滚动轴承设计

一、滚动轴承承载能力的一般说明

滚动轴承的承载能力与轴承类型和尺寸有关。相同外形尺寸下，滚子轴承的承载能力约为球轴承的 1.5 ～ 3 倍。向心类轴承主要用于承受径向载荷，推力类轴承主要用于承受轴向载荷。角接触轴承同时承受径向载荷和轴向载荷的联合作用，其轴向承载能力的大小随接触角 α 的增大而增大。

二、滚动轴承的寿命计算

轴承的寿命与载荷间的关系可表示为下列公式：

L₁₀ = (f_tC/P)^ε 或 L_h = (10⁶/60n)(f_tC/P)^ε

式中：

L₁₀ —— 基本额定寿命（10⁶ 转）；

L_h ── 基本额定寿命（小时 h）；

C ── 基本额定动载荷，由轴承类型、尺寸查表获得；

P ── 当量动载荷（N），根据所受径向力、轴向力合成计算；

f_t ── 温度系数，由表 1 查得；

n ── 轴承工作转速（r/min）；

ε ── 寿命指数（球轴承 ε = 3，滚子轴承 ε = 3.3333）

三、温度系数 ft

当滚动轴承工作温度高于 120 ℃ 时，需引入温度系数（表 1）

表 1 —— 温度系数

四、当量动载荷

当滚动轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量载荷的基本计算公式为：

P=f_p(XF_r + YF_a)

式中：

P —— 当量动载荷，N；

F_r —— 径向载荷，N；

F_a —— 轴向载荷，N；

X —— 径向动载荷系数；

Y —— 轴向动载荷系数；

f_p —— 负荷系数。

五、载荷系数 f_p

当轴承承受有冲击载荷时，当量动载荷计算时，引入载荷系数（表 2）

表 2 —— 冲击载荷系数 f_p

六、动载荷系数 X、Y

表 3 —— 深沟球轴承的系数 X、Y

表 4 —— 角接触球轴承的系数 X、Y

表 5 —— 其它向心轴承的系数 X、Y

表 6 —— 推力轴承的系数 X、Y

七、安全因数 S0

表 7 —— 静止轴承安全因数

表 8 —— 旋转轴承安全因数

八、成对轴承所受轴向力

计算公式：

角接触球轴承：S = eF_r

圆锥滚子轴承：S = F_r/2Y

式中 e 为判断系数，可由表 4 查出；Y 应取表 5 中 F_a/F_r > e 的数值。

1、正排列：

若 S₁ + F_a > S₂

则 F_a1 = S₁、F_a2 = S₁ + F_a

若 S₁ + F_a < S₂

则 F_a1 = S₂ - F_a、F_a2 = S₂

2、反排列：

若 S₂ + F_a > S₁

则 F_a1 = F_a + S₂、F_a2 = S₂

若 S₂ + F_a < S₁

则 F_a1 = S₁、F_a2 = S₁ - F_a

九、成对轴承当量动载荷

根据基本公式：

P₁ = F_p(X₁F_r1 + Y₁F_a1)

P₂ = F_p(X₂F_r2 + Y₂F_a2)

式中：

P —— 当量动载荷，N；

F_r —— 径向载荷，N；

F_a —— 轴向载荷，N；

X —— 径向动载荷系数；

Y —— 轴向动载荷系数；

F_p —— 负荷系数。

十、修正额定寿命计算

对于要求不同的可靠度、特殊的轴承性能以及运转条件不属于正常情况下的轴承寿命计算时，可采用修正额定寿命计算公式：

L_na = a₁a₂a₃L₁₀

式中：

L_na ── 特殊的轴承性能、运转条件以及不同可靠度要求下的修正额定寿命（106转）；

a₁ ── 可靠度的寿命修正系数；

a₂ ── 特殊的轴承性能寿命修正系数；

a₃ ── 运转条件的寿命修正系数。

（1）可靠性寿命修正系数 a₁

当轴承的可靠性不为 90% 时，应加入可靠性寿命修正系数（表 9）

表 9 —— 可靠性寿命修正系数 a₁

（2）特殊的轴承性能寿命修正系数 a₂

采用夹杂物含量非常低或经过特别分析处理的钢材，可取 a₂ ≥ 1；

采用特殊的材料、工艺或设计，而润滑却不良时，a₂ 通常不能大于 1 的值；

若采用特殊的热处理造成材料硬度降低而导致轴承寿命下降，应选取相应减小的 a₂ 值。

（3）运转条件的寿命修正系数 a₃

正常运转条件下，可取 a₃ ＝ 1；

润滑条件十分理想时，可取 a₃ ＞ 1；

润滑条件不好时，可取 a₃ ＜ 1。