軸承的選用方法

軸承的選用方法

1.        選擇的方法和步驟

能否正確選用滾動(dòng)軸承，對(duì)主機(jī)能否獲得良好的工作性能，延長(zhǎng)使用壽命；對(duì)企業(yè)能否縮短維修時(shí)間，減少維修費(fèi)用，提高機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)率，都有著十分重要的作用。因此，不論是設(shè)計(jì)制造單位，還是維修使用單位，在選擇滾動(dòng)軸承時(shí)都必須高度重視，其選擇的全部程序見圖1�1。

一般來(lái)說，選擇軸承的步驟可能概括為：

1. 根據(jù)軸承工作條件（包括載荷方向及載荷類型、轉(zhuǎn)速、潤(rùn)滑方式、同軸度要求、定位或非定位、安裝和維修環(huán)境、環(huán)境溫度等），選擇軸承基本類型、公差等級(jí)和游隙；

2. 根據(jù)軸承的工作條件和受力情況和壽命要求，通過計(jì)算確定軸承型號(hào)，或根據(jù)使用要求，選定軸承型號(hào)，再驗(yàn)算壽命；

3. 驗(yàn)算所選軸承的額定載荷和極限轉(zhuǎn)速。

選擇軸承的主要考慮因素是極限轉(zhuǎn)速、要求的確良?jí)勖洼d荷能力，其它的因素則有助于確定軸承類型、結(jié)構(gòu)、尺寸及公差等級(jí)和游隙工求的最終方案。

1. 類型選擇

各類滾動(dòng)軸承具有不同的特性，適用于各種機(jī)械的不同使用情況。選擇軸承類型時(shí)，
通常應(yīng)考慮下列因素。一般情況下：對(duì)承受推力載荷時(shí)選用推力軸承、角接觸軸承，對(duì)高速應(yīng)用場(chǎng)合通常使用球軸承，承受重的徑向載荷時(shí)，則選用滾子軸承。總之，選用人員應(yīng)從不同生產(chǎn)廠家、眾多的軸承產(chǎn)品中，選用合適的類型。

2.       軸承所占機(jī)械的空間和位置
、在機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般先確定軸的尺寸，然后，根據(jù)軸的尺寸選擇滾動(dòng)軸承。通常是小軸選用球軸承，大軸選用滾子軸承。但是，當(dāng)軸承在機(jī)器的直徑方向受到限制時(shí)，則選用滾針軸承、特輕和超輕系列的球或滾子軸承；當(dāng)軸承在機(jī)器的軸向位置受到限制時(shí)，可選用窄的或特窄系列的球或滾子軸承。

、軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)

載荷是選用軸承的最主要因素。滾子軸承用于承受較重的載荷，球軸承用于承受較輕的或中等載荷，滲碳鋼制造或貝氏體淬火的軸承，可承受沖擊與振動(dòng)載荷。
、
在載荷的作用方向方面，承受純徑向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、圓柱滾子軸承或滾針軸承。承受較小的純軸向載荷時(shí)，可選用推力球軸承；承受較大的純軸向載荷時(shí)，可選用推力滾子軸承。當(dāng)軸承承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時(shí)，一般選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承。對(duì)于懸臂支撐結(jié)構(gòu)，常采用圓錐滾子軸承或角接觸球軸承，且成對(duì)使用。

、軸承的調(diào)心性能

當(dāng)軸的中心線與軸承座中心線不同，有角度誤差，或因軸的兩支承間距較大而軸的剛性以較小，容易受力彎曲或傾斜時(shí)，可選用具有良好調(diào)心性能的調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承，以及外球軸承。此類軸承在軸稍微傾斜或彎曲情況下，能保持正常工作。
、
軸承調(diào)心性能的好壞，與其允許的不同軸度有關(guān)，不同軸度值愈大，調(diào)心性能愈好。各類軸承允許的不同軸度見表1�1
、
軸承的剛性

軸承的剛性，是指軸承產(chǎn)生單位變形所需力之大小。滾動(dòng)軸承的彈性變形很小，在大多數(shù)機(jī)械中可以不必考慮，但在某些機(jī)械中，如機(jī)床主軸，軸承剛性則是一個(gè)重要因素，一般應(yīng)選用圓柱和圓錐滾子軸承。因?yàn)檫@兩類軸承在承受載荷時(shí)，其滾動(dòng)體與滾道屬于點(diǎn)接觸，剛性較差。

另外，各類軸承還可以通過預(yù)緊，達(dá)到增大支承剛性的目的。如角接觸球軸承和圓錐滾子軸承，為防止軸的振動(dòng)，增加支承剛性，往往在安裝時(shí)預(yù)先施加一定的軸向力，使其相互壓緊。這里特別指出：預(yù)緊量不可過大。過大時(shí)，將使軸承摩擦增大，溫升增高，影響軸承使用壽命。

軸承的轉(zhuǎn)速

每一個(gè)軸承型號(hào)都有其自身的極限轉(zhuǎn)速，它是由諸如尺寸、類型及結(jié)構(gòu)等物理特性所決定的，極限轉(zhuǎn)速是指軸承的最高工作轉(zhuǎn)速（通常用r∕min），超過這一極限會(huì)導(dǎo)致軸承溫度升高，潤(rùn)滑劑干枯，甚至使軸承卡死。

使用場(chǎng)合所要求的速度范圍有助于決定采用什么類型的軸承，圖1�2給出了大多數(shù)通用軸承的典型速度范圍。D是軸承尺寸，它通常是指軸承的節(jié)圓直徑，在選擇軸承時(shí)，使用軸承內(nèi)徑和外徑的平均值，單位mm.

用節(jié)圓直徑D乘以軸旋轉(zhuǎn)速度（單位r/min）得出一極限轉(zhuǎn)速因素（DN），DN在選擇軸承類型和尺寸時(shí)十分重要。大多數(shù)軸承制造廠家的產(chǎn)品目錄都提供其產(chǎn)品的極限轉(zhuǎn)速值，實(shí)踐證明，在低于極限轉(zhuǎn)速90%的狀態(tài)下工作是比較好的。

脂潤(rùn)滑軸承的極限轉(zhuǎn)速比油潤(rùn)滑軸承的極限轉(zhuǎn)速低，軸承的供油方式對(duì)可達(dá)到的極限轉(zhuǎn)速有影響。表1�2提供了幾種軸承潤(rùn)滑形式的極限轉(zhuǎn)速修正系數(shù)（K ）。必須注意，對(duì)脂潤(rùn)滑軸承，其極限轉(zhuǎn)速一般僅是該軸承采用一個(gè)高質(zhì)量的重復(fù)循環(huán)油系統(tǒng)時(shí)的極限轉(zhuǎn)速的80%，但對(duì)油霧潤(rùn)滑系統(tǒng)，其極限轉(zhuǎn)速一般比相同的基本潤(rùn)滑系統(tǒng)高50%。

保持架的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)也影響軸承的極限轉(zhuǎn)速，因?yàn)闈L動(dòng)體與保持架表面是滑動(dòng)接觸，用比較貴的、設(shè)計(jì)合理的、以高質(zhì)量和低摩擦材料制成的保持架，不僅可將滾動(dòng)體隔開來(lái)，而且有助于維持滑動(dòng)接觸區(qū)的潤(rùn)滑油膜。但象沖壓保持架之類價(jià)格低廉的保持架，通常只能使?jié)L動(dòng)體保持分離。因此，它們存在著易出事故和令人苦惱的滑動(dòng)接觸，從而導(dǎo)致更低的極限轉(zhuǎn)速。

一般來(lái)說在較高轉(zhuǎn)速的工作場(chǎng)合下，宜選用深溝球軸承、角接觸軸承、圓柱滾子軸承；在較低轉(zhuǎn)速工作場(chǎng)合下，可選用圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速，一般約為深溝球軸承的65%，圓柱滾子軸承的70%，角接觸球軸承的60%。推力球軸承的極限轉(zhuǎn)速低，只能用于較低轉(zhuǎn)速的場(chǎng)合

對(duì)于同一類軸承，尺寸愈小，允許轉(zhuǎn)速愈高。在選用軸承時(shí)，應(yīng)注意要使實(shí)際轉(zhuǎn)速低于極限轉(zhuǎn)速。

· 軸承游動(dòng)和軸向位移

通常情況下，一個(gè)軸用兩個(gè)軸承相隔一定的距離給予支承。為了適應(yīng)軸和外殼不同程度的熱漲影響，安裝時(shí)應(yīng)將一個(gè)軸承在軸向固定，另一個(gè)軸承使之在軸上可以游動(dòng)（即游動(dòng)支承），以防止因軸的伸長(zhǎng)或收縮引起的卡死現(xiàn)象。游動(dòng)支承通常選用內(nèi)圈或外圈無(wú)擋邊的圓柱滾子軸承（原2000型、32000型）和滾針軸承，這主要是此類軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)允許軸與外殼有適當(dāng)軸向位移的緣故。此時(shí)，內(nèi)圈與軸，外圈與外殼孔可采用緊配合。當(dāng)采用不可分離型軸承做游動(dòng)支承時(shí)，如深溝球軸承、調(diào)心滾子軸承，在安裝中必須允許外圈與外殼孔，或內(nèi)圈與軸采用較松配合，使之軸向可自由游動(dòng)。

圖1�3示出幾種定位和非定位的圓柱滾子軸承結(jié)構(gòu)

圓錐滾子軸承、調(diào)心滾子軸承和深溝球軸承基本上屬于定位型，當(dāng)用作非定位時(shí)則采用松配合安裝。所有推力滾子軸承均屬定位型軸承。

· 便利于軸承的安裝和拆卸



選用軸承類型時(shí)，對(duì)軸承安裝拆卸是否方便，亦必須考慮周全，特別是對(duì)大型和特大型軸承的安裝和拆卸尤為重要。一般的外圈可分離的角接觸球軸承、圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承和滾針軸承，安裝拆卸比較方便，它們的內(nèi)圈和外圈可分別裝于軸上或殼體孔內(nèi)。此外，內(nèi)徑帶圓錐孔的，帶緊定套的調(diào)心滾子軸承、雙列圓柱滾子軸承和調(diào)心球軸承，也比較容易安裝拆卸。

· 其它要求

除上述因素外，還應(yīng)考慮軸承的工作環(huán)境溫度、軸承密封及對(duì)摩擦力矩、振動(dòng)、噪聲等的特殊要求。

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盈配合時(shí)導(dǎo)致軸承游隙減小；

4. 軸承工作時(shí)，內(nèi)外套圈的溫度差導(dǎo)致軸承游隙減小；

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。

各類軸承的徑向游隙見國(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�3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�4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，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 ，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�5給出了壽命修正的百分比。這里L 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

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)普遍存在的問題。在軸承選擇中，你必須加以補(bǔ)償。表1�7提供了幾種軸承類型允許的不同軸度。如果不超過允許值，則對(duì)此不需加以修正。

表1�7 允許的（無(wú)性能惡化）不同軸度

雖然每種類型的軸承對(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。 

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