轴承设计的选型

裂缝最终发展成剥落
轴承疲劳故障
确定轴承寿命
轴承可能在疲劳或重大故障出现前就不能使用或不能运转 例如：磨损可严重损坏轴承
机器可继续运行直到影响到其他相关组件
测算轴承寿命
• 设计者研究应用然后进行设计以达到预期寿命
– 真空吸尘器的寿命可为1000小时
• 典型工业应用的寿命约为40,000小时，或4-5年左右 • 较昂贵的机器一般设计的使用寿命较长
轴承的基本额定寿命：
指单个轴承或一组相同性质的轴承，在相同的条件下运转
时，其可靠性为90%时的寿命。
基本额定动负荷：
指一套滚动轴承理论上所能承受的恒定的载荷。 在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为一百万转。
当量动载荷：
指一恒定的载荷，在该载荷作用下，滚动轴承 具有与实际载荷条件下相同的寿命。
对恒速转动的轴承，额定寿命用工作小时数表示为：
可靠性% а1 90 95 0.62 96 97 98 0.33 99 0.21
1
0.53 0.44
对采用常规材料制造的轴承，a2=1；对采用高纯度钢或特殊冶炼方法 （如真空脱气、电渣重熔钢等）的高质量钢材制造的轴承,可取1<a2<3的 值。 当轴承润滑状态属一般情况时，a3=1；当轴承润滑充分，并在滚动接 触表面间形成弹性流体动压油膜时，a3﹥1，若润滑不充分时，a3应取小 于1的值。这里应特别注意的是，由于轴承的润滑不充分则不可能充分发
轴径尺寸较小
各类球轴承
轴径
圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 轴径尺寸较大 调心滚子轴承
也可用球轴承
2）.根据轴承安装部位的有效空间选择轴承系列或类型。
径向空间受限
截面高度较小的 超轻或特轻系列 的球、滚子轴承 或滚针轴承
轴承有效空间 轴向空间受限 窄或特窄系列的 球或滚子轴承
2.负荷大小及性质
1）.按负荷大小选择轴承
• 不对心-安装、使用时的工况
• 安装和拆卸考虑
选择轴承的因素
现有空间
不对心
速度
寿命
负荷/方向
运行条件
选择轴承的原则
温度
精度
成本
经验
球轴承：高速轻载
滚子轴承：重载低速
第一步：确定轴承类型
空间位置
负荷大小及性质 轴承类型 转速
对中误差
1.空间位置
1）.在机械设计过程中，轴径是最先确定的参数之一，通常根据轴径 尺 寸来选择轴承。
确定轴承寿命
即使是进行正确维护的轴承也会出现失效 在负荷下，轴承材料受到循环的压应力 金属疲劳：长时间的重复应力
轴承寿命——疲劳磨损
轴承什么时候出现“失效”？ 疲劳失效始于剥落现象的出现 “剥落”是从滚动体和滚道中分
裂出来的金属碎片
疲劳失效是由里向外发生的 表面的裂缝会向滚道方向蔓延
挥因提高材料质量而产生对轴承寿命的补偿效果，故在此情况下a2也不应
轻、中负荷
球轴承
负荷
重负荷
滚子轴承
2）.按负荷方向选择轴承
纯径向负荷 纯轴向负荷 向心轴承 推力轴承 角接触轴承或 圆锥滚子轴承 向心轴承和 推力轴承组合 双列轴承或面对面 背对背配对的单列 角接触球轴承或圆 锥滚子轴承
负荷
轴向、径向 联合负荷
负荷未作用 在轴承中心 产生倾覆力矩
3.轴承转速
不同结构类型的轴承允许的工作转速不同
• 平均轴承寿命(L50)是L10的五倍
轴承故障率
1.按额定动负荷选择轴承
在选择轴承尺寸时，可根据作用在轴承上的负荷对 工作寿命及可靠性的要求，以轴承的额定动负荷初步 定所需的轴承。
寿命公式：
L10=(C/P)ε
式中：L10=基本额定寿命，百万转 C=基本额定动负荷，N P=当量动负荷，N ε=寿命指数 球轴承ε=3 滚子轴承 ε=10/3
s0 = 静态安全因素 P0 = 相应的静态轴承负荷，N C0 = 基本额定静态负荷，N 当负荷 P0 = C0时 静态安全因素s0将为 1
轴承寿命
• 目录 (C)值指出每运转一百万转就会有10%的故障几率
– 若轴承在目录值负荷下运转了一百万转，其他90%的轴承还将 继续运行
• 这也称为 “L10”寿命（基本额定寿命）
– 造纸机轴承设计的使用寿命为10-20万小时（10-20年）
ISO / ABMA寿命级别
z = 滚子数量 i = 列数 Dw = 滚子尺寸 la =滚子有效长度
C只根据宏观几何条件
负荷能力
基本额定动态负荷 C 基本额定静态负荷 C0
ISO寿命等式
静态安全因素
Hale Waihona Puke Baidu
L10 = 基本额定寿命，百万次旋转 C = 基本额定动态负荷，N P = 相应的动态轴承负荷，N p = 寿命公式的指数 当负荷 P = C时 L10 寿命将为 1百万次旋转
轴承的选型
通常在机械设计过程中，如何选择合适的轴承是一个不容忽视 的问题。在选择轴承时一般应考虑空间位置、负荷大小及性质、 转速、摩擦、噪声与振动、轴承的刚性、旋转精度、工况条件
等因素，同时，还应考虑安装拆卸及维护。
选择轴承的原则
• 负荷 - 方向、大小和工作周期 • 速度 - 运行的快慢 – 热生成和负荷确定速度级别 – 速度一般受到保持架最大承受力的限制 • 环境- 轴承密封与设备防护罩 • 润滑方式与润滑剂
L10h=(C/P)ε106/60n
L10h=以小时数表示的基本额定寿命，h
n=工作转速，r/min
当量动负荷的计算：
P=XFr+YFa
式中： P=当量动负荷,N
Fr=径向负荷,N
Fa=轴向负荷,N X=径向系数
Y=轴向系数
系数X和Y根据不同类型的轴承应取不同的值, 具体值已在样本轴承尺寸表格中列出。
纯径向负荷 转速较高 深沟球轴承
纯轴向负荷 转速较高 推力球轴承
联合负荷 转速较高 角接触球轴承
4.对中误差
轴和轴承座在以下情况下会产生角度误差：
轴受到负荷而挠曲
轴承箱的座孔没有加工成同一高度 轴过长 调心球轴承 调心滚子轴承 此时应采用 推力调心滚子轴承 带调心座圈的推力球轴承
第二步：轴承尺寸的选择
2.轴承寿命的修正计算 随着冶炼技术的提高和轴承制造技术的提高，及轴承润滑理论 的完善、轴承材料研究的深入及轴承新技术应用，在进行轴承基本额
定寿命计算中，对影响轴承额定动负荷的各因素进行了综合考虑，国
际ISO组织提出对轴承的计算额定寿命进行修正，公式如下：
L=a1a2a3(C/P)ε
式中： L=修正后的额定寿命，百万转 a1=可靠性系数 a2=材料系数 a3=工作条件系数