滾動軸承的壽命

1、滾動軸承的壽命1, 軸承的壽命在滾動軸承運轉過程中，會發(fā)生故障和損壞，若預先采取有效的 措施，很多損壞是可以防止的。但即使是潤滑良好，安裝正確，無塵 埃、水分和腐蝕介質的侵入，且載荷適中，由于軸承長期在交變接觸 應力作用下，滾動表面會發(fā)生疲勞剝落，這種損壞是不可避免的。滾 動軸承壽命一般是指疲勞壽命。疲勞壽命是滾動軸承最重要的性能指 標，軸承的設計和應用都需要分析計算疲勞壽命。 對給定的軸承尺寸 和負荷條件追求最長的疲勞壽命是一般軸承設計的目標。選用軸承 時，根據工況確定軸承額定動載荷 C,進而確立軸承的型號，再驗算 軸承的疲勞壽命是否滿足工況要求。除疲勞壽命外，軸承失效形式還有壓痕、燒傷、斷

2、裂、裂紋、崩 裂、腐蝕、銹蝕和磨損等多種，產生的原因是軸承選用不當，安裝、 使用、支承設計、潤滑、維護保養(yǎng)方面不合理。軸承壽命計算指疲勞 壽命的計算。另外本章還講述了軸承磨損壽命的估算法。1.1.1疲勞壽命與額定壽命疲勞壽命是指軸承工作到滾動工作表面出現(xiàn)疲勞剝落為止的累 計工作小時或運轉的總轉數(shù)，以106轉計，是指單個軸承而言。軸承的疲勞壽命，即使是同樣尺寸、結構、材料、熱處理、加工 方法的同一批軸承，在同一條件下運轉，也是非常離散的，最長與最 短的壽命可能相差數(shù)十倍甚至百倍。 試驗研究得出，壽命分布服從一共 18頁第 1頁定的統(tǒng)計規(guī)律，要用數(shù)理統(tǒng)計方法處理數(shù)據，以計算在一定損壞概率 下的軸承

3、壽命。額定疲勞壽命，是指同一型號的一批軸承，在同一條件下運轉， 其中90%的軸承能夠不出現(xiàn)疲勞剝落的運轉總轉數(shù)，以 106轉計?；?在一定旋轉速度下的工作小時數(shù)，記作 Lg。1.1.2基本額定動載荷C和當量動載荷額定動載荷c是指在軸承內圈旋轉、外圈靜止的條件下，額定壽 命為100萬轉時軸承能夠承受的載荷。對于向心軸承是純徑向載荷， 對于推力軸承是指中心軸向載荷，它是表示滾動軸承的載荷能力，是 軸承的一項主要性能參數(shù)，是選擇軸承的主要技術依據。每種軸承的 額定動載荷都已按 GB6391 - 94 （等同ISO281/1 1977）計算，且標 明在產品樣本中。實際上，在各種機械工作條件下，軸承的工

4、作條件與上述情況不 同，需要把實際的載荷換算成假想的當量載荷， 在此當量載荷的作用 下，軸承的壽命與實際載荷作用下相同。1.1.3滾動軸承的壽命計算滾動軸承額定壽命的計算方法，規(guī)定在GB/T6391 94 （等同國際標準 ISO281 1990）中。1 .滾動軸承疲勞壽命計算其基本公式為S=（P/C）鉞 P/C二lJ?式中 L10 基本額定壽命（106r）;C基本額定動載荷（N）;共 18頁 第 2頁P當量動載荷（N）;:壽命指數(shù)。球軸承 3;滾子軸承 10/3。對于轉速恒定的軸承壽命，用工作時數(shù)表示時，其計算公式為L10圧(C)或L蟲60n P60n1-10共 18頁第 3頁共 18頁第 #

5、頁式中Lh 基本額定壽命（h）；n軸承工作轉速（r/min ）。為了簡化計算，弓I入轉速因素fn和壽命因素fh3313共 18頁第 #頁共 18頁第 #頁fh丄；|5006 則軸承壽命計算公式為J。=:型（C）；60n P也可改寫為C=（fh/fn）P或C二P采用工作小時數(shù)表示的軸承額定壽命, fh之間的關系如下：與速度因素fn和壽命因素對于球軸承：Lh =500花3fh 二 fn(C /P )對于滾子軸承:-=500“ 0 fh 二 fn(C /P )SSI!2. 按額定動載荷選擇軸承尺寸根據軸承的工作轉速n和預期的使用壽命Lh，由轉速因素表（表5- 1 ）查fn值，按軸承受的載荷 （或當量

6、動載荷），就可確定需要選用的軸承應具有的基本額定動載 荷值。c =，或使用壽命計算圖，見圖 5-a,求得載荷C/P,lfn丿再由基本額定動載荷c確定軸承尺寸。普通軸承的工作溫度不應超過 120C。如果需要軸承在較高溫度 下工作，需經過特殊的熱處理。或采用耐高溫材料制造軸承。經過特 殊熱處理的耐高溫軸承，由于零件硬度降低，疲勞壽命比常溫工作時 要短，且額定動載荷降低，應引入溫度因數(shù) fT。fT數(shù)值各公司略有差 別，見表5-3。即：G = fTC預期的軸承使用壽命，一般應根據機械的類型、工作條件及可靠 性要求，參照同類機械確定一個預期使用壽命， 通?？蓞⒄諜C械的大 修期限。表5-4為推薦的各種機械

7、軸承使用壽命。使用條件 使用壽命 L10/ h 不經常使用的儀器和設備，家用機械，醫(yī)療設備300 3000短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后3008000果，如手動機械、農業(yè)機械、裝配吊車、自動送料 裝置，建筑機械間斷使用的機械，中斷使用將引起嚴重后果，如發(fā) 電機輔助設備、流水作業(yè)的傳動裝置、皮帶運輸機、 車間吊車、咼可靠性的機械800012000每天8h工作的機械，但經常不是滿載何使用，如電 機、 般齒輪裝置、壓碎機、起重機和 般機械10000-25000每天8h工作的機械，滿載荷使用，如機床、木材加 工機械、工程機械、印刷機械、分離機、離心機10000-3000024h連續(xù)工作的

8、機械，如壓縮機、泵、電機、軋機 齒輪裝置、紡織裝置、礦山卷揚機40000-5000024h連續(xù)工作的機械，中斷使用將引起嚴重后果，疋 100000如纖維機械、造紙機械、電站主要設備、給排水設備、礦用泵、礦用通風機表5-5為各種車輛軸承的基本額定壽命。各種車輛軸承基本額定壽命L0 s車輛類別及軸承道路車輛輪轂軸承： 小轎車軸承商用車輛、公用車輛軸承鐵路車輛軸箱軸承貨車箱（根據UIC規(guī)格，最大軸載荷連續(xù)作用）軸承Gs百萬公里車輛類別及軸承0.3市郊列車、有軌電車軸承0.6干線客車箱軸承干線動力車組 軸承0.8 干線柴油機車 及電動機車軸承Ss百萬公里1.53 43. 軸承額定壽命的修正計算按照額定

9、壽命的基本計算公式,共 18頁第 5頁共 18頁第 #頁計算軸承基本額定壽命Lio可以滿足量大面廣的一般軸承應用，它適共 18頁第 #頁用于常規(guī)格軸承材料（高質量淬硬鋼）和正常運轉條件下的可靠性為90%（ Lio）的壽命。隨著科學技術的發(fā)展，許多主機對軸承提出了更高可靠性要求。加上冶煉技術的進步，軸承材料質量的提高，使軸承壽命可以有大幅度的增加。另在軸承使用條件方面，由于彈性流體 動力潤滑理論的應用，掌握了潤滑狀況與軸承壽命的密切關系， 使軸 承運轉條件有別于常規(guī)的條件。為此我國GB/T6391-94規(guī)定了非常規(guī) 材料性質和運轉條件下的可靠性為 （100-n） %的額定壽命的修正計 算方法。L

10、na =Lio 或Lna = aia2a2L10（h）式中 Ln a非常規(guī)材料性質和運轉條件下，可靠性為（100 -門）% 的修正額定壽命（106r或小時）。q 可靠性不等于90%的壽命修正系數(shù)；a2 非常規(guī)材料性質的壽命修正系數(shù)；as 非常規(guī)運轉條件的壽命修正因數(shù)；1）可靠性因數(shù)ai是為了計算高于90%可靠性時軸承壽命的修正 因子。對于球軸承和滾子軸承均采用GB6391-86 （等同國際標準ISO281/1-1977）規(guī)定的數(shù)值，見表 5-6。表5-6可靠性因數(shù)可靠性（）909596979899LhSL5L4L3L2L1a11.00.620.530.440.330.21按Lna計算公式，不存

11、在可靠性為100%的軸承壽命（即a0）但從軸承試驗壽命分布圖看出，在高使用概率處，試驗結果偏離韋布 爾分布，偏向長壽命一側，一般認為在可靠性大于或等于 99.9%時， 軸承壽命為：對于球軸承：Lmin =O.O53Lio對于滾子軸承：Lmin =O.O55Lio則可以近似認為，可靠性為100%的軸承壽命：Lmin=O.O5Lio。2）材料因數(shù)a2是計算軸承鋼的質量對壽命影響的修正系數(shù)。按 基本計算公式額定壽命適用于常規(guī)材料。非常規(guī)材料特性是指由特殊 冶煉方法所產生的高質量軸承鋼，其化學成分、含氧量、非金屬夾雜物含量、分布及其最大顆粒數(shù)量等品質對軸承壽命均有顯著影響，國家標準指出，在目前技術狀況

12、下，a2的選取值不能有準確的給定值， 推薦參考值如下：對于常規(guī)軸承材料，即普通冶煉的軸承鋼：a1 ;對于特殊冶煉的真空脫氧軸承鋼：a3 ；對于特殊冶煉的真空重溶軸承鋼：a5 ;對于采用了影響軸承材料性能的特殊加工工藝，如高溫回火處理，使材料硬度降低時，a2小于1。如果在計算軸承載荷能力時已經考慮了材料特性，則a2就不再列入額定壽命修正系數(shù)。3）運轉條件的壽命修正因數(shù)：3。運轉條件，主要考慮運轉速度和工作溫度下潤滑的適當程度對軸承壽命的影響，當潤滑條件特別優(yōu)越，足以在軸承滾動接觸表面形成彈性流體動壓潤滑油膜時，取3大于1。當潤滑不良，例如在工作溫度下或轉速特別低時（dm小于10000, dm為平

13、均直徑），潤滑劑的粘度對于球軸承小于13mm2/s，對 于滾子軸承小于20 mm2 / s，（1m StS=），則應取a3小于3。在潤滑不充分時，不能設想由改進材料質量來補償，即是說當 ：3小于1時， 不能取：，大于1。潤滑的效果首先由軸承滾動接觸表面被油膜隔離的程度來決定。在油膜厚度、油的粘度、清潔程度良好的情況下，因數(shù)：3取決于粘度 比Kr，其定義為實際粘度V與足夠潤滑所需粘度V1的比率。V和V1均為 工作溫度下的運動粘度。對于礦物油，（包括潤滑脂基礎礦物油），在 工作溫度下保證足夠潤滑所需粘度 與dm *n有關，見圖6 7。實驗表明，因數(shù)：2、3不是相互獨立的，瑞典 SKF公司建議合并為

14、23，此時修正的壽命計算公式應改寫為:Fad?；?L/aqp,確定：23的值，是將所選用潤滑劑的工作溫度下實際粘度 V除以根據轉速和軸承平均直徑，由圖5 1查得的粘度V1，即可計算:VVI再從圖5 2中選取:23的值由圖5 3可以看出，在-小于0.4時，兩種材料的系數(shù)：23完全V1相同，表明此時提高材料質量也不能延長軸承壽命。圖53陰影區(qū)是潤滑劑中由于有改變潤滑的添加劑，對提高軸承壽命有益，因此:23更高。1.1.4當量動載荷的計算1. 恒定的合成載荷 軸承的基本額定動載荷是在假想的運轉條 件下確定的。其中的載荷條件為：向心軸承僅承受徑向載荷，推力軸 承僅承受純軸向載荷。實際上，軸承在大多數(shù)應

15、用場合常常同時受徑 向載荷和軸向載荷。因此，在進行軸承壽命計算時，必須把實際載荷 轉換為與確定額定動載荷的載荷條件相一致的當量動載荷。當合成載荷的大小和方向恒定時，其當量動載荷的一般計算公式為：P=XFr YFF式中 P 當量動載荷（N）；Fr徑向載荷（N）；Fa 軸向載荷（N）；X徑向系數(shù)；Y軸向系數(shù)；各類軸承的當量動載荷計算公式及徑向系數(shù)和軸向系數(shù)的具體 數(shù)值，可查各類軸承的尺寸性能表。表57和表5-8列出向心軸承 和推力軸承的徑向系數(shù)和軸向系數(shù)。徑向接觸軸承在承受軸向載荷Fa時，其接觸角隨軸向載荷的大小 而變化。當量動載荷的計算公式中的徑向系數(shù) X和軸向系數(shù)Y均與 軸承接觸角的大小有關，

16、視旦的值大于e或小于e而具有不同的數(shù)值，F(xiàn)r因此在表中，用 心表示軸承接觸角變化的大小，此處 Co為額定靜載C0荷；i為軸承內滾動體的列數(shù)。各軸承的C0值列在軸承尺寸、性能表 中。在進行軸承壽命計算時，應根據軸承承受軸向載荷的大小，首先 確定 空的數(shù)值，在表5-7中，按線性插入法找出相應的徑向系數(shù) X、Co軸向系數(shù)丫和e值。徑向接觸軸承僅承受徑向載荷Fr時，查表可得X = 1, Y = 0,所 以 P = Fr。對于單列向心軸承，只有已大于極限值e時，軸向載荷才會影響FrP。2. 變化的軸承載荷 在許多場合，載荷為變化的，計算當量動 載荷時，應計算平均當量載荷PmPm =1）若載荷為P、P2、

17、R,數(shù)個力合成，這些力在ni > n2、壓,轉數(shù)內恒定不變，但大小各不相同，這些平均當量動載荷的近似值可 由下式求出（圖5-3）:PmP3n戌比卩33巧m式中 P、F2、F3,是在 ni、n2、代,，轉數(shù)時的當量動載荷。2）如果軸承的轉速和載荷方向在運轉中保持不變，只是載荷的大小 始終在Pmin和Pmax之間線性變化，見圖5- 4,這種條件下工作的軸承的當量動載荷可按下式計算:33）如果軸承載荷由方向、大小都不變的載荷Fi （如轉子質量等）和大小不變的旋轉載荷F2 （如不平衡引起的離心力等）組成，見圖 5- 5,其平均載荷Pm按下式計算：Fm = ：；Jm（Fi - F2）式中 Gm系數(shù)

18、可按圖5-6確定。求出Fm后，可根據Fi和F2的合成載荷平面方向，將Fm再轉換成平 均當量動載荷Fm。3、當軸承承受恒定力矩載荷時當量動載荷可按下式計算式中Pm 考慮力矩載荷的當量動載荷（N ）；fm 力矩載荷因數(shù)，見表5 -9。表5 -9力矩載荷系數(shù)載荷大小力矩載荷較小時fm載荷大小fm1.5力矩載荷較大日廠24、當軸承承受沖擊載荷時當量動載荷可按下式計算Fd = fdP式中 R考慮沖擊載荷的當量動載荷（N ）;fd 沖擊載荷因數(shù)，見表5 -10。表5 - 10沖擊載荷因數(shù)載荷性質fd舉例載荷性質無沖擊或輕微沖擊1.01.2電機、汽輪機、通風饑，水泵中等沖擊1.2 1.8車輛、機床、起重機、

19、冶金設備、 內燃機強大沖擊1.83.0破碎機、軋鋼機,，石油鉆機、振動篩1.1.5按額定靜載荷選擇軸承某些機械載荷變化較大，旋轉過程中有較大的沖擊載荷，在選擇 軸承時，先按所需的額定動載荷 C，選擇軸承型號、尺寸，然后再 校驗軸承的額定靜載荷COr，是否滿足要求，如果所選軸承的額定靜 載荷不能滿足使用要求.則應按額定靜載荷再選擇適用的軸承型號。對于在靜止狀態(tài)工作（包括緩慢擺動和極低轉速）的軸承，主要 是防止?jié)L動體與滾道接觸處產生過大的永久變形，以保證袖承輕快、 平穩(wěn)地工作。在此情況下，應按軸承的額定靜載荷選擇軸承的尺寸。我國GB / T4662 93滾動軸承額定靜載荷（等同國際標準15076

20、-1987）規(guī)定了用優(yōu)質淬硬鋼，按良好工藝制造，按常規(guī)設計的滾動 接觸表面形狀的軸承額定靜載荷和當量靜載荷的計算方法。1、基本額定靜載荷系指一個軸承在靜止狀態(tài)（或內、外套圈之 間相對轉速為零）或很慢的回轉運動時，假想所能承受的一個大小、 方向恒定的載荷。在這一載荷作用下，應力最大的滾動體和滾道接觸 處引起與下列計算接觸應力相當?shù)膹较蜢o載荷或軸向靜載荷.徑向額定靜載荷：4600MPa :調心球軸承4200MPa :所有其他向心球軸承4000MPa :所有向心滾子軸承對于單列角接觸球軸承，其徑向額定靜載荷是指軸承套圈之間僅產生相對純徑向位移的載荷的徑向分量。軸向額定靜載荷：4200MPa :推力球

21、軸承4000MPa：推力滾子軸承。在承受上述接觸應力的接觸部分，滾動體的永久變形量與滾道的 永久變形量的和大約是滾動體直徑的 0.001倍。2.額定靜載荷Co額定靜載荷也是軸承的主要性能參數(shù)之一， 各種軸承的額定靜載荷Co已在軸承性能、尺寸表中列出。按額定靜載 荷選擇軸承的基本公式為：Co - S0P0式中 Co 基本額定靜載荷（N）；F0當量靜載荷（N）；So 安全因數(shù)。若軸承由于特殊熱處理、高溫工作等原因，而引起材料表面硬度 降低時，將導致軸承靜載荷能力下降。材料硬度對軸承額定靜載荷的 影響一般可參考下式計算：Co h = h Co2nH = fH （HV /800 ） <1式中 C

22、oh 經過材料硬度修正的額定靜載荷（N）；H硬度因數(shù)；fH 與接觸類型有關的因數(shù)，見表 5-11；HV維氏硬度值;表5-11接觸類型因數(shù)接觸類型fH接觸類型fH球與平面接觸（調心球軸承）1 滾子與滾子接觸（調心滾 子軸承）2球與溝道接觸1.5滾子與平面接觸2.53.當量靜載荷系指個方向、大小恒定的靜載荷。在這種載荷作用下，應力最大的滾動體和滾道接觸處的接觸應力與實際載荷條件下相同。1 ）向心球軸承的徑向當量靜載荷的計算取下列兩式計算值中的較大者：Rr = X0F r Y0Fa式中 X0 靜徑向載荷因數(shù)；見表 5-12;Y0 靜軸向載荷因數(shù)；見表 5-12；對于兩套相同的單列深溝球軸承或角接觸球

23、軸承，以“背對背”或“面對面”排列安裝（或成對安裝）在同一軸上作為一個支承整體 的運轉情況下，計算其徑向當量靜負荷時用雙列軸承的 X0和Y0值, 以Fr和Fa為作用在該支承上的總負荷。對于兩套或兩套以上相同的單列深溝球軸承或角接觸球軸承，以“串聯(lián)”排列安裝（成對安裝或成串安裝）在同一軸上作為一個支承整體的運轉情況下，計算其徑向當量靜負荷時，取單列軸承的X0和Y0值，以Fr和Fa為作用在該支承上的總負荷。2）向心滾子的徑向當量靜載荷的計算 對于:-0的滾子滾子軸承，其徑向當量靜載荷取下列兩式計 算值中的較大者:Rr = X0 Fr丫0Fa式中的x。和Y）值由表6- 17給出。表6- 17 :的向

24、心滾子軸承的Xo和丫。值軸承類型XoYo軸承類型XoYo單列0.50.22 cot ：雙列0.50.44 cot：對于：一0且承受軸向載荷能力系隨軸承設計和使用情況而 有頗大的變化，故在軸承受軸向載荷:=0的情況下，軸承用戶應與 軸承制造廠協(xié)商其當量靜載荷的計算方法。對于兩套或兩套以上相同的單列角接觸滾子軸承，以“串聯(lián)”排 列安裝（成對安裝或成串安裝）在同一軸上作為一個支承整體的運轉 情況下，計算其徑向當量靜載荷時，應取單列軸承的X0和Y0值，以Fr和Fa為作用在該支承上的總載荷。3）推力軸承（球和滾子）軸向當量靜載荷的計算 對于:-90推力軸承，其軸向當量靜載荷按下式計算P0a =2.3Fr

25、 tan " Fa對于雙向軸承，該公式適用于徑向載荷與軸向載荷之比為任意值 的情況。對單向軸承，當Fr / Fa豈0.44COt 時，該公式是可靠的；當 Fr/Fa 大至當0.67 cor時，該公式仍可給出滿意的P0a值，但不夠保守。 =90的推力軸承，只能承受軸向載荷，此類軸承的軸向當 量靜載荷按下式計算對于兩套或兩套以上相同的推力軸承，以“串聯(lián)”排列安裝（成 對安裝或成串安裝）在同一軸上作為一個支承整體的運轉情況下， 計 算其軸向當量靜載荷時，應取單列軸承的 X0和Y0值，以Fr和Fa 為作用在該支承上的總載荷。4.安全因數(shù)S。的選取1）靜止軸承以及緩慢擺動或轉速極低的軸承，安全

26、因數(shù)S0可參照表6-18選取。表6-18靜止、緩慢擺動或轉動時軸承的安全因素軸承的使用場合S0軸承的使用場合S0飛機變矩螺旋漿葉0.5附加動載荷較小的大型起動機吊鉤>1片水壩閘門裝置>1附加動載荷很大的小型裝卸起動機吊鉤.-1.6吊橋_1.52）旋轉軸承安全因數(shù)的選取對某些承受載荷變化較大，尤其是在轉動中有較大的沖擊載荷作用的旋轉軸承，在按額定動載荷選擇軸承后，必須再根據額定靜載荷進行校驗。若軸承的轉速較低，對運 轉精度和摩擦力矩要求不高時，可以允許有較大的永久變形，即可取 S0<1，反之，則取S0>1。旋轉軸承的安全因數(shù) S0可參考表514 選取。對于推力調心滾子軸承，無論其旋轉與否，均應取 S°2。另外，在按額定靜載荷選擇軸承時，還必須注意與軸承相配合部 位的剛度。軸承箱的剛度較低時，可選取較高的安全因數(shù)；反之，則 應取較低的安全因數(shù)。2, 軸承磨損壽命的計算在潤滑不好的情況下相對運動的摩擦表面容易發(fā)生粘著磨損。甚 至