滚动轴承的寿命

滚动轴承的寿命1，轴承的寿命在滚动轴承运转过程中，会发生故障和损坏，若预先采取有效的措施，很多损坏是可以防止的。

但即使是润滑良好，安装正确，无尘埃、水分和腐蚀介质的侵入，且载荷适中，由于轴承长期在交变接触应力作用下，滚动表面会发生疲劳剥落，这种损坏是不可避免的。

滚动轴承寿命一般是指疲劳寿命。

疲劳寿命是滚动轴承最重要的性能指标，轴承的设计和应用都需要分析计算疲劳寿命。

对给定的轴承尺寸和负荷条件追求最长的疲劳寿命是一般轴承设计的目标。

选用轴承时，根据工况确定轴承额定动载荷c，进而确立轴承的型号，再验算轴承的疲劳寿命是否满足工况要求。

除疲劳寿命外，轴承失效形式还有压痕、烧伤、断裂、裂纹、崩裂、腐蚀、锈蚀和磨损等多种，产生的原因是轴承选用不当，安装、使用、支承设计、润滑、维护保养方面不合理。

轴承寿命计算指疲劳寿命的计算。

另外本章还讲述了轴承磨损寿命的估算法。

1.1.1 疲劳寿命与额定寿命疲劳寿命是指轴承工作到滚动工作表面出现疲劳剥落为止的累计工作小时或运转的总转数，以106转计，是指单个轴承而言。

轴承的疲劳寿命，即使是同样尺寸、结构、材料、热处理、加工方法的同一批轴承，在同一条件下运转，也是非常离散的，最长与最短的寿命可能相差数十倍甚至百倍。

试验研究得出，寿命分布服从一定的统计规律，要用数理统计方法处理数据，以计算在一定损坏概率下的轴承寿命。

额定疲劳寿命，是指同一型号的一批轴承，在同一条件下运转，其中90％的轴承能够不出现疲劳剥落的运转总转数，以610转计。

或在一定旋转速度下的工作小时数，记作10L 。

1.1.2 基本额定动载荷C 和当量动载荷额定动载荷c 是指在轴承内圈旋转、外圈静止的条件下，额定寿命为100万转时轴承能够承受的载荷。

对于向心轴承是纯径向载荷，对于推力轴承是指中心轴向载荷，它是表示滚动轴承的载荷能力，是轴承的一项主要性能参数，是选择轴承的主要技术依据。

每种轴承的额定动载荷都已按GB6391－94（等同ISO281/1－1977）计算，且标明在产品样本中。

实际上，在各种机械工作条件下，轴承的工作条件与上述情况不同，需要把实际的载荷换算成假想的当量载荷，在此当量载荷的作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下相同。

1.1.3 滚动轴承的寿命计算滚动轴承额定寿命的计算方法，规定在GB/T6391－94（等同国际标准ISO281－1990）中。

1．滚动轴承疲劳寿命计算其基本公式为110(/)L P C εε=10或P/C=L式中 10L —基本额定寿命（106r ）； 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。

对于转速恒定的轴承寿命，用工作时数表示时，其计算公式为6610101010()6060h C L L L n P nε==或式中 h L —基本额定寿命（h ）； n —轴承工作转速（r/min ）。

为了简化计算，引入转速因素n f 和寿命因素h f 。

11333n f n ε⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦1500h h L f ε⎡⎤=⎢⎥⎣⎦则轴承寿命计算公式为61010()60C L n Pε=也可改写为(/)h n C f f P =或hnf C P f = 采用工作小时数表示的轴承额定寿命，与速度因素n f 和寿命因素h f 之间的关系如下：对于球轴承： 3500h h L f = (/)h n f f C P =131333n f n ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦对于滚子轴承： 10/3500h h L f = (/)h n f f C P =3101333n f n ⎡⎤⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⎣⎦2. 按额定动载荷选择轴承尺寸 根据轴承的工作转速n 和预期的使用寿命h L ，由转速因素表（表5－1）查n f 值，按轴承受的载荷（或当量动载荷），就可确定需要选用的轴承应具有的基本额定动载荷值。

h n f C P f ⎛⎫=⎪⎝⎭，或使用寿命计算图，见图5－a ，求得载荷/C P ，再由基本额定动载荷C 确定轴承尺寸。

普通轴承的工作温度不应超过120℃。

如果需要轴承在较高温度下工作，需经过特殊的热处理。

或采用耐高温材料制造轴承。

经过特殊热处理的耐高温轴承，由于零件硬度降低，疲劳寿命比常温工作时要短，且额定动载荷降低，应引入温度因数f T 。

f T 数值各公司略有差别，见表5-3。

即：T T C f C =预期的轴承使用寿命，一般应根据机械的类型、工作条件及可靠性要求，参照同类机械确定一个预期使用寿命，通常可参照机械的大修期限。

表5－4为推荐的各种机械轴承使用寿命。

使用条件使用寿命10L h 不经常使用的仪器和设备，家用机械，医疗设备300～3000短期或间断使用的机械，中断使用不致引起严重后果，如手动机械、农业机械、装配吊车、自动送料装置，建筑机械300～8000间断使用的机械，中断使用将引起严重后果，如发电机辅助设备、流水作业的传动装置、皮带运输机、车间吊车、高可靠性的机械8000～12000每天8h工作的机械，但经常不是满载荷使用，如电机、一般齿轮装置、压碎机、起重机和一般机械10000～25000每天8h工作的机械，满载荷使用，如机床、木材加工机械、工程机械、印刷机械、分离机、离心机10000～3000024h连续工作的机械，如压缩机、泵、电机、轧机齿轮装置、纺织装置、矿山卷扬机40000～5000024h连续工作的机械，中断使用将引起严重后果，如纤维机械、造纸机械、电站主要设备、给排水设备、矿用泵、矿用通风机≈100000表5－5为各种车辆轴承的基本额定寿命。

各种车辆轴承基本额定寿命10sL车辆类别及轴承10sL百万公里车辆类别及轴承10sL百万公里道路车辆轮毂轴承：小轿车轴承0.3 市郊列车、有轨电车轴承1.5商用车辆、公用车辆轴承0.6 干线客车箱轴承3铁路车辆轴箱轴承干线动力车组轴承3～4货车箱（根据UIC规格，最大轴载荷连续作用）轴承0.8 干线柴油机车及电动机车轴承3～53. 轴承额定寿命的修正计算按照额定寿命的基本计算公式，计算轴承基本额定寿命10L可以满足量大面广的一般轴承应用，它适用于常规格轴承材料（高质量淬硬钢）和正常运转条件下的可靠性为90％（10L ）的寿命。

随着科学技术的发展，许多主机对轴承提出了更高可靠性要求。

加上冶炼技术的进步，轴承材料质量的提高，使轴承寿命可以有大幅度的增加。

另在轴承使用条件方面，由于弹性流体动力润滑理论的应用，掌握了润滑状况与轴承寿命的密切关系，使轴承运转条件有别于常规的条件。

为此我国GB/T6391-94规定了非常规材料性质和运转条件下的可靠性为（100－n ）％的额定寿命的修正计算方法。

12210na L a a a L =或 12210()na h L a a a L =式中 na L ——非常规材料性质和运转条件下，可靠性为（100－n ）％的修正额定寿命（610r 或小时）。

1a —可靠性不等于90％的寿命修正系数； 2a —非常规材料性质的寿命修正系数； 3a —非常规运转条件的寿命修正因数；1）可靠性因数1a 是为了计算高于90％可靠性时轴承寿命的修正因子。

对于球轴承和滚子轴承均采用GB6391-86（等同国际标准ISO281/1-1977）规定的数值，见表5-6。

表5－6 可靠性因数可靠性（％）90 95 96 97 98 99 h L 10L 5L 4L 3L 2L 1L 1a1.00.620.530.440.330.21按na L 计算公式，不存在可靠性为100％的轴承寿命（即10a =）。

但从轴承试验寿命分布图看出，在高使用概率处，试验结果偏离韦布尔分布，偏向长寿命一侧，一般认为在可靠性大于或等于99.9％时，轴承寿命为：对于球轴承：min 100.053L L = 对于滚子轴承：min 100.055L L =则可以近似认为，可靠性为100％的轴承寿命：min 100.05L L =。

2）材料因数2a 是计算轴承钢的质量对寿命影响的修正系数。

按基本计算公式额定寿命适用于常规材料。

非常规材料特性是指由特殊冶炼方法所产生的高质量轴承钢，其化学成分、含氧量、非金属夹杂物含量、分布及其最大颗粒数量等品质对轴承寿命均有显著影响，国家标准指出，在目前技术状况下，2a 的选取值不能有准确的给定值，推荐参考值如下：对于常规轴承材料，即普通冶炼的轴承钢：21a =； 对于特殊冶炼的真空脱氧轴承钢：23a =； 对于特殊冶炼的真空重溶轴承钢：25a =；对于采用了影响轴承材料性能的特殊加工工艺，如高温回火处理，使材料硬度降低时，2a 小于1。

如果在计算轴承载荷能力时已经考虑了材料特性，则2a 就不再列入额定寿命修正系数。

3）运转条件的寿命修正因数3α。

运转条件，主要考虑运转速度和工作温度下润滑的适当程度对轴承寿命的影响，当润滑条件特别优越，足以在轴承滚动接触表面形成弹性流体动压润滑油膜时，取3α大于1。

当润滑不良，例如在工作温度下或转速特别低时（m d n 小于10000，m d 为平均直径），润滑剂的粘度对于球轴承小于213/mm s ，对于滚子轴承小于220/mm s ，（21/1mm s cSt =），则应取3α小于3。

在润滑不充分时，不能设想由改进材料质量来补偿，即是说当3α小于1时，不能取3α大于1。

润滑的效果首先由轴承滚动接触表面被油膜隔离的程度来决定。

在油膜厚度、油的粘度、清洁程度良好的情况下，因数3α取决于粘度比r K ，其定义为实际粘度v 与足够润滑所需粘度1v 的比率。

v 和1v 均为工作温度下的运动粘度。

对于矿物油，（包括润滑脂基础矿物油），在工作温度下保证足够润滑所需粘度1v 与m d n •有关，见图6－7。

实验表明，因数2α、3α不是相互独立的，瑞典SKF 公司建议合并为23α，此时修正的寿命计算公式应改写为：12310na L a a L =或123na C L a a L P ε⎛⎫= ⎪⎝⎭确定23α的值，是将所选用润滑剂的工作温度下实际粘度v 除以根据转速和轴承平均直径，由图5－1查得的粘度1v ，即可计算：1r vK v =再从图5－2中选取23α的值。

由图5－3可以看出，在1v v 小于0.4时，两种材料的系数23α完全相同，表明此时提高材料质量也不能延长轴承寿命。

图5－3阴影区是润滑剂中由于有改变润滑的添加剂，对提高轴承寿命有益，因此23α更高。

1.1.4 当量动载荷的计算1. 恒定的合成载荷 轴承的基本额定动载荷是在假想的运转条件下确定的。

其中的载荷条件为：向心轴承仅承受径向载荷，推力轴承仅承受纯轴向载荷。

实际上，轴承在大多数应用场合常常同时受径向载荷和轴向载荷。

因此，在进行轴承寿命计算时，必须把实际载荷转换为与确定额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷。