SKF軸承壽命載荷定義與計算

.資料.如需估計軸承的預(yù)期壽命，您可以使用基本額定壽命，L10，或SKF額定壽命，L10m。如果您對與潤滑和污染相關(guān)的工況有經(jīng)驗并且知道您所處的工作條件不會對軸承的壽命產(chǎn)生劇烈的影響，請使用基本額定壽命計算法；不然，SKF推薦使用SKF額定壽命。軸承壽命定義軸承壽命的定義是，在內(nèi)圈或外圈滾動體或滾道首次出現(xiàn)金屬疲勞（剝落）跡象之前，軸承以一定速度運行所能夠達到的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或（工作小時數(shù)）。

在相同的工況下，對外表看起來相同的軸承進行試驗，結(jié)果在周期數(shù)以及導(dǎo)致金屬疲勞所需時間上產(chǎn)生了巨大差異。因此，基于滾動接觸疲勞（RCF）估計的軸承壽命不夠精確，因此需要使用統(tǒng)計方法來確定軸承尺寸。

基本額定壽命，L10是基于某一足夠大數(shù)量表面上完全相同的軸承在相同的工況下運行，其中90%能夠達到或超過的疲勞壽命。

如需用此處給出的定義確定相關(guān)的軸承尺寸，請根據(jù)之前可用的尺寸標注經(jīng)驗，將計算出的額定壽命與軸承應(yīng)用的預(yù)期服務(wù)壽命進行對比。否則，請使用\o""表

1

和\o""表

2中列出的有關(guān)不同軸承應(yīng)用約定壽命的指南。

鑒于軸承疲勞壽命的統(tǒng)計分布，只要特定軸承失效概率的確定與相似條件下運行的一組軸承相關(guān)，單個軸承可觀察到的失效時間就可根據(jù)其額定壽命進行評估。

在各種應(yīng)用中，對軸承失效進行的眾多調(diào)查已確認，基于90%可靠性的設(shè)計準則和采用動態(tài)安全系數(shù)，可以設(shè)計出可避免典型疲勞失效的、堅固耐用的軸承解決方案?；绢~定壽命如果您只考慮載荷和速度，您可以使用基本額定壽命，L10。

軸承的基本額定壽命按ISO

281標準表示為

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計算器進行計算"進行計算

如果速度保持不變，最好用工作小時計算壽命值，可通過以下公式獲得

當(dāng)L10基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]L10h基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬小時]C基本額定動載荷[kN]P軸承等效動載荷[kN]n轉(zhuǎn)速[r/min]p壽命公式的指數(shù)

3表示球軸承

10/3表示滾子軸承SKF額定壽命由于現(xiàn)代軸承的質(zhì)量提高不少，在某些應(yīng)用中，軸承的實際工作壽命可能明顯偏離其計算得出的基本額定壽命。在特定應(yīng)用中，軸承的工作壽命不僅取決于載荷和軸承尺寸，還受諸多因素影響，包括潤滑、污染程度、安裝情況和其他環(huán)境條件。

ISO

281使用壽命修正系數(shù)來彌補基本額定壽命的不足。SKF壽命修正系數(shù)aSKF采用疲勞載荷限制P的相同概念u（→

疲勞載荷限制，Pu），如在ISO

281中使用的P值u列于產(chǎn)品表。與在ISO

281中一樣，如需反映出三種重要的工況，SKF壽命修正系數(shù)aSKF取潤滑條件（粘度比κ→

潤滑條件–粘度比，κ），與軸承疲勞載荷限制相關(guān)的載荷水平，以及系數(shù)ηc

對于污染水平（→

污染系數(shù)，ηc）考慮使用

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計算器進行計算"進行計算

如果速度恒定，可通過下面的方程式獲得用工作時間表示的壽命值

當(dāng)LnmSKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]LnmhSKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[工作小時]L10基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]a1壽命可靠性調(diào)整系數(shù)（\o""表3，值符合ISO281）aSKFSKF壽命修正系數(shù)C基本額定動載荷[kN]P軸承當(dāng)量動載荷[kN]n轉(zhuǎn)速[r/min]p壽命公式的指數(shù)

3表示球軸承

10/3表示滾子軸承

1)系數(shù)n表示失效概率，是所需可靠性與100%之差。

對于90%可靠性：

Lnm=SKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]

成為：

L10m=SKF額定壽命[百萬轉(zhuǎn)]

因為壽命修正系數(shù)a1與疲勞相關(guān)，與載荷水平的相關(guān)性較小，P，低于疲勞載荷限制Pu帶壽命修正系數(shù)的尺寸標注反映出極高的可靠性（例如99%），結(jié)果將選出適用于給定載荷的大型軸承。在這種情況下，必須根據(jù)軸承最小載荷要求檢查軸承載荷。最小載荷的計算方法，請參考\o""必需最小載荷。

表4

提供了除百萬轉(zhuǎn)以外的表示軸承壽命單位的常用換算系數(shù)。變化工作條件、浮動載荷下的軸承壽命計算在某些應(yīng)用-例如工業(yè)齒輪箱、汽車變速箱或風(fēng)車中-工作條件（例如載荷大小和方向、速度、溫度以及潤滑條件）是不斷變化的。在這些類型的應(yīng)用中，首先應(yīng)將載荷變化的模式或工作周期減至有限數(shù)量的、較簡單的載荷條件，才可以計算軸承壽命（\o"恒定軸承載荷P和轉(zhuǎn)數(shù)N工作段"圖

1）。

對于不斷變化的載荷，每個不同載荷水平可累計，載荷譜可簡化為恒定載荷區(qū)的矩形圖。每一個載荷段都以運行時間的百分比或分段時間來表示。重載荷和正常載荷消耗軸承壽命的速度比輕載荷快。因此在載荷圖表中，必須把峰值載荷獨立分辨出來，即使這些載荷出現(xiàn)得很少且時間相對較短。

在每一工作段內(nèi)，可以把軸承載荷和工作條件平均為具有代表性的恒定值來表示。此外，還應(yīng)根據(jù)每一工作段所需的工作小時或轉(zhuǎn)數(shù)，計算該載荷條件下的分段壽命。因此，如果N1等于載荷條件P所需的轉(zhuǎn)數(shù)1，N表示完成所有可變載荷周期的預(yù)期轉(zhuǎn)數(shù)，那么分段周期U1=N1/N由載荷條件P使用1，其擁有計算壽命L10m1在變化的工作條件下，軸承的壽命可用以下公式估算

式中L10mSKF額定壽命（90%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]L10m1,L10M2,...恒定條件1、2、…下SKF額定摩擦壽命（90%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]U1,U2,...條件1、2、…下的分段壽命周期

U1+U2+...Un=1

此計算方法特別適用于已知時間段，載荷水平和速度會變化的應(yīng)用條件。表1-不同設(shè)備類型的約定壽命參考值設(shè)備類型規(guī)范壽命工作小時家用機器、農(nóng)業(yè)機器、儀器、醫(yī)療設(shè)備300...3000短期或者間歇工作的機器:電子手動工具、車間起重設(shè)備、建筑

設(shè)備和機械3000...8000短時間或間歇使用但運行可靠性要求較高的機械：用于包裝產(chǎn)品或鼓輪吊索的升降機（電梯）、

起重機等。8000...12000供每天8小時使用的機械，但并不總是全負荷運行：一般用途的齒輪驅(qū)動、工業(yè)用途的

電機、旋轉(zhuǎn)粉碎機10000...25000每天8小時滿負荷工作的機器:機床、木材機械、

重型起重機、通風(fēng)設(shè)備、輸送帶、印刷設(shè)備、分離機、

離心機20000...30000連續(xù)使用24小時的機器：軋鋼廠用齒輪箱、中型電機、壓縮機、

采礦用起重機、泵、紡織機械40000...50000風(fēng)電機械的設(shè)備，包括：主軸、擺動結(jié)構(gòu)、齒輪箱、發(fā)電機軸承30000...100000自來水廠用的機械、轉(zhuǎn)爐、電纜絞股機、遠洋輪的推進機械60000...100000大型電機、發(fā)電廠設(shè)備、礦井水泵、礦用通風(fēng)風(fēng)機、

遠洋輪的隧道軸軸承100000

...200000表2-約定壽命參考值—鐵路機車軸箱軸承車輛類型規(guī)范壽命百萬公里符合UIC規(guī)格的貨車，基于連續(xù)作用的最大軸載荷0,8車輛的轉(zhuǎn)向架：郊區(qū)列車、地鐵、輕軌和有軌電車1,5干線客運機車3干線柴油或電動車組3...4干線柴油或電力機車3...5表3-壽命修正系數(shù)a1可靠性故障

概率SKF額定壽命系數(shù)nLnma1%%百萬轉(zhuǎn)–9010L10m1955L5m0,64964L4m0,55973L3m0,47982L2m0,37991L1m0,25表4-軸承壽命單位的換算系數(shù)全擺動

=

4

γ

（=從0點到4點）基本單元轉(zhuǎn)換系數(shù)百萬轉(zhuǎn)工作小時百萬

公里

百萬

擺動

周期1)1百萬轉(zhuǎn)1工作小時1百萬公里1百萬擺動圈數(shù)1)D=車輪直徑[m]

n=轉(zhuǎn)速[r/min]

γ=擺動幅度（偏離中心位置的最大角度）,單位為度[°]1)對于小幅值（y<10°）無效。圖

1-恒定軸承載荷P和轉(zhuǎn)數(shù)N工作段軸承當(dāng)量動載荷，P\o"性能和工作條件"\o"軸承類型和配置"\o"軸承尺寸"\o"潤滑"\o"工作溫度和速度"\o"軸承配合"\o"軸承類型"\o"密封、安裝和拆卸"

在計算軸承額定壽命時，軸承基本壽命和SKF軸承壽命等式中都需要軸承當(dāng)量動載荷值。作用于軸承上的載荷根據(jù)使用外力的力學(xué)定律計算得出-例如已知或可被計算得出的動力傳輸產(chǎn)生的力、工作壓力、重力或慣性力。在現(xiàn)實條件下，作用于軸承的載荷可能不為恒定，既可以從徑向也可以從軸向作用，且兩者都受限于要求修改或簡化（在某些情況下）載荷計算公式的其他系數(shù)。計算軸承當(dāng)量動載荷用于軸承額定壽命等式中的載荷值P是指軸承當(dāng)量動載荷。軸承當(dāng)量動載荷被定義為：一個假定大小和方向不變，對徑向軸承作徑向運動，對推力軸承作軸向和中心運動的載荷。

施加該假定載荷時，會與軸承所承受的實際載荷造成一樣的影響（\o"等效動載荷"圖

1）

如果軸承承受同時作用的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa其大小和方向是固定的，軸承當(dāng)量動載荷P可從以下的通用公式得出

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計算器進行計算"進行計算

當(dāng)P軸承當(dāng)量動載荷[kN]Fr實際徑向軸承載荷[kN]Fa實際軸向軸承載荷[kN]X軸承的徑向載荷系數(shù)Y軸承的軸向載荷系數(shù)

單列徑向軸承只有在比率F超過特定的限定系數(shù)e時，a/Fr軸向負荷才會影響到當(dāng)量動負荷P。如果是雙列軸承，即使軸向載荷很輕也會影響當(dāng)量載荷且應(yīng)當(dāng)被納入考慮。

以上的通用公式也適用于能同時承受軸向與徑向載荷的球面滾子推力軸承。

某些推力軸承（如推力球軸承和圓柱與滾針推力軸承）只能承受純軸向載荷。對于這些軸承，只要載荷作用在軸承的中心，公式簡化為

P=Fa

相關(guān)產(chǎn)品章節(jié)中提供計算不同類型軸承的當(dāng)量動載荷所需的信息和數(shù)據(jù)。\o"等效動載荷"圖

1當(dāng)量平均載荷其他載荷可能會隨著時間發(fā)生變化。對于此類情況，必須計算當(dāng)量平均載荷。工作段內(nèi)的平均載荷在每一個工作段中，工作條件可與其公稱值有小許偏差。假設(shè)某工作制的工作條件，諸如轉(zhuǎn)速和載荷的方向是較為固定的，而載荷的大小只在最小值F最小和最大值F最大（\o"平均載荷"圖1），平均載荷可通過以下獲得：

圖

1-等效動載荷旋轉(zhuǎn)載荷如果，如\o"旋轉(zhuǎn)載荷"圖

2所示，軸承上的載荷由載荷F1（其大小和方向為恒定，例如轉(zhuǎn)子的重量）和旋轉(zhuǎn)恒定載荷F2（如不平衡的載荷，平均載荷可從以下獲得）構(gòu)成

Fm=fm(F1+F2)

系數(shù)f的值m于\o"旋轉(zhuǎn)載荷"圖3。圖

2-旋轉(zhuǎn)載荷圖3-旋轉(zhuǎn)載荷峰值載荷短時作用的高載荷（\o"短時峰值載荷"圖

4）可能不會影響疲勞壽命計算中所有的平均載荷。根據(jù)軸承額定靜載荷C評估該峰值載荷0，使用合適的靜載荷安全系數(shù)s0.→

基于靜載荷的尺寸選擇

圖

4-短時峰值載荷計算軸承當(dāng)量動載荷時的考量為實現(xiàn)簡化，當(dāng)計算支撐軸的軸承負荷的分力時，軸是被看成由剛性和無力矩作用的支點所支承的靜定梁。軸承、軸承座或機械結(jié)構(gòu)的彈性變形，軸撓曲導(dǎo)致在作用軸承上的力矩，全不考慮在簡化的計算中。如果您不借助于相關(guān)的計算機軟件進行軸承配置計算，就需要這些簡化。實際上，計算基本額定載荷和當(dāng)量軸承載荷的標準方法，也是根據(jù)類似的假設(shè)。

利用先進和復(fù)雜的計算程序（→

SKFSimProQuick和SKFSimProExpert），可以不用上述的假設(shè)，而根據(jù)彈性力學(xué)理論來計算軸承的載荷。在這些計算程序中，軸承、軸以及軸承座都是被考慮為系統(tǒng)中具彈性的部分。

如果由軸及其部件的重量導(dǎo)致的外力和載荷（諸如慣性力或載荷）未知，通?？梢杂嬎愕贸?。然而，在確定工作力和載荷（諸如碾壓力、力矩、非平衡載荷以及沖擊載荷）時，通常要依靠類似機器或軸承配置的經(jīng)驗才能確定。齒輪傳動對于齒輪傳動，齒輪在理論上產(chǎn)生的作用力可以根據(jù)傳輸功率以及齒輪的類型算出。但也有其它動態(tài)力由齒輪、輸入軸與輸出軸產(chǎn)生。此外，齒輪的間距或形狀誤差和旋轉(zhuǎn)部件的不平衡也會造成附加的動態(tài)力。專為高精度生產(chǎn)的齒輪具有可被忽視的附加作用力。對于精度較低的齒輪，請使用以下齒輪載荷系數(shù)：間距或形狀誤差

<

0.02mm：1,05至1,1間距或形狀誤差在0.02至0.1mm之間：1,1至1,3應(yīng)用齒輪傳動的機器，只有在工作條件、傳動系統(tǒng)慣性以及聯(lián)軸器或其他接頭行為已知的情況下，才能確定根據(jù)其運行形式和模式所產(chǎn)生的附加作用力。通過采用將系統(tǒng)動態(tài)作用納入考慮的“運行”系數(shù)，其對軸承額定壽命的影響被包括。皮帶傳動在皮帶驅(qū)動型應(yīng)用中計算軸承載荷時，必須考慮“皮帶拉力”。皮帶拉力是一種切向載荷，其取決于傳遞的力矩。皮帶拉力必須乘以一個系數(shù)，該系數(shù)的值取決于皮帶類型、皮帶張力以及任何額外的動態(tài)力。皮帶制造商通常會公布該值。但是，若無法得到相關(guān)的系數(shù)，可用以下：齒形皮帶=1.1至1.3V型皮帶=1.2至2.5平皮帶=1.5至4.5更大的值適用于:軸間距離較短用于重載或峰值載荷類型的操作皮帶張力較高

所需最小載荷在軸承尺寸由系數(shù)而不是載荷決定的應(yīng)用中-例如軸徑受限于關(guān)鍵速度-軸承相對于其尺寸和承載能力來說可能處于輕載狀態(tài)。在承受極輕載荷的情況下，如滾道打滑和粘污或保持架損壞等失效機制通常是主導(dǎo)原因，而不是疲勞。為使軸承獲得良好運行，滾動軸承必須始終承受一定的最小載荷。根據(jù)一般法則，球軸承的最小載荷為0.01C，滾子軸承的最小載荷相當(dāng)于0.02C。更精確的最小載荷要求，請參見產(chǎn)品章節(jié)。如果在某應(yīng)用中，需要快速加速、或快速啟動與停止，且轉(zhuǎn)速超過產(chǎn)品表中所列極限速度的50%，增加最小載荷就更為重要（→

速度限值）。如果無法滿足最小載荷的要求，可以做出的改進為：使用帶更小尺寸系列的軸承?？紤]特殊潤滑或跑合過程?？紤]永不磨損軸承?？紤]施加\o""預(yù)載荷。存在以下條件中的任何一種，應(yīng)根據(jù)其可承受的靜載荷選擇或檢驗軸承尺寸，同時將永久變形可能產(chǎn)生的影響納入考慮：軸承未處于旋轉(zhuǎn)并承受連續(xù)的高載荷或間歇性的峰值載荷。軸承在載荷作用下緩慢地擺動。軸承是轉(zhuǎn)動的，但除了需要承受正常的疲勞壽命標明的工作載荷外，還要承受瞬時的高峰載荷。軸承在載荷作用下以低速旋轉(zhuǎn)（n

<

10

r/min）且要求只有一個限定壽命。在這種情況下，對于給定的當(dāng)量載荷P，額定壽命公式將給出很低的所需基本額定動載荷

C，因此以疲勞壽命為基礎(chǔ)選出的軸承將在工作中嚴重過載。在如此條件下，所造成的變形可能包括滾動體上的變平區(qū)域或滾道中的凹陷。滾道上凹陷的分布可能不規(guī)則，或與滾動體的位置相對應(yīng)地均勻分布。靜止或緩慢擺動的軸承所支撐的載荷若足以導(dǎo)致永久變形，則其將在持續(xù)旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生高水平的振動和摩擦。另外，也可能會導(dǎo)致游隙的增加或影響到軸承座和軸的配合特性。額定靜載荷基本額定靜載荷C0在ISO

76中被定義為會在大部分重載滾動體/滾道的接觸中心位置導(dǎo)致一定接觸壓力的載荷。接觸應(yīng)力值為：

自調(diào)心球軸承為4

600MPa所有其它球軸承為4

200MPa所有滾子軸承為4

000MPa。在這一應(yīng)力下會造成滾動體和滾道的永久變形，約為滾動體直徑的0.0001。對于徑向軸承而言，載荷為純徑向載荷，對于推力軸承而言，載荷為作用于中心的軸向載荷。當(dāng)量靜載荷由徑向和軸向部件組成的載荷將相對于額定靜載荷C進行評估0，必須轉(zhuǎn)化為軸承當(dāng)量靜載荷。當(dāng)量靜載荷是指作用在軸承上的假設(shè)載荷（徑向作用于徑向軸承上，或軸向作用于推力軸承上），它會造成與實際載荷有