jiàn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。
1. 公差等級(jí)選擇
軸承的公等級(jí)，主要是根據(jù)軸對(duì)支承的旋轉(zhuǎn)精度要求來(lái)確定的。一般情況下，例如具有大嚙合公差的正齒輪減速器，可用PO級(jí)軸承，但某些對(duì)旋轉(zhuǎn)精度有嚴(yán)格要求或轉(zhuǎn)速很高的軸，如高精度、小跳動(dòng)的機(jī)床主軸則選用高于PO級(jí)的軸承。
采用公差等級(jí)高的軸承時(shí)，其軸的外殼的制造公差應(yīng)與軸承公差等級(jí)相適應(yīng)，并應(yīng)具有足夠的結(jié)構(gòu)剛度。表1列出軸承公差等級(jí)選用實(shí)例，供參考。
2. 壽命和可靠性的計(jì)算
要求的使用壽命L是按照期望設(shè)備能工作的總累計(jì)時(shí)間來(lái)確定的，常用單位是工作小時(shí)數(shù)，壽命的計(jì)算也可用軸承總的轉(zhuǎn)數(shù)表示，在計(jì)算使用壽命過(guò)程中，各種工作狀態(tài)都必須考慮。設(shè)備工作是八小時(shí)一班制或工作日制它是否整天連續(xù)使用它是否頻繁啟?；蛞坏﹩?dòng)就長(zhǎng)期工作表1給出了各種動(dòng)力傳輸應(yīng)用場(chǎng)合的一般使用壽命值。
維修費(fèi)用、概率壽命及報(bào)廢也必須加以考慮，是設(shè)備長(zhǎng)期使用后更換還是定期修理（包括更換軸承）費(fèi)用上更節(jié)省
當(dāng)然，在決定所要求的壽命L時(shí)，軸承的可靠性是一個(gè)主要考慮因素，在軸承工業(yè)中標(biāo)準(zhǔn)的可靠性水平通常規(guī)定為90%，那就是說(shuō)，以大量在相同應(yīng)用場(chǎng)合下工作的軸承中，有90%的軸承在達(dá)到所選定的軸承工作壽命（L 壽命）時(shí)仍保持完好，如果要求失效率低，則要求的壽命L需加修正。
提高軸承可靠性，使其比90%的可靠性更高，可用降低10%失效率標(biāo)準(zhǔn)軸承的使用壽命來(lái)解決。換言之，如果想獲得更高的可靠性，標(biāo)準(zhǔn)軸承的壽命必須降低。例如：對(duì)一個(gè)可靠性為96%的軸承，必須定義軸承壽命為L(zhǎng) ，而不是L 。在不增大軸承尺寸的情況下，你必須把原L 軸承壽命降低。
在后面我們將給出給定軸承的設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)承載能力，它是速度、軸承實(shí)際載荷及設(shè)計(jì)壽命的函數(shù)。在給定的應(yīng)用場(chǎng)合下，速度和實(shí)際載荷是給定的，因此動(dòng)態(tài)了載能力是設(shè)計(jì)壽命的函數(shù)。為了把可靠性提高到96%，你可加大軸承的外形尺寸，從而達(dá)到工作可靠性為90%時(shí)的同樣水平，也就是說(shuō)你可以提高其動(dòng)態(tài)承載能力，使它高于90%的可靠性所需要的值，這就需選擇一個(gè)更大的軸承。
表1給出了壽命修正的百分比。這里L(fēng) 是標(biāo)準(zhǔn)10%失效的軸承壽命，在左邊一欄里，是要求的可靠性失效率，橫向以相應(yīng)讀出修正百分比，這是標(biāo)準(zhǔn)L 壽命的百分比，它在要求提高軸承可靠性時(shí)十分有用。
例如，如果你要求軸承的居載能力失效率為4%，工作壽命超過(guò)1000小時(shí)，為實(shí)現(xiàn)這些要求，表上給出的壽命修正百分比為正常L 軸承壽命的53%。
用所要求的壽命除以修正百分比，這樣可得L 為：
1000/0。53=1887 （h）
這個(gè)結(jié)果表明：為得到96%可靠性所要求1000小時(shí)壽命，對(duì)應(yīng)90%可靠性的軸承壽命把它引入動(dòng)態(tài)承載能力方程用以計(jì)算軸承尺寸是有價(jià)值的。
載荷和當(dāng)量載荷的計(jì)算
為了確定滿(mǎn)足要求的軸承額定載荷，必須考慮到設(shè)備所要承受的所有的力，以及在其給定周期每個(gè)力作用在軸承上的相應(yīng)時(shí)間。
軸承所經(jīng)受的各種情況或工作條件可以列成表格形式。注意，此處軸承載荷單位用N，轉(zhuǎn)速單位用r/min，在軸承預(yù)定的壽命時(shí)間內(nèi)每種情況的有效作用時(shí)間百分比表達(dá)。這些可簡(jiǎn)化成當(dāng)量載荷P ，然后，每種情況用適當(dāng)?shù)姆匠虂?lái)決定當(dāng)量載荷。
如果在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)，速度和載荷為常數(shù)，則當(dāng)量載荷就是計(jì)算載荷：
P =P 方程（A）
如果在一個(gè)長(zhǎng)周期內(nèi)，速度是常數(shù)，載荷從最小值P 逐漸變到最大值P ，則：
如果在給定有限周期內(nèi)，速度是常數(shù)，載荷變化呈非線性（是階躍函數(shù)或冪函數(shù)，正弦函數(shù)，或某些函數(shù)的組合），在整個(gè)壽命期間，這種非線性變化隨機(jī)地重復(fù)，則：
其中P ，P ，、、、，P 代表在選定的時(shí)間間隔t ，t ，、、、，t 期間的作用載荷。注意，P ，P ，、、、，P 值中的某個(gè)或某幾個(gè)必須公式（A）或（B）計(jì)算。
如果載荷和速度都變化，并且每次載荷的變化都伴隨著相應(yīng)的速度變化，則：</P< p>其中P ，P ，、、、，P 表示速度為n 、n 、、、n 時(shí)的作用載荷，q ，q ，、、、q 表示P 作用于n ，P 作用于n ，、、、，P 作用于n 時(shí)的時(shí)間百分比。這樣，由于各個(gè)速度已經(jīng)包含在方程中了，所以壽命應(yīng)當(dāng)該用經(jīng)修正的壽命公式來(lái)計(jì)算：
方程（E）中的系數(shù)“500”是時(shí)間值500小時(shí)，它是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為33 /min為根據(jù)，相當(dāng)于軸承壽命為500小時(shí)得到的。
修正當(dāng)量載荷
許多使用場(chǎng)合遭受振動(dòng)，使得軸承應(yīng)力明顯提高。同樣，包括有初始的和永久性的不同軸度在內(nèi)的許多應(yīng)用場(chǎng)合，均要求顯著提高載荷能力。
振動(dòng)載荷的補(bǔ)償是以相應(yīng)的振動(dòng)力（考慮最壞情況或最大振動(dòng)載荷）為根據(jù)并與正常、穩(wěn)定的徑向載荷相比較得出的。修正系數(shù)K必須作為當(dāng)量載荷方程中的系數(shù)。表16列出了兩種可能情況下的系數(shù)：一個(gè)是K ，以振動(dòng)力P 為根據(jù)，P 大于穩(wěn)定載荷P ；另一個(gè)是K ，以P 為根據(jù)，P 大天P 。
表
需特別注意，軸承承受重載荷，但不運(yùn)動(dòng)這樣的工作條件格外危險(xiǎn)，因?yàn)樵跐L動(dòng)體和套圈上容量形成微小壓痕，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，就象汽車(chē)輪胎滾過(guò)坑洼一樣。這種象洼坑一樣的小壓痕在工作過(guò)程中能夠很快發(fā)展成點(diǎn)蝕，從而導(dǎo)致軸承失效。
另一個(gè)極端條件恰好相反，即高速但承受載荷甚小。此時(shí)若不施加預(yù)載荷，滾動(dòng)體在滾道上滑動(dòng)很大，這會(huì)導(dǎo)致快速過(guò)熱、潤(rùn)滑劑分解破壞以及永久性損傷。
在軸承選擇中經(jīng)常被忽略考慮的一個(gè)重要載荷就是設(shè)備本身產(chǎn)生的徑向力和軸向力。齒輪的重量和其他零部件的張力甚至軸的重量級(jí)都是應(yīng)加入總載荷的重要的力。
確定需要的額定載荷容量
現(xiàn)在，要求的使用權(quán)壽命、當(dāng)量載荷、軸的轉(zhuǎn)速及任何提高可靠度的修正系數(shù)可一起用來(lái)計(jì)算所需的軸承負(fù)荷容量。
其中：C=需要的額定動(dòng)載荷容量，N
L=要求的L 使用壽命，h
N=軸的轉(zhuǎn)速，r/min
P =軸承的當(dāng)量載荷，N
θ=滾動(dòng)接觸類(lèi)型的無(wú)量綱指數(shù)：
點(diǎn)接觸（球軸承）或線接觸（滾子軸承）。對(duì)球軸承：θ=3。00，
對(duì)滾子軸承：θ=3.33。
假設(shè)作用在滾動(dòng)體表面的力均布，則C值可算得。但是，在動(dòng)力傳輸設(shè)備中，不同軸度是個(gè)普遍存在的問(wèn)題。在軸承選擇中，你必須加以補(bǔ)償。表1提供了幾種軸承類(lèi)型允許的不同軸度。如果不超過(guò)允許值，則對(duì)此不需加以修正。
表1允許的（無(wú)性能惡化）不同軸度
雖然每種類(lèi)型的軸承對(duì)不同軸度有一組基本的修正系數(shù)，但生產(chǎn)廠家各自的設(shè)計(jì)特性也起著重要作用，你必須考慮這些特性。通常，生產(chǎn)廠家的樣本上列出了他們產(chǎn)品的這些系數(shù)。
外形限制
對(duì)要求的額定載荷一旦確定了最終值，你必須考慮軸承安裝所需的外形尺寸，包括這里所考慮的軸承的安裝及固定。以及與具有所要求額定載荷的軸承匹配的軸的尺寸大小。這些因素有助于確定軸承結(jié)構(gòu)和尺寸，還可以排除某些軸承類(lèi)型。在某些場(chǎng)合，由于空間的限制甚至在額定載荷確定之前就排除了選擇的余地。
例如，如果軸承外形非常窄，球軸承是可在此工作的唯一類(lèi)型?；蛘?，如果必須使用直徑非常小的軸承箱，你就需在同一軸上安裝兩個(gè)或更多的滾子軸承才能達(dá)到足夠的額定載荷。
當(dāng)軸的尺寸與要求的軸承額定載荷相衡量有很大差異時(shí)，出現(xiàn)了另一種常見(jiàn)的矛盾。如果軸大但載荷輕，即使要求的額定載荷很小，但也得提出一個(gè)昂貴的，高額定載荷的大型軸承，在這種情況下，最好與軸承廠家接觸，以便提出一個(gè)最經(jīng)濟(jì)有效的解決辦法。
實(shí)例
基本工作條件。假設(shè)軸承應(yīng)用在減速器上，軸承必須支承直徑約25mm的軸的一端，而軸上安裝一個(gè)正齒輪。
工作周期和軸承載荷。齒輪作用力的分析和變速器的工作周期表明：軸承約在3/4的時(shí)間里所承受的徑向載荷為1780N，轉(zhuǎn)速為11000r/min，在1/4的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間內(nèi)，軸承所承受的徑向載荷為890N，轉(zhuǎn)速為3500r/min。良好的正嚙合幾乎不產(chǎn)生軸向力，不存在斜嚙合或者其它有效的軸向分力。預(yù)計(jì)兩方向的最大軸向力為89N，最大振動(dòng)力為89N。
尺寸極限。由于受減速器內(nèi)部設(shè)計(jì)的限制，允許軸承的最大外徑為70mm，最大計(jì)算擾度為6 ，最大位置不同軸度為0、0015。不要求用調(diào)心軸承。
環(huán)境。軸承的潤(rùn)滑同嚙合潤(rùn)滑一樣：從一個(gè)大的油槽噴油，最高預(yù)計(jì)溫度為140 F。
可靠性。軸承要連續(xù)工作必須有一個(gè)好的可靠性，采用8%的可靠失效率。
選擇步驟
1. 軸承內(nèi)徑約25mm。
2. 軸承外徑為70mm。
3. 估計(jì)最大節(jié)圓直徑D（軸承內(nèi)徑和外徑的平均值）為：
（25+70）/2=47.5（mm）
4. 計(jì)算最大DN值：
47.5×11000=0、52×106
5. 為選擇所要求的基本軸承類(lèi)型，確定修正的DN值。首先，由潤(rùn)滑類(lèi)型找出修正軸承極限轉(zhuǎn)速系數(shù)。從圖1查得，采用小油槽連續(xù)工作時(shí),系數(shù)為0.85。.采用大油槽間歇工作時(shí)，系數(shù)為0、95，取連續(xù)工作時(shí)的低系數(shù)值，則修正的DN值為：
1. 52×10）/0、85=0、61×106
1. 利用步驟5得到的DN值及圖1的結(jié)果，我們發(fā)現(xiàn)角接觸球軸承和工業(yè)級(jí)、精密級(jí)圓柱滾子軸承、以及深溝球軸承的轉(zhuǎn)速范圍（極限轉(zhuǎn)速）等于或大于修正的DN值，因此，這些就是最初選擇的軸承類(lèi)型。
2. 由方程（D）計(jì)算當(dāng)量載荷：
3. 確定基本的減速器工作壽命。從表達(dá)式1得到，普通減速器的典型工作壽命為20000h。
4. 用給定的可靠性失效率修正工作壽命。利用表達(dá)1，8%的可靠性失效率給出的壽命修正系數(shù)為85%；因此修正工作壽命L為：
20000/0。85=23529（h） <其中P ，P ，、、、，P 表示速度為n 、n 、、、n 時(shí)的作用載荷，q ，q ，、、、q 表示P 作用于n ，P 作用于n ，、、、，P 作用于n 時(shí)的時(shí)間百分比。這樣，由于各個(gè)速度已經(jīng)包含在方程中了，所以壽命應(yīng)當(dāng)該用經(jīng)修正的壽命公式來(lái)計(jì)算：
方程（E）中的系數(shù)“500”是時(shí)間值500小時(shí)，它是以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為33 /min為根據(jù)，相當(dāng)于軸承壽命為500小時(shí)得到的。
修正當(dāng)量載荷
許多使用場(chǎng)合遭受振動(dòng)，使得軸承應(yīng)力明顯提高。同樣，包括有初始的和永久性的不同軸度在內(nèi)的許多應(yīng)用場(chǎng)合，均要求顯著提高載荷能力。
振動(dòng)載荷的補(bǔ)償是以相應(yīng)的振動(dòng)力（考慮最壞情況或最大振動(dòng)載荷）為根據(jù)并與正常、穩(wěn)定的徑向載荷相比較得出的。修正系數(shù)K必須作為當(dāng)量載荷方程中的系數(shù)。表16列出了兩種可能情況下的系數(shù)：一個(gè)是K ，以振動(dòng)力P 為根據(jù)，P 大于穩(wěn)定載荷P ；另一個(gè)是K ，以P 為根據(jù)，P 大天P 。
表
需特別注意，軸承承受重載荷，但不運(yùn)動(dòng)這樣的工作條件格外危險(xiǎn)，因?yàn)樵跐L動(dòng)體和套圈上容量形成微小壓痕，產(chǎn)生強(qiáng)大的沖擊，就象汽車(chē)輪胎滾過(guò)坑洼一樣。這種象洼坑一樣的小壓痕在工作過(guò)程中能夠很快發(fā)展成點(diǎn)蝕，從而導(dǎo)致軸承失效。
另一個(gè)極端條件恰好相反，即高速但承受載荷甚小。此時(shí)若不施加預(yù)載荷，滾動(dòng)體在滾道上滑動(dòng)很大，這會(huì)導(dǎo)致快速過(guò)熱、潤(rùn)滑劑分解破壞以及永久性損傷。
在軸承選擇中經(jīng)常被忽略考慮的一個(gè)重要載荷就是設(shè)備本身產(chǎn)生的徑向力和軸向力。齒輪的重量和其他零部件的張力甚至軸的重量級(jí)都是應(yīng)加入總載荷的重要的力。
確定需要的額定載荷容量
現(xiàn)在，要求的使用權(quán)壽命、當(dāng)量載荷、軸的轉(zhuǎn)速及任何提高可靠度的修正系數(shù)可一起用來(lái)計(jì)算所需的軸承負(fù)荷容量。
其中：C=需要的額定動(dòng)載荷容量，N
L=要求的L 使用壽命，h
N=軸的轉(zhuǎn)速，r/min
P =軸承的當(dāng)量載荷，N
θ=滾動(dòng)接觸類(lèi)型的無(wú)量綱指數(shù)：
點(diǎn)接觸（球軸承）或線接觸（滾子軸承）。對(duì)球軸承：θ=3。00，
對(duì)滾子軸承：θ=3.33。
假設(shè)作用在滾動(dòng)體表面的力均布，則C值可算得。但是，在動(dòng)力傳輸設(shè)備中，不同軸度是個(gè)普遍存在的問(wèn)題。在軸承選擇中，你必須加以補(bǔ)償。表1提供了幾種軸承類(lèi)型允許的不同軸度。如果不超過(guò)允許值，則對(duì)此不需加以修正。
表1允許的（無(wú)性能惡化）不同軸度
雖然每種類(lèi)型的軸承對(duì)不同軸度有一組基本的修正系數(shù)，但生產(chǎn)廠家各自的設(shè)計(jì)特性也起著重要作用，你必須考慮這些特性。通常，生產(chǎn)廠家的樣本上列出了他們產(chǎn)品的這些系數(shù)。

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