滾動(dòng)軸承的額定載荷與壽命

1、滾動(dòng)軸承的額定載荷與壽命1 軸承的壽命與承載能力1.1 壽命軸承即使在正常的條件下使用，套圈和滾動(dòng)體的滾動(dòng)面也會(huì)因受到交變應(yīng)力作用而發(fā)生材料疲勞，以致造成剝落。疲勞剝落是滾動(dòng)軸承的主要失效形式，因此，軸承的壽命一般情況指其疲勞壽命。疲勞壽命的定義為：一套軸承，其中一個(gè)套圈（或墊圈）或滾動(dòng)體的材料出現(xiàn)第一個(gè)疲勞擴(kuò)展跡象之前，一個(gè)套圈（或墊圈）相對(duì)另一個(gè)套圈（或墊圈）的轉(zhuǎn)數(shù)。在某些特定情況下，軸承也可能因磨損過度或喪失必須的精度而失效，這時(shí)軸承的壽命是指磨損壽命或精度壽命，需另行考慮。此外，軸承因燒傷，磨損，裂紋，卡死，生銹等都可能無法使用，但這些應(yīng)稱為軸承故障，須與軸承壽命區(qū)分開。軸承選用不當(dāng)，

2、安裝欠妥，潤(rùn)滑不良及密封不好等都是發(fā)生故障的原因，排除這些原因便可避免軸承發(fā)生故障。（1）可靠性 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用中表明，同一結(jié)構(gòu)型式和外形尺寸的一組軸承，在相同的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下，實(shí)際疲勞壽命大不相同。一批軸承的疲勞壽命服從一定的概率分布規(guī)律，所以軸承的壽命總是與其失效概率相聯(lián)系。軸承壽命的可靠性用可靠度指標(biāo)衡量，它指一組在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的，近于相同的滾動(dòng)軸承所期望達(dá)到或超過規(guī)定壽命的百分率。單個(gè)滾動(dòng)軸承的可靠度為該軸承達(dá)到或超過規(guī)定壽命的概率。（2）基本額定壽命和修正額定壽命 對(duì)于一套滾動(dòng)軸承或一組在同一條件下運(yùn)轉(zhuǎn)的，近于相同的滾動(dòng)軸承，其壽命是指與90%的可靠度，常用的材料和加工

3、質(zhì)量以及常規(guī)的運(yùn)轉(zhuǎn)條件相關(guān)的壽命，稱之為基本額定壽命。考慮所要求的可靠性水平，特殊的軸承性能和具體的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，而對(duì)基本額定壽命進(jìn)行修正所得到的壽命則稱為修下正額定壽命。1.2基本額定載荷基本額定載荷包含基本額定動(dòng)載荷和額定靜載荷。表征軸承在旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速n>10r/mim)時(shí)的承載能力為基本額定動(dòng)載荷，表征軸承在靜止或緩慢旋轉(zhuǎn)(轉(zhuǎn)速n10r/min)時(shí)的承載能力為額定靜載荷。（1）徑向基本額定動(dòng)載荷 徑向基本額定動(dòng)載荷系指一套軸承的基本額定壽命為一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)假想能承受的恒定徑向載荷。對(duì)于單列角接觸軸承，該載荷指引起軸承套圈相互間產(chǎn)生純徑向位移的載荷的徑向分量。（2）軸向基本額定動(dòng)載荷 軸向基本

4、額定動(dòng)載荷系指滾動(dòng)軸承的基本額定壽命為一百萬(wàn)轉(zhuǎn)時(shí)假想作用于滾動(dòng)軸承上恒定中心軸向載荷。（3）徑向額定靜載荷 徑向額定靜載荷系指在滾動(dòng)軸承靜止或緩慢旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下，其最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起與下列接觸應(yīng)力相當(dāng)?shù)募傧霃较蜢o載荷。4600MPa   調(diào)心球軸承4200MPa   所有其他的向心球軸承4000MPa   所有的向心滾子軸承對(duì)于單列角接觸球軸承，其徑向額定靜載荷是指使軸承套圈間僅產(chǎn)生相對(duì)純徑向位移的載荷的徑向分量。（4）軸向額定靜載荷  軸向額定靜載荷系指在滾動(dòng)軸承在最大滾動(dòng)體與滾道接觸中心處引起與下列接觸應(yīng)力相

5、當(dāng)?shù)募傧胫行妮S向靜載荷。4200MPa  推力球軸承4000MPa  所有推力滾子軸承 2根據(jù)額定動(dòng)載荷選擇軸承尺寸2.1軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承的基本額定動(dòng)載荷是在假定的運(yùn)轉(zhuǎn)條件下確定的。其載荷條件為：向心軸承僅承受純徑向載荷，推力軸承僅承受純軸向載荷。實(shí)際上，軸承在大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，常常同時(shí)承受徑向和軸向載荷，因此，在進(jìn)行軸承壽命計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換成與額定動(dòng)載荷的載荷條件相一致的當(dāng)量動(dòng)載荷。徑向當(dāng)量動(dòng)載荷是指一恒定的徑向載荷。軸向當(dāng)量動(dòng)載荷是指一恒定中心軸向載荷。在這一載荷作用下，滾動(dòng)軸承具有與實(shí)際載荷作用相同的壽命。2.2壽命公式軸承的基本額定壽命，基本額定動(dòng)載荷和

6、當(dāng)量動(dòng)載荷三者之間的關(guān)系，可用下列公式表示：式中L10基本額定壽命(百萬(wàn)轉(zhuǎn)）；C基本額定動(dòng)載荷（N）；P當(dāng)量動(dòng)載荷（N）；  壽命指數(shù)（球軸承=3，滾子軸承=10/3）。若軸承的轉(zhuǎn)速恒定，其基本額定壽命可用運(yùn)轉(zhuǎn)小時(shí)數(shù)表示為：式中L10基本額定壽命（h)； n 軸承轉(zhuǎn)速(r/min)。對(duì)于車輛輪轂用軸承，基本額定壽命可用其行駛公里數(shù)表示式中L10k基本額定壽命(km);D車輪直徑(mm)。若軸承作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，繞擺動(dòng)中心擺動(dòng)幅角為±，則式中L10osc基本額定壽命（百萬(wàn)次擺動(dòng)周期）;  擺幅(º)。    當(dāng)擺

7、幅很小時(shí)，不計(jì)算基本額定壽命。    為了簡(jiǎn)化計(jì)算，取500h作為額定壽命的基準(zhǔn)，引入速度系數(shù)fn和壽命系數(shù)fh:則軸承壽命公式可轉(zhuǎn)換為根據(jù)軸承的工作轉(zhuǎn)速和預(yù)期的使用壽命L10h，由表1-34和表1-35查出fh、fn的數(shù)值后，即可很方便的確定出待選用軸承所應(yīng)具有的基本額定動(dòng)載荷值。（1）軸承的使用壽命 在選擇軸承時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)機(jī)械的類型，工作條件及可靠性要求，預(yù)先確定一個(gè)恰當(dāng)?shù)氖褂脡勖?。通常，可參照機(jī)械的大修期限予以決定。各種機(jī)械所需的軸承使用壽命的推薦值，見表1-36。（2）當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算方法 當(dāng)軸承承受大小和方向恒定的工作載荷時(shí)，其當(dāng)量動(dòng)載荷可按下列一般公式

8、計(jì)算P = XFr+YFa式中P 當(dāng)量動(dòng)載荷（N）;Fr 徑向載荷（N）;Fa 軸向載荷（N）;X 徑向動(dòng)載荷系數(shù);Y 軸向載載荷系數(shù)。各類軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式及徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)的具體數(shù)值，參考各類軸承尺寸與性能表。當(dāng)軸承承受恒定力矩載荷時(shí)，當(dāng)量動(dòng)載荷可按下式計(jì)算Pm = fmP式中Pm考慮力矩載荷的當(dāng)量動(dòng)載荷（N）;fm 力矩載荷因數(shù)見表1-37。當(dāng)軸承承受沖擊載荷時(shí)，當(dāng)量動(dòng)載荷可按下式計(jì)算Pd = fdP式中Pd考慮沖擊載荷的當(dāng)量動(dòng)載荷(N);Fd 沖擊載荷因數(shù),見表1-38。若軸承是在變載荷和變速下工作，在確定軸承壽命時(shí)，則應(yīng)用平均當(dāng)量動(dòng)載荷和平均轉(zhuǎn)

9、速來計(jì)算。平均當(dāng)量動(dòng)載荷一般按下式計(jì)算式中Pm 平均當(dāng)量動(dòng)載荷（N）;P 當(dāng)量動(dòng)載荷（函數(shù)式）（N）；N 載荷變動(dòng)一個(gè)周期內(nèi)的總轉(zhuǎn)數(shù)（r)。對(duì)于如圖1-8所示的載荷與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，平均當(dāng)量動(dòng)載荷計(jì)算公式為式中P1,P2,P3 ··· 是在N1,N2,N3···轉(zhuǎn)數(shù)時(shí)的當(dāng)量動(dòng)載荷軸承的轉(zhuǎn)速保持不變，載荷隨時(shí)間單調(diào)而連續(xù)地周期變化時(shí)，平均當(dāng)量動(dòng)載荷可利用簡(jiǎn)化公式近似求出。其例見圖1-9。 若軸承載荷由大小和方向都不變的載荷F1（如轉(zhuǎn)子重量等）與大小不變的旋轉(zhuǎn)載荷F2（如不平衡引起的離心力等）組成（如圖1-1

10、0所示），則其平均載荷Fm由下式計(jì)算式中 因數(shù)可按圖1-11確定。求出Fm后，可根據(jù)F1 與F2的合成載荷平面方向，將Fm再轉(zhuǎn)換成平均當(dāng)量動(dòng)載荷Pm。2.3影響軸承動(dòng)載荷能力的主要因素根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6391-1995規(guī)定，滾動(dòng)軸承基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算方法適用于當(dāng)代常用優(yōu)質(zhì)催淬硬鋼（系指真空脫氣鋼），按良好的加工方法制造，而且滾動(dòng)接觸表面的形狀基本上為常規(guī)設(shè)計(jì)的滾動(dòng)軸承。超越上述規(guī)定范圍，軸承的載荷能力將會(huì)受到影響。（1）材質(zhì)的影響 軸承鋼因冶煉方法不同，材料中夾雜物的大小，分布與含量亦不同。這種材質(zhì)的差別會(huì)對(duì)軸承的承載能力產(chǎn)生有利或不利的影響。本樣本各類軸承尺寸與性能表中所列軸

11、承基本額定動(dòng)載荷均是以真空脫氣軸承鋼為基本材料。如果采用普通電爐軸承鋼，軸承的載荷能力將會(huì)有不同程度的下降。反之，采用諸如真空重熔，電渣重熔等方法冶煉的軸承鋼或其他等效材質(zhì)的鋼材，軸承的載荷能力將會(huì)得到不同程度的提高。（2）溫度的影響 一般軸承所能承受的工作溫度可達(dá)120ºC（外圈測(cè)量溫度為100ºC）。對(duì)于超過此限定溫度的工作條件，應(yīng)采用經(jīng)過特殊（穩(wěn)定）熱處理或特殊（耐熱）材料制造的軸承。軸承若經(jīng)常在120ºC 以上的溫度中使用，或者在很短時(shí)間的極高溫度下使用時(shí)，都會(huì)使軸承材料的組織發(fā)生變化，導(dǎo)致軸承載荷能力的降低。其影響關(guān)系可用下式表示式中CT 經(jīng)過

12、溫度修正的基本額定載荷（N）；gT溫度因數(shù),gT因數(shù)可參考表1-39的取值。（3）硬度的影響 軸承零件的表面硬度一般為6165HRC。但在某些應(yīng)用場(chǎng)合，其實(shí)際硬度低于規(guī)定范圍。例如，經(jīng)過高溫回火處理的高溫軸承，直接利用軸頸和軸承箱孔作為滾道的某些滾針軸承等。軸承材料表面硬度的降低，特別是降至58HRC以下時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致軸承載荷能力的相應(yīng)降低。其影響關(guān)系，通常可用下列經(jīng)驗(yàn)公式表示式中CH經(jīng)過材料硬度修正的基本額定動(dòng)載荷（N）；gT 硬度因數(shù)。2.4修正額定壽命  使用基本額定壽命L10作為選擇與評(píng)定軸承壽命的一般準(zhǔn)則通常是令人滿意的。這個(gè)壽命與90% 可靠度，當(dāng)前常用材料和加工

13、質(zhì)量以及常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件相關(guān)。然而，許多使用場(chǎng)合卻要求對(duì)各種不同的可靠度和特殊的軸承性能以及運(yùn)轉(zhuǎn)條件不屬于正常情況的壽命進(jìn)行計(jì)算，這時(shí)，可采用以下修正基本額定壽命計(jì)算公式式中Lna 特殊的軸承性能和運(yùn)轉(zhuǎn)條件，可靠度為（100-n） 的修正額定壽命（百萬(wàn)轉(zhuǎn)）；a1 可靠性壽命修正因數(shù)；a2特殊的軸承性能壽命修正因數(shù)；a3 運(yùn)轉(zhuǎn)條件的壽命修正因數(shù)； （1）可靠性壽命修正因數(shù)a1一般情況下是以90% 的可靠度來評(píng)定軸承的疲勞壽命，這時(shí)a1=1；但在一些場(chǎng)合，要求可靠度高于90%，a1因數(shù)可按表1-40選取。（2）特殊的軸承性能壽命修正因數(shù)a2 采用特殊種類與質(zhì)量的材料和特殊

14、的制造工藝以及專門的設(shè)計(jì)來達(dá)到特殊的壽命特性要求時(shí)，用a2因數(shù)來反映壽命值的變化。根據(jù)目前的技術(shù)狀況，尚不能對(duì)a2值與定量表示的材料特性或滾道幾何形狀之間的關(guān)系作出規(guī)定，但選取a2 值時(shí)，可從下列幾個(gè)方面選取經(jīng)驗(yàn)值。采用夾雜物含量非常低或經(jīng)過特別分析處理的鋼材，可取a21。若采用特殊的熱處理造成材料硬度降低而導(dǎo)致軸承壽命下降，應(yīng)選取相應(yīng)減小的a2值。選取a2值時(shí)，還應(yīng)考慮是否涉及滾動(dòng)體與滾道之間接觸應(yīng)力均勻性提高或降低的特殊設(shè)計(jì)。如采用特殊的材料，工藝或設(shè)計(jì)，而潤(rùn)滑卻不良時(shí)，a2通常不能取大于1的值。（3）運(yùn)轉(zhuǎn)條件的壽命修正因數(shù)a3 運(yùn)轉(zhuǎn)條件包括潤(rùn)滑充分與否（在工作速度和溫度下），外

15、來有害物質(zhì)存在與否，以及引起材料性能改變的條件（例如高溫造成硬度降低）。正常的運(yùn)轉(zhuǎn)條件，即軸承安裝正確，潤(rùn)滑充分，防止外界物質(zhì)侵入的措施得當(dāng)，且沒有引起材料性能改變的高溫，滾動(dòng)接觸表面之間為潤(rùn)滑油膜隔開時(shí)，可取a3 =1。潤(rùn)滑條件十分理想，足以在軸承滾動(dòng)接觸表面形成彈性流體動(dòng)壓油膜，而大大降低表面失效引起的疲勞破壞概率時(shí)，可取a3 >1。潤(rùn)滑不良，工作溫度下潤(rùn)滑劑的運(yùn)動(dòng)粘度對(duì)球軸承小于13mm2/s。對(duì)于滾子軸承小于20mm2/s，或轉(zhuǎn)速特別低(n·DPW<10000,n為每分鐘轉(zhuǎn)速，DPW為軸承滾動(dòng)體組節(jié)圓直徑）時(shí)，應(yīng)取a3<1。3根據(jù)額定靜載荷選擇軸承尺寸在下列

16、工況下，為保證軸承良好地工作，應(yīng)根據(jù)軸承的額定靜載荷C0選擇軸承尺寸。軸承在靜止或緩慢旋轉(zhuǎn)（轉(zhuǎn)速10r/min)時(shí)，承受連續(xù)載荷或間歇（沖擊）載荷。軸承在載荷作用下緩慢擺動(dòng)。正常工作載荷下的軸承，旋轉(zhuǎn)過程中承受間斷的較大的沖擊載荷。3.1軸承的當(dāng)量靜載荷軸承的徑向當(dāng)量靜載荷是指在最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處，引起與實(shí)際載荷條件相當(dāng)接觸應(yīng)力的徑向靜載荷。軸向當(dāng)量靜載荷指在最大載荷滾動(dòng)體與滾道接觸中心處，引起與實(shí)際載荷條件相當(dāng)接觸應(yīng)力的中心軸向靜載荷。3.2軸承所需額定靜載荷的確定按額定靜載荷選擇軸承，其基本公式為C0 = S0P0式中C0 額定靜載荷（N）；P0 當(dāng)量靜載荷（N）；S0 安全因

17、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(shí)，將導(dǎo)致軸承靜載荷能力的下降。材料硬度對(duì)軸承額定靜載荷的影響，一般可參考下式計(jì)算式中COH經(jīng)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(guān)的因數(shù)；見表1-41；HV維氏硬度值。3.3當(dāng)量靜載荷計(jì)算方法（1）向心軸承的徑向當(dāng)量靜載荷按下列公式計(jì)算=0º且僅承受徑向載荷的向心滾子軸承：Por = Fr向心球軸承和0º  的向心滾子軸承：Por=X0Fr+Y0Fa或Por=Fr（取兩式計(jì)算的較大值）式中X0靜徑向載荷系數(shù)；Y0 靜軸向載荷系數(shù)；各類軸承X0，Y0的數(shù)值，請(qǐng)參看各類軸承尺寸和性能表。（2）推力軸承的軸向當(dāng)量靜載荷按下列公式計(jì)算=90º的推力軸承：Poa = Fa90º 的推力軸承：Poa = 2.3Frtg+ Fa 3.4安全因數(shù)的選取 (1) 靜止軸承 靜止軸承以及緩慢擺動(dòng)或轉(zhuǎn)速