滚动轴承寿命校核

2.2 磨损失效 磨损是滚动轴承失效的另一常见形式，是轴承 滚道 、滚动体、保持架 、座孔或轴颈由于机械原 因而引起的表面磨损．磨损造成轴承游隙增大、表 面粗糙度增加 ，轴承运转精度降低、振动和噪声
增大．磨粒 (尘埃、异物
的侵入)及润滑不良造成
磨损的根本原因．
2.3 腐蚀失效 润滑油 、水份或湿气产生的化学腐蚀 ，电 流通过引起电火花而产生的电腐蚀及轴承内外圈 与座孔或轴颈存在微小相对运动形成微振腐蚀是 滚动轴承腐蚀失效的三种表现形式．表面腐蚀导 致高精度轴承精度丧失而失去其功能.
即低于预期寿命。
例1 设根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承，如下 图（a）所示，一直轴上齿轮受切向力Fte=2200N，径向力Fre=900N， 轴向力Fae=400N，齿轮分度圆直径d=314mm，齿轮转速n=520r/min， ’ 运转中有中等冲击载荷，轴承预期寿命 L h 15000 h，设初选两个 轴承型号均为7207C，试验算轴承是否达到预期寿命的要求。
径向接触轴承的 C 是纯径向载荷，用 Cr表示。
向心角接触轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。 轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用 Ca表示。
3、4 基本额定静载荷
轴承的正常失效形式是点蚀破坏，但是， 对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承,或 者慢慢的摆动 以及转速极低的轴承，塑性变形 才是轴承的失效形式。 国标规定，使受载最大滚动体和滚道接触中 心处引起的接触应力达到一定值的载荷，作为轴 承静强度的界限，这被称为轴承的基本额定静载 荷，用Co(Cor或Coa)表示。
Fa 2700 0.49 Fr 5500
查表知深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时
Fa e Fr
2. 初步计算当量动载荷P
Baidu Nhomakorabea
P fp XFr YFa
查载荷系数表知，fp=1.0~1.2,取fp=1.2 查表知，X=0.56，Y值需在已知型号和基本额定静载荷Co后才
能求出。先暂选一近似中间值，取Y=1.5，则
P为当量动载荷（N）。
ε 为寿命指数，对于球轴承 ε ＝3；对于滚子轴承ε ＝10/3。 实际计算中，用小时数表示比较方便。令转速为n （r/min），则
10 6 C Lh ( ) ( h) 60 n P
疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为： 式中，Lh’为轴承预期计算寿命，见下表。
Lh L
而其中的轴向载荷Fa并不完全是有外界的轴向作用力 Fae产生，而是根据整个轴上的轴向载荷（包括因径向载荷 Fr 产生的派生轴向力S）之间的平衡条件得出。 产生派生轴向力的原因：承载区内每个滚动体的反力 都是沿滚动体与套圈接触点的法线方向传递的。
轴承安装不同时，产生的派生轴向力也不同。
工作情况2
派生力的方向总是由轴承宽度中点指向轴承载荷 中心。 S的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边→窄边。 轴承所受总载荷的作用线与轴承轴心线的交点 ， 即 为轴承载荷中心（支反力的作用点）。 角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取 决于该轴承所受的径向载荷和轴承结构，按下表计算。
作用于轴线上。由力分析可知：
Fr1v
Fre
314 200 Fae 900 200 400 2 2 N 225 .38N 200 300 520
d
Fr2v Fre Fr 1v 900 N 225 .38N
Fr 1H 200 200 Fte 2200 N 846 .15N 200 320 520
P f p Fr
P f p Fa
4.3 角接触球轴承与圆锥滚子轴承的和径向载荷Fr轴向 载荷Fa的计算 角接触球轴承与圆锥滚子轴承在承受径向载荷时，要 产生派生的轴向力，为了保证这类轴承的正常工作，通常 是成对使用的。下图表示了 两种不同的安装方式。 在按公式计算各轴承的当量动载荷P时，其中的径 向载荷Fr是由外界作用到轴上的径向力Fre在各轴承上产 生的径向载荷。
衡位置，所以被压紧的轴承Ⅱ所受的总轴向力 Fa 2必须与
S1＋Fae 相平衡，即
S 1 Fae F
a2
Fae
Fae Fae
而被放松的轴承Ⅰ只受其本身派生的轴向力S1， 即
Fa1 S1
如果S1＋Fae ＜ S2，则轴有左移的趋势，此时轴承Ⅰ被 “压紧”，轴承Ⅱ被“放松”。 同前理，根据力的平衡关系，作用在轴承Ⅰ、Ⅱ上的
' h
常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。
滚动轴承的寿命计算2
4.2 滚动轴承的当量动载荷 当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的假想载荷，
它与基本额定动载荷 C 的确定条件及性质相同，用 P表示。 当量动载荷
P XFr YFa
式中：Fr 、Fa — 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；
X 、Y — 分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数 ； 对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、 螺旋轴承 ：
P Fr
对只能承受纯轴向载荷的推力轴承 ：
P Fa
根据机器的实际工作情况，引入载荷系数f p ，用于计入
冲击、振动对载荷的影响。
P f p ( XFr YFa )
滚 动 轴 承 校 核
1、滚动轴承的基本结构
保持架
外圈
内圈
滚动体 保 持 架
球
圆柱滚子 滚针 圆锥滚子 鼓形滚子
滚子
除滚动体外，其它元件可有可无
2、滚动轴承的失效形式
运转中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不 良、水分外， 即使在安装、润滑和使用维护都正常的情况下，经过一段时间 的运转 ，轴承也会出现疲劳剥落和磨损．滚动轴承虽然结构简
F 2700 0.07105 Co 38000
在表中介于0.07~0.13之间，对应的e值为0.27~0.31，Y值 为1.6~1.4。
b. 用线性插值法求Y值。
Y
1.6 1.4 0.13 0.07105 1.597 1.4
0.13 0.07
X=0.56， Y=1.597
轴向力分别为
Fa1 S 2 Fae
Fae
Fa 2 S 2
Fae Fae
综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力
的方法可归结为：
（1）根据轴承的安装方式及轴承类型，确定轴承派生轴向 力S1、S2的方向及大小； （2）确定作用于轴上的轴向外载荷的合力Fae的方向及大小； （3）判明轴上全部轴向载荷的合力指向，再根据轴承的安
Fr 2H Fte - Fr1H 2200 N 846 .15 1353 .85N
Fr1 Fr2
Fr21v Fr21H
225 .38 2 846 .15 2 N 875 .65N 674 .62 2 1353 .85 2 N 1512 .62N
Fr22v Fr22H
4、滚动轴承寿命的计算公式
4.1 轴承的载荷-寿命曲线
如右图所示曲线是在
大量试验研究基础上得出 的代号为6208轴承的载荷寿命曲线。其它型号的轴 承也有与上述曲线的函数
规律完全一样的载荷-寿命
曲线。
轴承的载荷-寿命曲线
该曲线公式表示为： L10
C 6 ( ) (10 转) P
式中，L10的单位为106r。
§13-4
滚动轴承的寿命计算
一成对安装的向心接触轴承，FR及Fae分别为作用在 轴上的径向载荷及轴向载荷。两轴承受的径向载荷分别 为Fr1及Fr2，相应的派生轴向力为S1及S2。
Fae
Fae
对上图进行分析： 如果S1＋Fae ＞ S2，则轴有右移的趋势，此时轴承Ⅱ被 “压紧”，轴承Ⅰ被“放松”。但实际上轴必须处于平
轴承的寿命不能以同一批试验轴承中的最长寿命或最短寿
命作为标准。前者过于不安全，而后者有过于保守。
3、2
轴承的基本额定寿命
现在规定：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，
将其可靠度为90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中 10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前 的转数（以106转为单位）或小时数 作为轴承的寿命，并把这个寿命
2.4 断裂失效
滚动轴承零件材料有缺陷和热处理不良，运
行中过载、转速过高、润滑不良或装配不善造成
过大的热应力等可能引起轴承零件轴承出现裂纹
或断裂、加速其劣化．
2.5 胶合失效 润滑不 良、高速重载下工作的滚动轴承，由于 摩擦生热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的 温度，使一个表 面上的金属粘附到另一个表面上 ， 接触表面出现压痕，产生剥落区。
单 ，但失效形式却表现出多样 性，主要的失效形式有疲劳失
效（点蚀）、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效、胶合失效和塑 性变形六种。
2.1 疲劳失效（点蚀）
点蚀
疲劳失效是滚动轴承失效的
主要形式，常表现为滚动体或内
外圈滚道表面脱落或蜕皮。
初期是在接触表面形成不规则的凹坑 ，而后逐 渐延伸成片，冲击载荷造成振动和噪声的加剧．交 变的疲劳应力是造成疲劳剥落的主要原因，有时也 与润滑不 良或强迫安装有关。 而通常所说的轴承寿命即是指轴承的疲劳寿命。
解
查滚动轴承机械设计手册可知角接触轴承7207C的基
本额定动载荷C=30500N，基本额定静载荷Co=20000N。
1. 求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图b）和水平 面（图c）两个平面力系。其中图c中的Fte为通过另加转矩 而平移到指向轴线；图a中的Fae亦应通过另加转矩而平移到
轴承的寿命/（106r）
20
叫做基本额定寿命，以L10表示。
完好 90％ 10％
10 5 1 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
未失效轴承数量／%
对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为90%，即R=90%。
3、3滚动轴承的基本额定动载荷
基本额定动载荷C：轴承的基本额定寿命为106 转时， 轴承所能承受的最大动载荷。
装方式找出被“压紧”和“放松”的轴承；
（4）被“压紧”轴承的轴向载荷等于除本身派生轴向载荷 以外的其他外加轴向载荷的代数和； （5）被“放松”轴承的轴向载荷等于轴承自身的派生轴向 载荷。
5、应用
例 设某支撑根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载 荷Fr=5500N，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速n=1250r/min,装轴 承处的轴颈直径可在50~60mm范围内选择，运转时有轻微冲击， 预期计算寿命Lh’=5000h。试选择其轴承型号。 解 1. 求比值
2.6 塑性变形
过大的冲击载荷或静载荷、硬度很高的异物
侵入会造成滚动轴承零件局部的永久变形 ，从
而在运转过程中产生剧烈的振动和噪声 ，压痕
引起的冲击载荷也会进一步引起附近表面的剥落.
3、重要的名词
3.1 轴承的寿命
在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小
时数，称为轴承寿命。 由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的 材料、同样尺寸以及通用一批生产出来的轴承，在完全相同的 条件下工作，他们的寿命也会极不相同。
2. 求两轴承的轴向力Fa1和Fa2 对于7000C型轴承，按下表1查，轴承派生轴向力Fd=eFr，其 中e是表2中的判断系数，其值由Fa/Co的大小来确定，但现在轴 向力Fa未知，故先初取e=0.4，因此可估算：
Fd 1 0.4Fr 1 350 .26N
Fd 2 0.4Fr 2 605 .05N Fa1 Fae Fd 2 400 N 605 .05N 1005 .05N Fa 2 Fd 2 605 .05N
故
c. 求当量动载荷P。
P 1.2 0.56 5500 1.597 2700 N 8870 .28 N
d. 验算6310轴承的寿命。

3
Lh
10 60n
6
C P
10 60 1250
6
61800 8870 .28 h 4509 .12h 5000 h
P 1.2 0.56 5500 1.5 2700 N 8556 N
3. 求轴承应有的基本额定动载荷
60nL' h C P 8556 6 10
3
60 1250 5000 N 61699N 6 10
4. 按照机械设计手册选择C=61800N的6310轴承 此轴承的基本额定静载荷Co=3800N。验算如下： a. 求相对轴向载荷对应的e值与Y值。相对轴向载荷为