- 2023-07-27
- 来源: 让云
某设备工程师设计了一个承重 2T 的电缆绕线架（形式如下图），绕线架大部分时候静置，偶尔转动一下，转速很低。线架两端采用深沟球轴承6309。
图1 电缆绕线架
一、计算轴承的基本额定寿命
我们知道轴承的寿命，就是轴承材料的疲劳寿命，材料疲劳与轴承的转动次数相关。
根据实际情况，此设备的转速非常低，甚至是大部分时候轴承是静止不动的。我们假设此设备的平均转速是 1 转/分钟，我们来计算其寿命。
L转速=（C/P）^3=169（百万转）
L时间= 3914（月）
此寿命已经远远超出我们的预期和需求，你或许会奇怪此这么一个小小的轴承怎么能使用这么长的时间，已经趋于无限寿命了。其实如果这是一个转速为 3000 转/分钟 的设备，你就会发现其设备额定寿命只有：
L转速=（C/P）^3=169（百万转）
L时间= 940（小时）= 1.3 （月）
这里再次阐述了轴承的寿命是转速次数而不是时间。那么如果我们只看轴承的额定动载荷参数，那么在这个应用中，设备工程师甚至可以选择更小一号的轴承。如果在这个额定寿命基础上，我们将轴承选择为6205。
L转速=（C/P）^3=3.24（百万转）
L时间= 54029（小时）= 75 （月）
注：以上案例非实际案例。有其他设计不合理的地方，此处仅方便计算比较。
二、什么时候考虑永久变形的影响？
图2 失效的深沟球轴承
轴承在典型的工作条件下工作，转速正常，润滑良好，非中载或冲击载荷，我们可以根据额定寿命需求选择轴承类型及轴承尺寸。
但是当轴承主要是缓慢转动，摇摆，甚至是静止不动应用时，载荷会导致滚动体和滚道永久变形（旋转时的冲击载荷也会导致滚动体和滚道的永久变形）。
在以下轴承选择时，我们必须考虑永久变形的影响
1、轴承不旋转或缓慢旋转时，承受重载或冲击载荷
2、轴承转速很低（n< 10 rpm）,此时如果根据额定寿命选择一个非常小的轴承，那么有可能选择的轴承严重过载。
永久变形时，轴承的压痕会均匀或不规则地分布在滚动体和滚道上（图2），额定静载荷C0是最大承载滚动体与滚道接触产生某一接触应力的载荷。
根据标准 ISO 76，滚动轴承的最大接触应力为：
调心球轴承：4600 MPa
其它径向球轴承：4200 MPa
径向滚子轴承：4000 MPa
推理球轴承：4200 MPa
推力滚子轴承：4000 MPa
在以上的接触应力条件下，会造成滚动体和滚道永久变形，变形量约为滚动体直径的 0.0001。
三、如何计算轴承的抗永久变形能力？
直接根据接触应力限值来计算永久变形对于绝大部分工程师来说太困难，也没有必要。各主流轴承供应商提供了滚动轴承的抗变形能力计算公式或系数：
图3 静载荷安全系数来自SKF
图4 静载荷安装系数来自FAG
S0=C0/P0=7.8/10=0.78
根据图3，图4可知，对于本案例的设备，运转平稳性要求不高，所以是满足静载荷安全系数的。但是如果是对运转平稳性要求较高的设备，或有冲击载荷的设备，此轴承选型的静载安全系数就不满足设计要求。
建议：
除非无法满足，建议轴承选型按照最大静载安全系数来选型，也就是要求运转平稳，抗冲击载荷，不接受永久变形的前提来选择。
四、联系我们
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