涨知识 第四课｜你知道如何计算轴承尺寸吗？

之前小编给大家介绍了滚动轴承的基本知识(上）

今天继续给大家分享一下如何计算轴承尺寸

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基本额定动载荷C用于计算在承受载荷下旋转的轴承的基本额定寿命和SKF额定寿命。C值的定义:达到ISO 281基本额定寿命1000000转时的轴承载荷。载荷的大小和方向是假定不变的。对于径向轴承，载荷为纯径向载荷，对于推力轴承，载荷为作用在轴承中心的轴向载荷。

SKF轴承的基本额定动载荷是根据SKF轴承的基本额定动载荷是根据ISO 281标准规定的程序所确定的，适用于在正常条件下运行，热处理至最小硬度58 HRC，采用碳铬轴承钢制成的轴承。

SKF Explorer轴承在设计、原材料和制造工艺等诸多方面进行了改进，经过这些改进后，需要采用调整系数来计算符合IS0 281标准的额定动载荷。SKF Explorer轴承经调整后的额定动载荷高于SKF基本设计轴承的额定值,并通过广泛的耐久试验验证。

为完全利用SKF Explorer轴承经改进后的性能，推荐使用寿命修正系数aSKF来计算SKF额定寿命。事实上，提供有价值的轴承耐久性能相关信息的是轴承经修正后的额定寿命L10m,而非额定动载荷C。

详细信息可留言咨询嘉瑞技术工程师

在计算轴承额定寿命时，轴承基本寿命和SKF轴承寿命公式中都是需要使用轴承当量动载荷值。

如果外力(例如动力传输产生的力、工作压力、重力或惯性力)已知或可通过计算得出，那么作用于轴承上的载荷可根据力学定律进行计算。

在现实条件下，作用于轴承的载荷可能并不是恒定的，而是既可以径向作用也可以轴向作用，且两者都受限于要求修改或简化(在某些情况下)载荷计算公式的其他系数。

轴承额定寿命公式中所用的载荷值P是指轴承当量动载荷。轴承当量动载荷的定义:一个假定大小和方向不变，在径向作用于径向轴承且在轴向和中心作用于推力轴承的载荷。

该假定载荷在施加时与轴承所承受的实际载荷,对轴承寿命有相同的影响(图2)。如果轴承承受同时作用的大小和方向固定的径向载荷Fr和轴向载荷Fa,可使用以下通用公式计算得出轴承当量动载荷P。

P=XFr+YFa

式中.

P=轴承当量动载荷[kN]

Fa =实际轴向轴承载荷[kN]

Fr =实际径向轴承载荷[kN]

X =轴承的径向载荷系数

Y=轴承的轴向载荷系数

单列径向轴承只有在载荷比Fg/Fr超过某个限定系数e时，轴向荷载才会影响当量动荷载P。但对于双列轴承，即使很小的轴向载荷也会影响当量载荷，因此必须注意这一点。

上述通用公式也适用于能同时承受轴向与径向载荷的球面滚子推力轴承。

其他推力轴承(如推力球轴承和圆柱与滚针推力轴承)只能承受纯轴向载荷。对于这些轴承,如果载荷作用在轴承的中心，则公式简化为

P=Fa

计算不同类型轴承的当量动载荷所需的信息和数据参见相关产品章节。

其他载荷可能会随着时间发生变化。对于此类情况，必须计算平均当量载荷。

在每一个加载时间间隔内，工作条件会稍微偏离公称值。假设工作条件(如转速和载荷的方向)较为固定，而载荷的大小只在最小值F最小和最大值F最大(图表4)之间不断变化，则平均载荷可通过以下公式计算

如图表5所示，如果作用在轴承上的载荷包括一个大小和方向恒定的载荷F1 (如转子的重量)和一个恒定的旋转载荷F2 (如不平衡的载荷) ,则平均载荷可用以下公式计算

Fm=fm(F1+F2)

系数fm的值参见图表6。

短时作用的高载荷(图表7)不会影响疲劳寿命计算中所用的平均载荷。根据轴承额定静载荷Co,使用合适的静载荷安全系数So来估计该冲击载荷(根据静载选择尺寸)。

通过考虑以下重要运行系数，寿命修正系数aSKF可扩大纯粹取决于载荷和尺寸的基本额定寿命模型L10的范围:

以此得出的SKF额定寿命L10m在验证轴承尺寸选择时比L10范围更广: 

用于估计aSKF的图表见图表8。水平轴代表载荷和污染对疲劳的联合影响。粘度比K代表润滑条件及其对疲劳的影响。

参阅图表8了解工作条件如何影响基本额定寿命:

🔹 A区以极高载荷和/或严重压痕为主。

该区域内的润滑条件只能略微改善预期疲劳寿命，因此潜在寿命提高取决于污染等级和载荷水平PU/P之间的关系中的主导因素。为延长SKF额定寿命,必须减少载荷或改善清洁度，或同时改善这两者。

🔹 在B区中，寿命修正系数更高，这比较有利，原因是在基本额定寿命较小时,寿命修正值越大，便可获得较大SKF额定寿命。

🔹 C区表示寿命修正系数对变化的敏感度较低。

预估载荷水平、清洁度系数和润滑条件(例如，温度的不确定性)的偏差不会大幅影响aSKF值，这就意味着计算出的SKF额定寿命更为稳定可靠。

在载荷水平区域，C区范围为:

-对于球轴承，Pu≤P≤0.5C

-对于滚子轴承，Pu≤P≤0.33C

使用示意图aSKF曲线来评估工作条件改变如何影响寿命修正系数。这样做有助于您确定是否值得努力去获得潜在的益处。例如，您可以了解:

下列图表为四种轴承类型的寿命修正系数aSKF图示，为SKF Explorer轴承和SKF基本设计轴承以及不同粘度比K的nc(Pu/P)的函数：

径向球轴承

径向滚子轴承

推力球轴承

推力滚子轴承

轴承的疲劳载荷极限值Pu被定义为一个载荷等级，低于该等级将不会发生金属疲劳。为使之有效，润滑油膜必须完全将滚动体和滚道隔开，并且滚动表面，上没有因污染物或与搬运相关的损坏产生的凹陷。

污染系数ηc,考虑润滑油中固体颗粒污染水平如何影响计算得出的轴承疲劳寿命。颗粒物会在轴承的滚动表面形成压痕，这些压痕会增加局部接触压力，从而缩短预期的疲劳寿命(图3)。

将降低的疲劳载荷限值与实际轴承载荷进行对比，耐疲劳值(ηcPu/P)同时将相对轴承载荷和局部压力区域(上方图表8）考虑在内。

污染对轴承疲劳的压力增加影响取决于一系列参数，包括:轴承尺寸、相关的润滑条件、固体污染颗粒的大小和分布以及污染物的类型(软、硬等)。因此，指定ηc的精确值毫无意义,具有-般准确性即可。不过，表6中列出了符合ISO 281标准的参考值。

如需简化计算污染系数ηc可使用SKF轴承计算器

www.skf.com/bearingcalculator

根据润滑剂清洁度估计污染系数nc的方法

www.skf.com/go/17000-B3

当存在以下任何一种情况时，应根据轴承可承受的静载荷选择或验证轴承尺寸，同时应考虑永久变形可能产生的影响:

IS0 76将基本额定静载荷Co定义为，在最大承载滚动体与滚道接触中心位置产生某-接触应力的载荷。接触应力值为:

在这一应力下会造成滚动体和滚道的永久变形，约为滚动体直径的0.0001。对于径向轴承而言，载荷为纯径向载荷，对于推力轴承而言，载荷为作用于轴承中心的轴向载荷。

根据相应的额定静载荷Co来计算的静载荷由径向力和轴向力组成，计算时必须转化为轴承当量静载荷。当量静载荷指作用在轴承上的假设载荷(径向作用于径向轴承上,或轴向作用于推力轴承上),它会产生与轴承承受的实际载荷有相同作用的滚动体最大载荷。当量静载荷可从以下的通用公式计算得出:

P=XoFr+Yo Fa

式中

Po=轴承当量静载荷[kN]

Fr =实际径向轴承载荷[kN]

Fa =实际轴向轴承载荷[kN]

Xo =轴承的径向载荷系数

Yo =轴承的轴向载荷系数

在公式中，采用径向力和轴向力值（图4)表示可能会发生最大载荷。如果是变载荷，则应考虑采用产生最大当量静载荷Po的径向力和轴向力。

静载荷安全系数So由下列公式得出

So= Co/Po

式中

so =静载荷安全系数

Co=所需基本额定静载荷[kN]

Po=轴承当量静载荷[kN]

或者，您可以计算所需基本额定静载荷Co。

对于球轴承和滚子轴承，基于经验的静载荷安全系数So参考值分别列于表7和表8中。连续运动情况下的指定So值与轴承性能永久变形所带来的影响相关，这些影响包括出现摩擦峰变得明显、振动、耐疲劳性降低(最小So值)， 或者对摩擦、振动或疲劳寿命不产生影响(最大So值)。载荷等级的精确度反映实际轴承载荷已知程度和/或可预测程度。

在轴承尺寸由载荷以外的因素来确定的应用中,例如由临界转速限制的轴径,轴承可能相对于其尺寸和载荷能力而载荷过小。在载荷很高的情况下，除疲劳以外，诸如轴承滚道和保持架打滑以及拖尾效应等通常为主要故障机理。

施加最小载荷的重要性在以下情况下尤为突出:快速加速或快速起动和停止，以及速度超出产品表中列出的极限速度(速度限制) 的50%时。如果无法满足最小载荷要求，则可能需要进行的改进包括:

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