2.2　滚动轴承的选用

2.2.1　轴承的类型选用

（1）按安装空间选用

一般是根据轴的尺寸选用轴承，通常小轴选用球轴承；大轴选用滚子轴承。对于小直径的轴，所有种类的球轴承都适合，最常用的是深沟球轴承，滚针轴承也很适合。对于大直径的轴，圆柱、圆锥、调心滚子和深沟球轴承都适合。

若轴承的安装空间在径向受限制，应选用径向截面高度尺寸较小的轴承，如滚针和保持架组件、冲压外圈滚针轴承和无内圈或甚至带有内圈的滚针轴承、单套圈或无套圈轴承、直径系列为7、8、9的轴承或专用的薄壁轴承以及一些系列的深沟和角接触球轴承，圆柱、圆锥、调心滚子轴承等。

若轴承的安装空间在轴向受限制，应选用宽度尺寸较小的轴承，如宽度系列为8、0、1的轴承或高度系列为7、9的轴承。如果是单纯的轴向载荷，可以用滚针轴承和保持架推力组件（带或不带垫圈），以及推力球轴承和推力圆柱滚子轴承。

（2）按载荷选用

载荷大小通常是决定选用轴承的因素之一。轻载荷或中等载荷时大部分用球轴承。在重载荷和大轴径情况下，滚子轴承通常是更合适的选择，而满装滚动体的轴承比带保持架的轴承可承受更大的载荷。在基本外形尺寸相同的情况下，滚子轴承的承载能力为球轴承的1.5～3倍。即球轴承一般适用于承受轻、中载荷，滚子轴承一般适用于承受中、重载荷以及冲击载荷。

各类向心轴承都适用于承受纯径向载荷，但单列角接触球轴承和单列圆锥滚子轴承不能单独使用；各类推力轴承都适用于承受纯轴向载荷，但单向推力轴承只能承受一个方向的轴向载荷，双向推力轴承则可以承受两个方向的轴向载荷。

以径向载荷为主的联合载荷，一般可选用角接触球轴承和圆锥滚子轴承；若轴向载荷较小时，还可选用深沟球轴承和内、外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。以轴向载荷为主的联合载荷，一般可选用推力角接触球轴承、四点接触球轴承、推力调心滚子轴承等。当联合载荷中的轴向载荷为双向交替时，单列角接触球轴承、圆锥滚子轴承需对置或配对、组配使用。

对于力矩载荷，一般可选用配对角接触球轴承和配对圆锥滚子轴承，也可选用交叉滚子轴承、双列深沟球轴承或双列角接触球轴承。

（3）按转速选用

滚动轴承的工作转速主要取决于其允许运转温度。摩擦阻力低、内部发热较少的轴承适用于高速运转的场合。

仅承受径向载荷时，深沟球轴承和圆柱滚子轴承适应于较高转速。当承受联合载荷时，可选用角接触球轴承。高精度角接触球轴承可以达到很高转速，尤其是装有陶瓷球的深沟球轴承和角接触球轴承。

一般各种推力轴承的极限转速均低于相应类型的向心轴承。

（4）按精度选用

对于多数用途而言，采用普通级公差轴承已足以满足要求，只有在对轴的旋转精度、运转平稳性、转速、振动和噪声、摩擦力矩有更高要求时，如机床主轴、计算机磁盘驱动器主轴、精密仪器、涡轮增压器等所用轴承，才选用更高公差等级的轴承。一般称5级公差轴承为精密轴承；4级公差轴承为高精密轴承；2级公差轴承为超精密轴承。

深沟球轴承、角接触球轴承和圆柱滚子轴承，适宜于制造高精密轴承，适用于高旋转精度的用途，但轴和外壳的精度和刚度也应与之匹配。

（5）按不对中选用

由于轴和轴承座或外壳孔的制造误差、安装误差以及轴在承载后出现的挠曲等，常使轴承内、外圈之间产生倾斜即不对中现象。对于有较大不对中的情况，可选用调心球轴承、调心滚子轴承、带座外球面球轴承、推力调心滚子轴承等具有调心功能的轴承。常用轴承允许的偏斜量见表7-2-2。

（6）按刚性选用

在尺寸相同的情况下，滚子轴承的刚度比球轴承大。在大多数应用场合不需要考虑刚性问题。只有在旋转精度要求高的场合，如主轴轴承、薄板轧机等轴承对刚度有要求。对于选定的轴承，特别是角接触类轴承和带紧定套的轴承，还可以通过适当的预紧来提高轴承的刚度。

（7）按振动与噪声选用

对于要求低振动与低噪声的工况，可选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承和圆锥滚子轴承等低噪声轴承。其中深沟球轴承可制造的振动和噪声限值最低。

（8）按轴向移动选用

在轴的支承中，通常轴的一端采用一个定位轴承限制轴的自由游动，另一端采用一个可自由移动的游动轴承，以此来补偿轴在使用中，因热胀冷缩而引起轴向伸长或缩短。定位轴承宜选用深沟球轴承、双列或配对角接触球轴承等，或仅承受轴向载荷的双向推力轴承等来实现轴向限位；游动轴承通常选用内圈或外圈无挡边的NU型及N型圆柱滚子轴承，也可使用NJ型圆柱滚子轴承或滚针轴承。若采用深沟球轴承、调心滚子轴承等不可分离型轴承，内圈或外圈的配合应采用间隙配合。

（9）按摩擦力矩选用

一般情况下，球轴承比滚子轴承的摩擦力矩小。受纯径向载荷作用时，径向接触轴承的摩擦力矩小；受纯轴向载荷作用时，轴向接触轴承的摩擦力矩小；受径向和轴向联合载荷作用时，轴承接触角与载荷角相近的角接触球轴承摩擦力矩最小。在需要低摩擦力矩的仪器和机械中，选用球轴承或圆柱滚子轴承较适宜。

（10）按便于安装与拆卸选用

圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、推力轴承、四点接触球轴承等内、外圈可分离的轴承，安装或拆卸较为方便，适用于经常定期检查、拆装频繁的场合。

有锥形内孔的轴承，若适宜紧定套或退卸套，安装和拆卸轴承也较方便。

（11）综合工作性能比较（表7-2-3）

2.2.2　滚动轴承的尺寸选择

轴承的类型确定后，轴承尺寸的选择主要是根据轴承所承受的载荷、轴承的寿命及可靠性等要求。一般而言，轴承的尺寸越大，其所能承受的载荷越大。基本额定载荷是评定轴承承载能力的技术指标，各类轴承的基本额定动载荷和基本额定静载荷的数值列入第5章的轴承尺寸性能表中。

（1）轴承寿命与承载能力的基本概念

寿命：指轴承的一个套圈（或垫圈）或滚动体材料上出现第一个疲劳扩展迹象之前，轴承的一个套圈（或垫圈）相对另一个套圈（或垫圈）旋转的转数。寿命还可用在给定的恒定转速下运转的小时数表示。

可靠度（属轴承寿命范畴）：指一组在相同条件下运转、近于相同的滚动轴承期望达到或超过规定寿命的百分率。单个滚动轴承的可靠度为该轴承达到或超过规定寿命的概率。

额定寿命：以径向基本额定动载荷或轴向基本额定动载荷为基础的寿命的预测值。

基本额定寿命：对于单个滚动轴承或一组在相同条件下运转、近于相同的滚动轴承，其寿命是与90%的可靠度、当代常用材料和加工质量以及常规运转条件相关的。所谓基本额定寿命，即一组相同轴承，逐个地在同一运转条件下运转，其中90%（可靠度90%）的轴承不发生滚动疲劳性剥落的运转总转数。在旋转速度一定的情况下，则以总运转时间来表示。

修正额定寿命：考虑到90%以外的可靠度和（或）非惯用材料特性和非常规运转条件而对基本额定寿命进行修正所得到的额定寿命。

中值寿命：在同一条件下运转的一组近于相同的滚动轴承的50%达到或超过的寿命。

中值额定寿命：与50%可靠度关联的额定寿命，即以径向基本额定动载荷或轴向基本额定动载荷为基础的预测中值寿命。

静载荷：轴承套圈或垫圈彼此相对旋转速度为零时（向心或推力轴承）或滚动元件在滚动方向无运动时（直线轴承），作用在轴承上的载荷。

动载荷：轴承套圈或垫圈彼此相对旋转时（向心或推力轴承）或滚动元件间沿滚动方向运动时（直线轴承），作用在轴承上的载荷。

静载荷或动载荷可以是恒定载荷，也可以是可变载荷。所谓静和动，是指轴承的工作状态，而不是指载荷的性质。

径向基本额定动载荷C_r：指一套滚动轴承理论上所能承受的恒定的径向载荷。在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为一百万转。对于单列角接触轴承，该载荷是指引起轴承套圈相互间产生纯径向位移的载荷的径向分量。

轴向基本额定动载荷C_a：是指一套滚动轴承理论上所能承受的恒定的中心轴向载荷。在该载荷作用下，轴承的基本额定寿命为一百万转。

径向当量动载荷P_r：是指一恒定的径向载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷条件下相同的寿命。

轴向当量动载荷P_a：是指一恒定的中心轴向载荷，在该载荷作用下，滚动轴承具有与实际载荷条件下相同的寿命。

径向基本额定静载荷C_0r：在最大载荷滚动体和滚道接触中心处产生与下列计算接触应力相当的径向静载荷。

——4600 MPa　调心球轴承；

——4200 MPa　其他类型的向心球轴承；

——4000 MPa　向心滚子轴承。

对于单列角接触球轴承，径向额定静载荷是指引起轴承套圈相互间纯径向位移的载荷的径向分量。

轴向基本额定静载荷C_0a：在最大载荷滚动体和滚道接触中心处产生与下列计算接触应力相当的中心轴向静载荷。

——4200 MPa　推力球轴承；

——4000 MPa　推力滚子轴承。

上述这些接触应力是指引起滚动体与滚道产生总永久变形量约为滚动体直径的0.0001倍时的应力。换言之，轴承基本额定静载荷就是对应于最大载荷滚动体与滚道接触中心处产生的总永久变形量约为滚动体直径的万分之一时的载荷。

径向当量静载荷P_0r：是指在最大载荷滚动体与滚道接触中心处产生与实际载荷条件下相同接触应力的径向静载荷。

轴向当量静载荷P_0a：是指在最大载荷滚动体与滚道接触中心处产生与实际载荷条件下相同接触应力的中心轴向静载荷。

（2）按额定动载荷选择轴承尺寸

根据 GB/T 6391—2010，轴承基本额定寿命为：

　　（7-2-1）

式中　L₁₀——基本额定寿命， 10⁶转（百万转）；

C——基本额定动载荷， N；

P——当量动载荷， N；

ε——寿命指数（球轴承ε =3，滚子轴承ε=10/3）。

当轴承转速不变时，可用时间来表示轴承的疲劳寿命：

　　（7-2-2）

式中　L_10h——基本额定寿命，h；

n——轴承转速， r/min。

汽车、车辆等用轴承，基本额定寿命可用其行驶千米数表示：

　　（7-2-3）

式中　L_10k——基本额定寿命，km；

D——车轮直径，mm。

可以根据不同工况条件下轴承的预期寿命选取轴承尺寸，再根据式（7-2-1）～式（7-2-3）验算所选定的轴承是否满足寿命的要求。一般情况下，轴承的尺寸越大，其疲劳寿命也越长。各类机械所需轴承使用寿命的推荐值见表7-2-4。

轴承的预期寿命确定后，再进行额定动载荷和额定静载荷的计算。

由式（7-2-2）

则

　　（7-2-4）

为了简化计算，引入速度系数f_n和寿命系数f_h，取f_h=1时，额定寿命为500h，则

速度系数

　　（7-2-5）

寿命系数

　　（7-2-6）

由此轴承的额定寿命、速度系数和寿命系数的关系为：

　　（7-2-7）

球轴承和滚子轴承的寿命系数f_h和速度系数f_n见表7-2-5和表7-2-6，可以从本篇的第5章中选定轴承的基本额定动载荷不小于式（7-2-7）中的计算值。

（3）按额定静载荷选择轴承尺寸

对低速旋转（n≤10r/min）或缓慢摆动的轴承，其主要破坏形式不是疲劳失效，而是滚动体和滚道接触处产生的塑性变形，这时要根据额定静载荷而不是轴承寿命来选择轴承的尺寸，静载荷计算主要是验证是否选用了承载能力合适的轴承。

按静载荷选择轴承的基本公式为：

　　（7-2-8）

式中　S₀——静载荷安全系数；

C₀——基本额定静载荷，N；

P₀——当量静负荷，N。

一般情况下，轴承安全系数参照表7-2-7选取，一些主机轴承的安全系数参照表7-2-8选取。如果求得的S₀值小于所推荐的指导值，应选一个基本额定静载荷更高的轴承。

2.2.3　滚动轴承的游隙选择

所谓游隙就是轴承内圈、外圈、滚动体之间的间隙量。滚动轴承的游隙分为径向游隙和轴向游隙。即在不同的角度方向，不承受任何外载荷，一套圈相对另一套圈从一个径向（轴向）偏心极限位置移到相反的极限位置的径向（轴向）距离的算术平均值即为径向（轴向）游隙，见图7-2-1。

轴向游隙与径向游隙有一定的对应关系：

向心球轴承

　　（7-2-9）

式中　G_a——轴向游隙，mm；

G_r——径向游隙，mm；

D_w——钢球直径，mm；

r_i——内圈沟道曲率半径，mm；

r_e——外圈沟道曲率半径，mm。

双、四列圆锥滚子轴承

G_a=G_rcotα　　（7-2-10）

式中　α——接触角。

在实际工作中，常常又把游隙分为原始游隙、安装游隙和工作游隙。原始游隙指安装前的游隙；安装游隙是轴承安装后的游隙，轴承安装到轴上和轴承座中之后由于过盈配合，内圈膨胀，外圈收缩，导致径向游隙减小。安装游隙为理论径向游隙减去内圈和轴的配合引起的游隙减少量（近似取为其配合过盈量的80%），再减去外圈和轴承座的配合引起的游隙减少量（近似取为其配合过盈量的70%）；工作游隙是轴承在实际运转条件下的游隙。轴承在工作时，由于内、外圈温度差的原因使安装游隙减小，而工作载荷的作用使滚动体与套圈产生弹性变形导致原始游隙增大，工作游隙为安装游隙减去由于内外套圈温差引起的游隙减小量与由于内圈高速旋转引起的游隙减小量之和，再加上由于载荷引起的游隙增量。

在一般情况下，安装游隙小于原始游隙，工作游隙大于安装游隙。轴承的游隙与轴承的寿命、温升、振动以及噪声有着密切的关系，严格说来，轴承的基本额定动载荷是随游隙的大小而变化的，轴承产品样本上所列的额定载荷是工作游隙为零时的载荷数值。

（1）轴承游隙的选择原则

① 在实际运转时，球轴承的径向游隙应接近于零，滚子轴承应保留一定的径向游隙。滚子轴承的径向游隙之所以要求比球轴承的略大一些，是因为滚子轴承的刚性比球轴承大，若内外圈出现温差时，径向卡死的危险性较大，因此，要采用略大的径向游隙予以避免。对于刚性或运转精度有一定要求的部分类型轴承，还需要施加一定的预载荷，形成所谓的“负游

隙”。总之，根据合适的工作游隙，考虑安装游隙的因素，才能确定出合理的原始游隙。

② 对于轻载荷、高转速、高精度、轴承工作温度较低的场合可选择较小的游隙组别，对于重载荷、冲击载荷、工作温度较高的场合可选择较大的游隙组别。

③ 轴承在工作时，由于内、外圈温度差的原因使安装游隙减小，而工作载荷的作用使滚动体与套圈产生弹性变形导致原始游隙增大。

④ 轴承与轴和外壳孔配合的松紧会导致轴承游隙值的变化，一般轴承安装后游隙值会缩小；在轴承运转过程中，由于轴与外壳的散热条件不同，使内圈和外圈之间产生温度差，也会导致轴承游隙值缩小；轴和外壳材料因膨胀系数不同，游隙值会缩小或增大。

（2）轴承游隙的分组

向心轴承的径向游隙一般分为2组、N组、3组、4组、5组，游隙值依次由小到大，代号用C表示。N组适用于一般使用条件。

电机轴承的径向游隙为CM组，其径向游隙范围较小，以降低电机的噪声。

四点接触球轴承的轴向游隙分为2组、N组、3组、4组，游隙值依次由小到大。

（3）轴承游隙值

轴承的常用径向游隙值见表7-2-9～表7-2-19（GB/T 4604《滚动轴承　径向游隙》），对配对用单列角接触球轴承和圆锥滚子轴承、双列角接触球轴承和四点接触球轴承，给出的是轴向游隙值，而不是径向游隙值，因为这些轴承类型在实际应用中轴向游隙更为重要。标准中所给出的是原始游隙值，轴承安装前的游隙。

2.2.4　滚动轴承公差等级的选用

轴承的公差等级按尺寸公差和旋转精度分级，目前我国轴承采用ISO公差等级，代号用“P”表示。向心轴承（圆锥滚子轴承除外）公差等级分为五级，即：N（普通）、6、5、4、2级；圆锥滚子轴承公差等级分为五级，即：N（普通）、6（6x）、5、4、2级；推力轴承公差等级共分为四级，即：N（普通）、6、5、4级。其精度均依次由低到高。我国轴承公差的主要标准：GB/T 307.1—2017《滚动轴承　向心轴承　产品几何技术规范（GPS）和公差值》（等同采用ISO 492）；GB/T 307.4—2017《滚动轴承　推力轴承　产品几何技术规范（GPS）和公差值》（等同采用ISO 104）。

各主要类型轴承的制造公差等级如表7-2-20所示。对于一些特殊要求的主机，也可生产超出标准规定的精度，如所谓的“超2级”轴承等。

对于一些专用轴承，还规定有特殊公差等级，主要有：

机床用精密轴承——SP、UP；4A、2A级。

仪器用精密轴承——5A、4A级。

使用高精度等级的轴承，其与之相配的轴和外壳孔的加工精度也应提高。

2.2.5　滚动轴承公差

轴承公称尺寸符号、特性符号和规范修饰符见表7-2-21、表7-2-22和图7-2-2～图7-2-6（圆柱孔为例），与特性相关的公差值用t加特性符号表示，如t_VBs。详细内容见GB/T 307.1—2017《滚动轴承　向心轴承　产品几何技术规范（GPS）和公差值》（等同采用ISO 492）；GB/T 307.4—2017《滚动轴承　推力轴承　产品几何技术规范（GPS）和公差值》（等同采用ISO 104）。

2.2.5.1　向心轴承公差（圆锥滚子轴承除外）

圆柱孔轴承的内径极限偏差和公差值见表7-2-23～表7-2-32。

2.2.5.2　圆锥滚子轴承公差

圆锥滚子轴承的内径公差适用于基本圆柱孔（见表7-2-33～表7-2-45）。

2.2.5.3　向心轴承外圈凸缘公差

2.2.5.4　圆锥孔公差

2.2.5.5　推力轴承公差