軸承尺寸的選擇
一、軸承的壽命
軸承在承受負荷旋轉時，由于套圈滾道面及滾動體滾動面不斷地受到交變負荷的作用，即使使用條件正常，也會因材料疲勞使滾道面及滾動面出現魚鱗狀損傷（稱做剝離或剝落）。
出現這種滾動疲勞損傷之前的總旋轉數稱做軸承的“（疲勞）壽命”。
即使是結構、尺寸、材料、加工方法等完全相同的軸承，在同樣條件下旋轉時，軸承的（疲勞）壽命仍會出現較大的差異。
這是因為材料疲勞本身即具有離散性，應從統計的角度來考慮。
于是就將一批相同的軸承在同樣條件下分別旋轉時，其中90%的軸承不出現滾動疲勞損傷的總旋轉數稱做“軸承的基本額定壽命”（即可靠性為90%的壽命)。
在以固定的轉速旋轉時，也可用總旋轉時間表示。
但在實際工作時，還會出現滾動疲勞損傷以外的損傷現象。
這些損傷可以通過做好軸承的選擇、安裝和潤滑等加以避免。
二、軸承壽命的計算１、基本額定動負荷
基本額定動負荷表示軸承耐滾動疲勞的能力（即負荷能力），是指大小和方向一定的純徑向負荷（對于向心軸承）或中心軸向負荷（對于推力軸承），在內圈旋轉外圈固定（或內圈固定外圈旋轉）的條件下，該負荷下的基本額定壽命可達100萬轉。向心軸承與推力軸承的基本額定動負荷分別稱做徑向基本額定動負荷與軸向基本額定動負荷，用Cr與Ca表示，其數值錄入軸承尺寸表。
２、基本額定壽命
式１表示軸承的基本額定動負荷，當量動負荷及基本額定壽命之間的關系。
軸承以固定的轉速時，用時間表示壽命更為方便，如式２所示。
另外，對于鐵路車輛或汽車等用行車距離(km)表示壽命較多，如式３所示。
因此，作為軸承的使用條件，設當量動負荷為P，轉速為n，則滿足設計壽命所需要的軸承基本額定動負荷c可由式４計算。從軸承表選出滿足c值的軸承，即可確定軸承的尺寸。機械要求的軸承必需壽命請參考表４。
３、根據溫度進行的基本額定動負荷的修正與軸承的尺寸穩定處理
軸承在高溫下使用時，材料組織會發生變化、硬度降低，基本額定動負荷將比常溫下使用時減小。材料組織一旦發生變化，即使溫度恢復到常溫也不會復原。
因此，在高溫下使用時，必須將軸承尺寸表的基本額定動負荷乘以表１的溫度系數進行修正。表１溫度系數
| 軸承工作溫度°C | 125 | 125 | 175 | 200 | 250 |
| 溫度系數(fT) | 1 | 1 | 0.95 | 0.90 | 0.75 |
尺寸穩定處理與使用溫度范圍如表２所示。但經尺寸穩定處理的軸承硬度降低，有時基本額定動負荷會減小。表２ 尺寸穩定處理
尺寸穩定處理代號 |
使用溫度范圍 |
S0 S1 S2 |
超過100攝氏度到150攝氏度 超過150攝氏度到200攝氏度 超過200攝氏度到250攝氏度 |
式１表示的是可靠性90%的基本額定壽命（L10)，根據用途的不同，有時也需要可靠性高于90%的高可靠性壽命。
此外，采用特殊材料有時可以使軸承壽命延長，甚至潤滑等使用條件的不同也會影響軸承壽命�？紤]了以上因素對基本額定壽命進行修正后的壽命稱做修正額定壽命，可由式８計算：
Lna=a1a2z3L10..........式8
這里，
a1:可靠性系數......參照(1)項
a2:可靠性系數......參照(2)項
a3:可靠性系數......參照(3)項
［備注］按照可靠性高于90%的Lna選擇軸承尺寸時，應特別注意軸與外殼的強度。 （１）可靠性系數a1
計算可靠性不低于90%（即失效率不大于10%)的修正額定壽命時，按表３選擇系數a1 表３可靠性系數a1
可靠性，％ |
Lna |
a1 |
90 95 96 97 98 99 |
L10a L5a L4a L3a L2a L1a |
1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21 |
（２）材料系數a２
根據軸承材料（鋼種、質量）、制造工藝和設計的不同與壽命有關的軸承特性有可能發生變化，這時用系數a２修正。
采用高質量的真空脫氣軸承鋼或鋼中夾雜物特別少時，a２>1。對于常規軸承材料，a２=1。
（３）使用條件系數a３
軸承在直接影響壽命的條件下（尤其是潤滑條件）下使用時，用系數a３進行修正。
潤滑條件正常時，可取a3=1,潤滑條件特別良好時，可取a３>1。但在以下條件下，取a３<1。
a、運轉時潤滑劑運動粘度降低時
球軸承－小于13平方毫米/s{13cSt}
滾子軸承－小于20平方毫米/s{20cSt}
b、轉速特別低時
滾動體節圓直徑與轉速的乘積小于10000
c、潤滑劑中混入雜質時
d、內圈與外圈的相對傾斜大時
［注］軸承在高溫下使用硬度降低時，必須對基本額定動負荷進行修正（參照表１）
５、機械所必需的軸承壽命
選擇軸承應合理地提出壽命要求，壽命要求過高，則軸承尺寸過大，機械笨重，不經濟。壽命要求過低，則在使用中需要常更換，一般可根據機械的大修期確定軸承的使用壽命。各種機械所必需的軸承使用壽命推薦值見表４。
表４軸承必需壽命（參考）
使用條件 |
使用機械 |
必需壽命（時間）(h) |
| 短時間或間斷運轉 | 家用電器、電動工具、農業機械、卷揚機 | 4000-8000 |
| 不常使用，但要求可靠運轉 | 家電空調器馬達、建筑機械、皮帶機、電梯 | 8000-12000 |
| 不連續但長時間運轉 每天８小時以上經常運轉或連續長時間運轉 ２４小時連續無故障運轉 |
軋鋼機輥頸、小型電動機、起重機 | 8000-12000 |
| 工廠通用電動機、一般齒輪裝置 | 12000-20000 |
|
| 機床、振動篩、破碎機 | 20000-30000 |
|
| 壓縮機、泵、重要齒輪裝置 | 40000-60000 |
|
| 自動扶梯 | 12000-20000 |
|
| 離心電動機、空調設備、鼓風機、木工機械、鐵路車輛車軸 | 20000-30000 |
|
| 大型電動機、礦山提升機、鐵路車輛主電機、機車車輛 | 40000-60000 |
|
| 造紙機械 | 100000-200000 |
|
| 自來水設備、發電站設備、礦山排水設備 | 100000-200000 |
三、當量動負荷 軸承大多承受徑向負荷與軸向負荷的合成負荷，并且負荷條件多種多樣，如大小發生變化等。
因此，不可能將軸承的實際負荷直接與基本額定動負荷比較。
這時，則將實際負荷換算成通過軸承中心，且大小和方向一定的假想負荷來進行分析比較，軸承在假想負荷下具有與實際負荷和轉速下相同的壽命。
這樣換算的假想負荷稱做當量動負荷，用Ｐ表示。
１、當量動負荷的計算
承受大小和方向一定的合成負荷的向心軸承與推力軸承（a不等于90度)的當量動負荷可由下式計算：
P=XFr+YFa........(9)
這里，
Ｐ：當量動負荷，N{kgf} 對于向心軸承，表示為Pr:徑向當量動負荷
對于推力軸承，表示為Pa:軸向當量動負荷
Fr:徑向負荷，N{kgf}
Fa:軸向負荷，N{kgf}
X:徑向負荷系數
Y:軸向負荷系數（負荷系數Ｘ與Ｙ載于軸承尺寸表）對于單列向心軸承，當Fa/Fr<=e時，取X=1、Y=0，因此，這時當量動負荷為Pr=Fr。１）對于單列向心軸承，當Fa/Fr<=e時，取X=1、Y=0，因此，這時當量動負荷為Pr=Fr.
[e表示Fa/Fr的界限值，載于軸承尺寸表。]
（１）對于單列角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，如圖１所示。由于承受徑向負荷時會產生軸向分力(Fac)，因此，軸向分力可由下式計算：
Fac=Fr/2Y......（10）
該類軸承承受徑向負荷與外部軸向負荷(Ka)時的當量動負荷的計算方法如表５所示。
表５兩個單列角接觸球軸承或圓錐滾子軸承正面或背面配置時的當量動負荷的計算 ２）接觸角為９０度的推力球軸承只承受軸向負荷，因此當量動負荷Pa=Fa
３）推力調心滾子軸承的當量動負荷由下式計算：
Pa=Fa+1.2Fr.........式11 這里Fr/Fa<=0.55
２、負荷變化時的平均當量動負荷 軸承承受大小或方向變化的負荷時，需要計算使軸承具有與實際變化條件下相同壽命的平均當量動負荷。各種變化條件下的平均當量動負荷Pm的計算方法如圖所示。
四、基本額定靜負荷與當量靜負荷１、基本額定靜負荷
軸承承受太大的靜負荷或在極低轉速下承受沖擊負荷時，滾動體與滾道的接觸面會產生局部永久變形。其變形電隨負荷增大而增大，超過一定限度的話，將會影響正常的旋轉。
基本額定靜負荷是指使承受最大負荷的滾動體與滾道的接觸面中央產生按以下計算接觸應力的靜負荷。
a、調心球軸承......4600MPa{469kgf/mm2}
b、其他球軸承......4200MPa{429kgf/mm2}
c、滾子軸承......4000MPa{408kgf/mm2}
在這些接觸應力下產生的滾動體與滾道的永久變形總量約為滾動體直徑的0.0001倍。
向心軸承與推力軸承的基本額定靜負荷分別稱作徑向基本額定靜負荷與軸向基本額定靜負荷，用Cor與Coa表示，其數值載于軸承尺寸表。２、當量靜負荷
當量靜負荷是指一種假想負荷，當軸承靜止或轉速極低時，該假想負荷下承受負荷的滾動體與滾道的接觸面中央產生與實際負荷條件下相同的接觸應力。
向心軸承與推力軸承的當量靜負荷分別采用通過軸承中心的徑向負荷與通過軸承中心線的軸向負荷。當量靜負荷由式１７到式２０計算：
當量靜負荷可由下式計算：
這里：
Por:徑向當量靜負荷，N{kgf}
Poa:軸向當量靜負荷，N{kgf}
Fr:徑向負荷，N{kgf}
Fa:軸向負荷，N{kgf}
Xo:徑向靜負荷系數
Yo:軸向靜負荷系數（靜負荷系數Xo與Yo載于軸承尺寸表）
３、安全系數
軸承的允許當量靜負荷雖取決于軸承的基本額定靜負荷，但由于上述永久變形量（局部凹陷量）決定的軸承使用限度則隨對軸承的性能要求及使用條件而有所不同。
因此，為分析基本額定靜負荷的安全度，根據經驗制定了安全系數。
fs=Co/Po..........(21)
這里：
fs:安全系數（表６）
Co:基本額定靜負荷，N{kgf}
Po:當量靜負荷， N{kgf}
表６ 安全系數fs
| 使用條件 | fs（最�。� |
||
球軸承 |
滾子軸承 |
||
普通旋轉 |
要求高旋轉精度 | ２ |
３ |
| 一般使用條件 | １ |
1.5 |
|
| 有沖擊負荷 | 1.5 |
3 |
|
不常旋轉 （有時擺動） |
一般使用條件 | 0.5 |
1 |
| 沖擊負荷或非均布負荷 | 1 |
2 |
|