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軸承的壽命與安全係數

軸承的壽命有各種的因素在影響,包含潤滑劑的壽命、噪音壽命、疲勞壽命,甚至外來的因素如撞擊損傷,異物入侵等都是讓軸承不能繼續使用的原因。
在這裡說明的壽命是在沒有其他因素影響的情況下,軸承因為自然的疲勞而無法再使用的壽命。這個壽命有公認的公式可以計算出來,因此稱為計算壽命,又稱為額定壽命。當然,在製造的過程中每一個軸承多少都會有些許的差異,壽命的表現也不會一模一樣,而額定壽命是取一批相同軸承在同樣的運轉條件下,90%的軸承可以達到的壽命值,簡單說是有90%的可靠度。

軸承壽命的基本公式如下:

Lh:基本額定壽命 (小時)
C:基本動額定荷重 (徑向軸承時為Cr,止推軸承時為Ca) (N)
P:等價荷重 (徑向軸承時為Pr,止推軸承時為Pa) (N)
k:滾珠軸承時為3,滾子軸承時為10/3
n:轉速 (rpm)

備註:等價荷重P的算法於型錄規格表的右上方

也可以利用上述的計算式,倒推所需要的動額定荷重C,做為選擇軸承的依據。


溫度對於壽命的影響也是需要考慮的因素之一。軸承在低於120℃使用時,能夠回到正常溫度時的原有尺寸,不過溫度超過的時候,內、外輪以及滾動體都會產生些許尺寸上的永久性變化。為了防止尺寸的永久性變化,可以採用特殊的熱處理,稱之為熱安定化處理。

使用溫度範圍 熱安定化處理記號
~ 150℃ S26
~ 200℃ S28

如果軸承在超過熱安定極限的溫度下運轉,軸承的硬度會降低,計算壽命也必須用下表的係數來修正。
溫 度 ~ 150℃ 175℃ 200℃
係 數 1 0.95 0.9

值得注意的是,溫度高的時候潤滑劑的劣化很快,可能要優先考慮潤滑壽命。


可靠度在上述說明中定為90%,但是如果需要提升可靠度做更嚴謹的計算,則需要乘以可靠度係數來修正。

可靠度 (%) 99 98 97 96 95 90
係 數 0.21 0.33 0.44 0.53 0.62 1

基本靜額定荷重是讓軌道面產生滾動體直徑1/10000的永久變形量。換句話說,就是軸承在任何瞬間逤能承受的最大荷重。
基本靜額定荷重均列於規格表之中,徑向軸承為Cor,止推軸承為Coa。

一般應用中軸承的基本靜額定荷重被視為極限荷重,但是實際應用時應該根據設備性質的不同,考慮安全係數。
安全係數So的計算方式如下:

So:安全係數
Co:基本靜額定荷重 (徑向軸承時為Cor,止推軸承時為Coa) (N)
Pomax:最大靜等價荷重 (N)
備註:靜等價荷重Po的算法於型錄規格表的右上方

安全係數的建議如下表所示

使用條件 So
滾珠軸承 滾子軸承
需要高旋轉精度的應用 2 3
有震動或者衝擊時 1.5 2
正常工作條件 1 1.5
即使永久變形量稍大也不更換時 0.7 1
備註:自動調心止推滾子軸承使用4以上的值


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