滾動軸承額定靜載荷國際及國家標準演變

馬素青，陳天駒，張浩，李琳

(1.洛陽軸承研究所有限公司，河南 洛陽 471039；2.河南科技大學 機電工程學院，河南 洛陽 471003；3.洛陽LYC軸承有限公司 大型軸承廠，河南 洛陽 471039；4.重慶理工大學 機械工程學院，重慶 400050)

經驗表明，在大多數的應用場合中，軸承最大載荷滾動體和滾道接觸中心處可以允許有滾動體直徑0.000 1倍的總永久變形量，而不致于對軸承以后的運轉產生有害影響。因此，將引起如此大小永久變形量的當量靜載荷規定為軸承的額定靜載荷。額定靜載荷是必須在軸承樣本中給出的一個重要參數，其直接影響軸承的選用、使用性能及壽命。

1 額定靜載荷國際標準的演變

滾動軸承額定靜載荷國際標準的標準代號為ISO 76，于20世紀50年代開始制訂，先后經歷了5次制、修訂，現行的國際標準為ISO 76：2006。每個版本的制、修訂過程及主要內容概述如下。

1.1 ISO/R 76-1958《球和滾子軸承額定靜載荷的計算方法》

ISO/R 76是由ISO/TC4(國際標準化組織滾動軸承技術委員會)起草的推薦性標準，是基于瑞典Palmgren等人的研究報告制定的，其建設性定義為：額定靜載荷與在應力最大的滾動體和滾道接觸處產生0.000 1倍滾動體直徑的總永久變形量相對應。

ISO/TC4于1953年9月在哥德堡召開的第3次會議上指定由德國、瑞典、美國組成工作組協助ISO/TC4秘書處起草建議稿，并分別于1955年5月在馬德里、1956年9月在維也納召開的會議上進行了討論。1957年4月推薦草案發送到ISO各成員國，總成員國38家中28票贊成，ISO理事會于1958年11月決定接受其為ISO推薦標準。

1.2 ISO 76-1978《球和滾子軸承額定靜載荷的計算方法》

1972年5月巴黎第13次會議上將專門研究額定載荷與壽命的第3工作組改為SC8分技術委員會。SC8秘書處于1973年在倫敦召開的第1次會議上建議將ISO/R 76的修訂工作納入到工作日程，并于1974年7月提交了建議草案。

SC8的8個成員國中6個以信函形式接受了建議草案，其余兩成員國：日本建議做進一步研究，美國持反對意見。最終DIS 76(國際標準草案)被提交到ISO中央秘書處，經ISO成員國的認可，于1978年7月接受其為國際標準，即ISO 76-1978。

ISO 76-1978沒有進行實質性的修改，主要改動為：(1)用國際計量單位N代替了英制和kg·mm單位制，并對其全部計量單位進行了修改；(2)表2中增加了公稱接觸角為15°和45°的角接觸球軸承的X0和Y0值。

1.3 ISO 76：1987《滾動軸承 額定靜載荷》

在ISO/R 76-1958修訂過程中，美國于1975年提出了反對意見，認為額定靜載荷的計算應基于接觸應力。ISO中央秘書處就該問題在TC4的幾次會議中進行了磋商。

會議決議以及TC4成員國、SC8成員國所提意見都表明需要一個合適的ISO 76標準，同意對采用永久變形量還是應力水平作為額定靜載荷基礎的這個問題做進一步的研究，此后的研究均基于美國N75號修正案而進行。

美國N75號修正案與ISO 76-1978之間的主要區別有以下幾個方面：

(1)ISO 76對額定靜載荷的傳統定義為：在最大應力的滾動體和滾道接觸處產生0.000 1倍滾動體直徑的總永久變形時的軸承靜載荷；而美國建議取為產生4 000 MPa的最大接觸應力的軸承載荷；

(2)關于調心球軸承和滾子軸承額定靜載荷計算公式和計算數值，在實際使用的滾動軸承的尺寸系列和尺寸范圍內，美國建議給出的調心球軸承C0值約為ISO 76值的0.45～0.6倍；滾子軸承C0值約為ISO 76值的1.6～2.2倍；

(3) 在ISO 76中f0系數對每一種軸承來說，都取其固定值；而美國建議f0系數隨著Dwcosα/Dpw或Dwecosα/Dpw的變化而變化。

最終接受美國建議，在額定靜載荷定義方面，對滾子軸承應力水平為4 000 MPa，但調心球軸承的應力水平為4 600 MPa，其他類型的球軸承的應力水平為4 200 MPa。為符合大多數成員國的意見更加明白易懂，并且軸承性能與接觸表面之間的變形的確有關，該定義還增加一個注解：在靜載荷條件下，這些接觸應力系指引起滾動體與滾道產生總永久變形量約為滾動體直徑的0.000 1倍時的應力。

DIS 76于1985年提交到ISO中央秘書處，經ISO成員國的認可，于1987年2月接受其為國際標準，即ISO 76：1987。

1.4 ISO 76：1987/Amd.1：1999《滾動軸承 額定靜載荷修改單1：附錄A——基本額定靜載荷計算中的間斷點》修改單

1994年7月ISO中央秘書處和ISO/TC4/SC8秘書處以N178號文件提出：在ISO 76標準中，向心軸承和推力軸承的計算方法之間存在差別。與接觸角有關的C0/P0在α=45°時，存在不連續性，而不連續性是由不同的計算方法造成的。因此秘書處想糾正該不連續性，征求意見為：(1)是否有興趣在國際間解決這個問題？(2)在這方面都已經開始采取了哪些措施？

對該文件只有澳大利亞投了反對票，英國、日本、奧地利、美國和波蘭等國同意修改，意大利同意，但又覺得修改標準意見不太充分，建議給出一個資料性附錄。1995年10月在日本橫濱召開的SC8年會上，對于額定載荷計算中的不連續性作出了76號決議，采納了SC8多數成員國的意見，增加ISO 76的資料性附錄，用于解釋N178號文件中著重強調的不連續性。

1996年3月瑞典起草了一份工作草案即N212號文件，該草案解釋了不連續性的主要原因：一是球和套圈之間密合度對C0值的影響，ISO標準是建立在正常使用的密合度情況下，推力軸承比向心軸承所要求的密合度低，所以它們所能承受的額定載荷值相對低一些；二是計算徑向角接觸球軸承Y系數的方法不同，對于常規標準設計的軸承，按ISO標準規定的計算方法進行計算是有效的，所以瑞典認為沒有必要修改標準，可將修改單作為標準的資料性附錄，在附錄中給出計算接觸角α>45°的角接觸球軸承C0值的簡便方法。

草案最后結論為：(1)對于α=45°的角接觸球軸承，首先按向心軸承計算，然后按推力軸承計算，C/P值將提高大約40%；(2)對于接觸角α=45°，Dwcosα/Dpw=0.18，密合度較大的軸承，按向心軸承計算的C值與重新按推力軸承計算的C值比較，將增加24%。在上述的40%當中，24%取決于密合度，其余取決于當量載荷的計算方法；(3)額定靜載荷的比較，對于45°角接觸球軸承，承受純軸向載荷時，C0/P0的不連續性幾乎全部取決于向心和推力軸承不同的密合度，證明過程可參見GB/T 4662—2012《滾動軸承 額定靜載荷》附錄A中的第A.5節。

在N212號文件的基礎上，根據返回的意見于1998年2月形成了ISO 76：1987/Damd1(修改單草案)，但在將其作為一項技術規范(TS)，還是作為標準的修改單上產生了分歧，最終中央秘書處決定將其作為標準的修改單，并于1999年6月形成了ISO 76：1987/FDamd1(修改單報批稿)，1999年11月形成了正式的標準文本，即ISO 76：1987/Amd.1:1999。

1.5 ISO 76:2006《滾動軸承 額定靜載荷》

2002年8月，SC8秘書處對ISO 76：1987標準進行了復審，22家P成員國中16家進行了投票，其中：中、捷、日、英、瑞典、瑞士、德、法、俄提出修訂，7國表示確認。根據2002年10月的復審投票結果，決定對ISO 76：1987進行修訂。

提出修訂的多數國家建議技術上不做大的改動，但標題、術語和表達方式等內容應符合新的ISO導則的編寫規定，并將修改單ISO 76/Amd.1：1999納入ISO 76標準中使其更加完善。

2004年6月提出CD(委員會草案)，征求各成員國意見，其中9家贊成，12家未投票，1家反對。2004年11月提出DIS，征求各成員國意見，其中18家贊成(3家含意見)。2005年8月提出FDIS(國際標準報批稿)，2006年5月1日發布正式標準ISO 76:2006。

2 滾動軸承額定靜載荷國家標準的演變

滾動軸承額定靜載荷國家標準GB/T 4662為推薦性標準，于1984年首次制定，先后經歷了4次制、修訂。現行的國家標準為GB/T 4662―2012。

2.1 GB 4662—1984《滾動軸承 額定靜載荷》

20世紀80年代由于我國尚未對滾動軸承的額定靜載荷進行系統的研究，特別是缺乏充分的試驗依據，原一機部科技工作會議又要求滾動軸承等基礎件應在1983年采用國際標準，滾動軸承額定靜載荷國家標準就是根據上級關于先制定標準，后進行驗證的指示精神，開始了首次制訂，并且按照積極采用國際標準的政策等效采用了ISO 76-1978，對其僅做了一些編輯性的修改。

2.2 GB/T 4662：1993《滾動軸承 額定靜載荷》

1993年對滾動軸承額定靜載荷標準進行了第一次修訂，等效采用了ISO 76:1987，與84版標準相比改動較大，主要改動為：(1)對額定靜載荷定義做了修改。84版標準是從允許的最大永久變形量出發，93版標準則是以在受載最大的滾動體與套圈滾道接觸處產生的總塑性變形量為滾動體直徑的萬分之一左右時對應的接觸應力為基礎；(2)引入f0系數，84版標準則認為f0僅是與軸承類型有關的一個常數；93版標準對深溝球軸承、角接觸球軸承、調心球軸承、推力球軸承在計算徑向(軸向)額定靜載荷時引入不同的f0系數。(3)對于滾子軸承，84版標準規定C0值是按在滾子端部引起的變形量進行計算的，93版標準將參考點從滾子端部移至滾子與滾道接觸中心處，這是由于已經普遍采用帶凸度的修形滾子。

2.3 GB/T 4662—2003《滾動軸承 額定靜載荷》

1999年ISO/TC4/SC8額定載荷與壽命專業委員會針對ISO 76:1987提出了一項修改單ISO 76/Amd.1∶1999，該修改單指出在ISO 76標準中將一套接觸角α=45°的軸承看作是向心軸承時和將其看作是推力軸承時，在軸向額定靜載荷的計算中存在一個間斷點，需統一計算方法。根據該修改單，對該標準再次做了修訂，即GB/T 4662—2003版本。這次修訂等同采用了ISO 76：1987，并將其修改單ISO 76/Amd.1∶1999放入附錄中。

2.4 GB/T 4662—2012《滾動軸承 額定靜載荷》

GB/T 4662—2012等同采用ISO 76：2006《滾動軸承 額定靜載荷》，與2003版標準相比主要改動有以下幾個方面：

(1)修改了 “范圍”， 在條文中增加了“……采用當代常用優質淬硬軸承鋼……”或“……表面進行過處理或涂敷……”，此外，還增加了在重載荷條件下靜安全系數的確定。

(2)為與ISO 281《滾動軸承 額定動載荷和額定壽命》(即GB/T 6391)協調一致，表2向心球軸承的X0和Y0值中增加了α=5°和α=10°檔的載荷系數值。

(3)“角接觸溝型球軸承”改為“角接觸球軸承”。

(4)增加了對“靜安全系數”的要求。靜安全系數即基本額定靜載荷與當量靜載荷之比。表示阻止滾動體和滾道上產生不允許的永久變形的安全裕度。該定義最早是由英國提出的，經過SC8秘書處確認最終納入到國際標準中。本次修訂參照國際標準在標準的范圍、術語和定義、符號及第9章中規定了靜安全系數的內容。

(5)增加了對向心滾子軸承的徑向基本額定靜載荷計算公式((7)式)和單、雙向推力滾子軸承的軸向基本額定靜載荷計算公式((11)式)的說明。表1球軸承的f0值中的表注規定了用于計算球軸承f0系數的彈性模量、泊松比和載荷分布，這些數據同樣適用于滾子軸承C0a，C0r的計算，雖然ISO/TR 10657：1991《對ISO 76的注釋》中包含了這個數據，但是GB/T 4662一般的使用者不一定看得到ISO/TR 10657。為了更完整和透明，該數據也應在關于滾子軸承的章節中規定。新國標GB/T 4662—2012在(7)式、(11)式中分別增加一個注釋：此公式是建立在與表1注中給出的彈性模量、泊松比和滾動體載荷分布相同的基礎上給出的。

(6)在GB/T 4662—2012的5.1徑向基本額定靜載荷和6.1軸向基本額定靜載荷中增加對ISO/TR 10657：1991《對ISO 76的注釋》的引用，用于說明如何考慮加大的溝曲率半徑對承載能力的影響。

新版GB/T 4662—2012《滾動軸承 額定靜載荷》于2012年11月5日批準發布，實施日期為2013年3月1日。GB/T 4662—2012自發布實施之日起，廢止現行標準GB/T 4662—2003《滾動軸承 額定靜載荷》。