轴承的额定动载荷及额定寿命
 
2.1基本额定动载荷
   轴承的额定动载荷是决定额定寿命的主参数,也是确定轴承设计水平的目标函数。额定动载荷值大,则轴承的承载能力高,或说在相同载荷下,其额定寿命长,设计水平高。
    基本额定动载荷:系指一个轴承假想承受一个大小和方向恒定的径向(或中心轴向)负荷,在这一负荷作用下轴承基本额定寿命为一百万转。
    根据我国国家标准GB/T6391-1995的规定,现将各类轴承基本额定动载荷的计算公式整理于表2-1中:
 
表2-1  基本额定动载荷的计算公式
   轴承类别
       计 算 公 式
     适 用 条 件
  向心球轴承
 Cr=bmfc( i cosa)0.7Z2/3Dw1.8
 Cr=3.647bmfc( i cosa)0.7Z2/3Dw1.4
 Dw£25.4mm
 Dw>25.4mm
  推力球轴承
 Ca=bmfcZ2/3Dw1.8
 Ca=bm3.647fcZ2/3Dw1.4
 Ca=bmfc(cosa)0.7tanaZ2/3Dw1.8
 Ca=3.647bmfc(cosa)0.7 tanaZ2/3Dw1.4
 Dw£25.4mm,a=90°
 Dw>25.4mm,a=90°
 Dw£25.4mm,a¹90°
 Dw>25.4mm,a¹90°
 向心滚子轴承
 Cr=bmfc(i Lwe cosa)7/9Z3/4Dwe29/27
 所有
 推力滚子轴承
 
 Ca=bmfc Lwe7/9Z3/4Dwe29/27
 Ca=bmfc(Lwe cosa)7/9tana Z3/4Dwe29/27
 a=90°
 a¹90°
 
表中各计算公式符号
Cr  :  径向基本额定动载荷                          N
Ca  :  轴向基本额定动载荷                          N
    bm  :  材料(真空脱气)和加工质量的额定系数,该值随轴承类型不同而异。见表2-2
fc  :  与轴承零件的几何形状、制造精度和材料有关的系数
 i  :  轴承中球或滚子的列数
  Lwe  :  额定载荷计算中用的滚子长度                  mm
          即滚子与接触长度最短的滚道间的理论最大接触长度。正常情况下,或者取滚子尖角之间的距离减去滚子倒角,或者取不包括磨削越程
            槽的滚道宽度,择其小者。
a  :  轴承的公称接触角度
Z        :  单列轴承中的球或滚子数。每列球或滚子数相同的多列轴承中每
列的球或滚子数
Dw  :  球直径                                     mm
   Dwe  :  额定载荷计算中用的滚子直径                 mm
           对于圆锥滚子取滚子端面和小端面理论尖角处直径的平均值。对
           于非对称外凸滚子近似地取零载荷下滚子与无挡边滚道间接触点
           处滚子的直径
   
    现将GB/T6391-1995所定的额定系数bm值列于表2-2
表2-2各类轴承的bm值
            轴    承    类    型
       bm
   径向接触和角接触型球轴承及调心球轴承
       1.3
           有装填槽的轴承
       1.1
            外球面轴承
       1
 圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承和机制套圈的滚针轴承
       1.1
            冲压外圈滚针轴承
       1
            调心滚子轴承
       1.15
 
　　
2.2  额定动载荷的修正
    滚动轴承基本额定动载荷的计算方法适用于优质淬硬钢(系指真空脱气钢),按良好的加工方法制造,且滚动接触表面的形状为常规设计。超越上述规定,额定动载荷应予修正。
2.2.1 材质
     轴承钢因冶炼方法不同,材料中夹杂物的大小、分布、含量亦不同。夹杂物是造成金属材料疲劳裂纹产生的主要成因,是影响滚动轴承疲劳寿命的主要因素。如采用夹杂物含量高于真空脱气的普通电炉冶炼轴承钢,则轴承的载荷能力将会有不同程度的下降。当采用诸如真空重熔、电渣重熔等方法冶炼的轴承钢或其它等效材质的钢材时,其夹杂物的含量显著减少,轴承的载荷能力将会得到提高。本样本各类轴承尺寸与性能表中所列轴承基本额定动载荷至少是以真空脱气钢为材料,对轧钢机用轴承则是以电渣重熔钢为材料。
2.2.2 温度
     一般轴承能承受的工作温度可达120℃(外圈测量温度为100℃)。超过此限定温度的工况条件,应采用经过特殊(稳定)热处理或选用特殊耐热材料制造的轴承。
     轴承若经常在120℃以上的温度中使用,或者在极高温度下短时间使用时,都会使轴承材料的组织及性能发生变化,导致轴承载荷能力的降低。其影响关系可用下式表示:
    CT = gT c                                                (2-1)
  式中 CT  :  温度修正后的基本额定动载荷                  N
       gT   :  温度系数
       C  :  基本额定动载荷                              N         
       gT 系数可参考表2-3取值
 
　　
 表2-3  温度系数
 工作温度℃
 <120
 125
 150
 175
 200
 225
 250
 300
     gT
 1.00
 0.95
 0.90
 0.85
 0.80
 0.75
 0.70
 0.60
 
 2.2.3 硬度
      通用轴承零件的表面硬度一般为HRc61～65,但对特大型轴承、渗碳钢轴承、不锈钢轴承以及回转支承将采用不同的钢材制造,其轴承零件淬火----回火后的表面硬度将有所变化。现将不同轴承的硬  度要求列于表2-4
  表2-4  不同轴承的硬度要求
   适 用 范 围
     钢   号
 硬度  HRc
   引用标准
    通用轴承
 GCr15, 
 GCr15SiMn
  61  ～   65
  60  ～   64
 GB/T307B-1996
  特大型轴承
   (D>400mm)
 GCr15SiMn, ZGCr15SiMn
  58  ～   64
 CSBTSTC98.24-1997
  渗碳钢轴承
 G20CrMoA, G20CrNiMoA
 G20CrNi2A
  60  ～   64
 ZBJ36001-86
深层渗碳钢轴承
G20Cr2Ni4A, G10CrNi3MoA
G20Cr2Mn2MoA
  59　 ～  63
 ZBJ36002-86
   不锈钢轴承
  9Cr18 , 9Cr18Mo
 常温  ³  58
 200℃回火³56
 250℃回火³54
 300℃回火³53
 JB/T1460-92
    回转支承
42CrMo,5CrMnMo, 42SiMn
45Mn,50Mn
  55 ～  60
 JB2300-84
 
    轴承零件滚动表面硬度的降低,特别是降至HRc58以下时,将导致轴承载荷能力的相应降低。其影响关系通常可用下列经验公式表示。
    CH = gH C                                                                         (2-2)
    gH = (HRC/58)3.6                                           (2-3)
式中 CH  :  硬度修正后的额定动载荷                  N
         gH  :  硬度修正系数
    应该指出: 1)在表2-4中所列回转支承的硬度的下限值低于HRC58,但多数回转支承都是在缓慢摇动或在转速低于10转/分的条件下工作,应按额定静载荷作计算,只有当转速大于10转/分,需计算其疲劳寿命时,才作额定动载荷的修 正计算。
    2)直接利用轴颈和轴箱孔代替轴承内圈、外圈作滚道的滚针轴承、滚柱轴承,当轴颈或轴箱孔滚动表面的硬度低于HRC58时应作硬度修正。
    3)在正常情况下,工作温度的提高与轴承硬度的降低是密不可分的,因此,在已知工况条件下,设计选用轴承时,将两者