滚动轴承寿命性能试验技术现状及发展

•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
2. 载 荷 容 量 理 论 ： 1947 年 ， Palmgren 和 Lundberg一起提出了滚动轴承的载荷容量理论。 该理论认为接触表面下平行于滚动方向的最大交 变剪切应力决定着疲劳裂纹的发生，考虑到材料 冶炼质量对寿命的影响，同时指出：应力循环次 数越多、受力体积越大，则材料的疲劳破坏概率 就越大，提出了统计处理接触疲劳问题的指数方 程：
驱动电机
径向 轴向
功率（kW） 转速（r/min）
ZS15—30
15～30 35～62
ZS30— 60
30～60
62～110
ZS60—120
60～120 110～215
25
70
200
15
25
100
20～70℃，不得超过90℃
3200~16000
1000~5 000
775~3860
7.35
24.5
98
•材料表面的疲劳剥离机理 •－由润2 滑与污染引起的材料表面剥离－
•大颗粒在 滚动表面直 接产生压痕
•压痕处应力集中，裂纹由表面生成， 向材料的表层扩展，并与材料表层的 薄弱处（偏析、非金属夹杂）相连
•小颗粒在滚动 表面破坏润滑 油膜的连续性
•NSK
•太大颗粒沉淀在 •底部，如沉淀在 •滚动表面，直接
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
HBRC理念
HBRC ：Research , development and
production through innovation
创新研究、开发及生产的综合能力
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
HBRC理念
HBRC ：Concentration on people 崇尚以人为本的管理
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
5. SKF通用轴承寿命计算简化式：
其中：aSKF为寿命调整系数，它包括了润滑、污染、疲劳极 限和轴承当量动载荷之间的复杂关系，它的值由污染系数ηc、 轴承疲劳极限载荷Pu、当量动载荷P和粘度系数K之间的函数 关系给出。ηc系数则考虑了润滑剂的污染及其对轴承寿命的 影响。目前这一理论仅在SKF内部使用。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
7.其他：20世纪70年代初，Chiu P和Tallian T E提出了考虑表面的裂纹生成方 式的接触疲劳工程模型，该模型可以解释一些L-P模型难以解释的问题，例如表 面粗糙度、弹流油膜厚度、切向摩擦牵引力以及润滑介质存在污染物等情况对接 触疲劳的影响。20世纪80年代，Ioannides E和Harris T A在引进了材料疲劳 极限应力和考虑应力体积内各点应力及其深度的情况下，给出了I-H模型，该模 型比L-P模型考虑的更加细致和接近实际情况。但Zaretsky E V认为该模型高估 了轴承的寿命。Zaretsky E V提出的基于Weibull模型基础上的修正模型、 Cheng W Q和Cheng H S提出的用疲劳裂纹产生的时间来表示轴承寿命的C-C 模型、Tallian T E提出的T模型、Yu W K和Harris T A提出的Y-H模型都从不同 的角度提出了对寿命的预测方法。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
杭轴研简介
（续）2002年根据政府要求在中国质
量检验机构中率先成功改制为科技民营股份制
企业。2003年3月经中国实验室国家认可委员
会(CNAL)和中国机械工业联合会(CMIF)评审，
成为中国轴承行业首家通过ISO/IEC 17025的
科技民营国家级检测实验室，且具有独立法人
降低了试验成本，从而加快了产品的开发周期和改进步伐，因此
轴承寿命强化试验受到越来越多的关注、研究和应用。轴承快速
寿命试验包含了比轴承寿命强化试验更为广泛的内涵，它不仅在
寿命试验方面，而且在寿命试验的设计，寿命数据的处理、分析，
寿命的预测评估，轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术
方面具有更新更广的内容。
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•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
6. ISO 281:1990修订的额定寿命计算式：
该修订公式中的修正系数axyz考虑到材料、润滑、环境、杂质颗粒、 套圈中内应力、安装和轴承载荷等因素对轴承寿命的影响。目前该 修正式已被我国正式引用并作为我国滚动轴承行业产品寿命的推荐 性文件。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
1.Weibull分布：1939年，Weibull提出的认为疲劳
裂纹产生于滚动表面下最大剪切应力处，扩展到表面， 产生疲劳剥落，Weibull给出了生存概率S与表面下最大 剪切应力τ、应力循环次数N和受应力体积V的关系：
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
资历证书Ⅰ
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
资历证书Ⅱ
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
资历证书Ⅲ
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
资历证书Ⅳ
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滚动轴承
精度 性能 寿命 可靠性
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
力集中，出 现的“蝶形
•非金属夹杂 物边缘的材
料疲劳裂纹 处出现
•裂纹由材料的表层向 材料的表面扩展，最
终导致材料的剥离。
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•NSK
材•料材表层疲料劳蝶影表层的非金属夹杂 物在循环交变应力作用
下形成的“蝶形”
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材料表面疲劳剥离机理1
•静态时
•滚动体与滚道接触 处的弹性变形
•动态时
•滚动前方的材 料被拉伸
•弹性恢复 滞后产生摩
擦
•动态时 •滚动后方的 •材料被压缩
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•轴承材料材料疲表层劳疲劳剥理论离的发机展 理的发展和引深
•材料表层的疲劳剥离机理
•NSK
•材料表 层下的非
金属夹杂 物
•非金属夹杂 物边缘的应
•轴承材料疲劳剥离机理的发展和引深
•材料表面的疲劳剥离机理 •－表面1 形态缺陷引起的材料表面剥离－
•凹痕
•裂纹的起源在 材料表面的应
力集中点
•NSK
•接触应力 •应力分布
•裂纹由表面向内发 展，再由内向外形
成剥离
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
材料表面疲劳
•轴承材料疲劳剥剥离离机机理2理的发展和引深
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
3. L-P公式：该公式1962年已由ISO列为推荐 标准，并于1977年修正为正式的国际标准ISO 281/1－1977。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅱ 轴承寿命理论的 现状及发展
4. SKF通用轴承寿命计算模型:该理论引入了 局部应力和材料疲劳极限的概念，计算的出发 点是局部应力，更加符合疲劳强度的设计思路。 L-P模型仅是该理论模型的一种特殊情况。该 新寿命理论数学模型在1984年ASME/ASCE 联合润滑会议上发表。
滚动轴承寿命性能试验 技术现状及发展
2020/11/20
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
杭轴研简介
杭州轴承试验研究中心是联合国援助中国 轴承行业1980年创建的唯一的质检及研究机构， 主要从事轴承动态性能和疲劳寿命等高新技术 应用 研究以及轴承相关产品开发、检测和试验 等研究工作。拥有国际上比较先进的测试仪器 和设备，技术力量雄厚，20多年来有多项科研 成果在全国推广应用，已形成了较为完善的开 发、制造、检测和服务体系。
资格，检测试验数据能国际互认。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
HBRC理念
HBRC ：High level/quality/technology 高水准、高质量、高科技
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
HBRC理念
HBRC ：Benefit the customer forever 永远利益客户
科学准确地预测轴承疲劳寿命一直是机械工程学者关心又难以解决的难题，三参 数Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲劳损伤累积法将是滚动轴承应用中 亟待研究的课题，同时建立关于轴承疲劳机理研究、失效因素分析、材料冶炼加 工工艺、试验数据分析等的数据库也是任重道远。 滚动轴承寿命性能试验技术现状及发
Palmgren）工程师于1947年提出的理论为基础，依据是1936年的Weibull的疲劳概率理论。
•理念体现；
• 轴承的载荷能力和轴承的实际载荷的大小是确定轴承寿命的唯一因素。
•轴承产品市场的导向；
• 1) 轴承内部承载能力的开发－轴承结构的优化设计；
• 2) 轴承结构改进偏向于滚动体的直径、长度和个数的增加； • 3) 以调心滚子轴承为典型的结构与保持架的开发、设计与改进；
3.43
14.7
68.6
循环润滑
2.8
2.8/2.1
4.5
2870
1420/29 50
1440
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅲ 轴承寿命快速试验机 的现状及发展
3. ZS型和F&M 5”型滚动轴承疲劳寿命试验机的性能比较：
•破坏表面形貌
•太小颗粒凝结 •和沉淀在滚动 •表面破坏润滑 •油膜的连续性
•正常颗粒悬浮在润滑 •油中，随润滑油流动
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅲ 轴承寿命快速试验机 的现状及发展
1.引言
20世纪早期，我国轴承行业一直沿用前苏联的ZS型轴承寿命试
验机进行轴承寿命试验，这种试验机的性能已明显落后于试验
承寿命试验系统技术的进步。
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
•Ⅲ 轴承寿命快速试验机 的现状及发展
2. ZS型滚动轴承疲劳寿命试验机的主要性能参数：
试验机型号
试验轴承（mm） 活塞面积（cm2）
工作温度（℃）
内径 外径 径向 轴向
试验轴承转速（r/min）
试验轴承最大载荷 （kN/套） 润滑方式
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发展需要。从美国引进的F&M 5”新型滚动轴承疲劳寿命试验机
除了价格昂贵外，还采用气动高压动力源和60Hz的电频率，不
太适合中国的国情。因此在20世纪的90年代，在吸取国外先进
试验机的基础上，杭州轴承试验研究中心研制了新一代自动控
制滚动轴承疲劳寿命强化试验机B10-60R及其改进的ABLT系列
滚动轴承疲劳寿命强化试验机，大大地推进了中国轴承行业轴
•1/3
•材料疲 劳
•滚动轴承的失效
•轴承的失效并非完 全是轴承的质量问题！
•材料的疲劳失效 • 34％
•润滑失效 • 36％
•污染失效 • 14％
•安装失效 • 16％
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
材料表层疲劳理论
•雷诺滑动
•雷 诺 滑 动 •雷诺滑动 •交变应力与雷诺滑动
• 滚动轴承工作表面并非“刚性体”，在滚动体与滚道接触处会发生弹性变形，局 部材料会发生拉伸和压缩，材料承受拉伸与压缩的交变的应力作用的同时在滚动工作 表面产生滑动摩擦。
滚动轴承寿命
精度寿命 磨损寿命 振动寿命 噪音寿命 疲劳寿命
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
滚动轴承寿命性能试验技术 现状及发展
I. 引言 II. 轴承寿命理论的现状及发展 III. 轴承寿命快速试验机的现状及发展 IV. 轴承快速寿命试验技术现状及发展 V. 轴承寿命试验数据处理及发展
滚动轴承寿命性能试验技术现状及发 展
展
•1962年国际标准化组织ISO 281标准的滚动轴承寿命的计算公式
一般寿命计算公式
•L10=[C/P]e
•式中；C—轴承额定动载荷；C=f（DW、Le、Z…）
•
P —轴承当量动载荷；
•
•理论基础；
e —寿命计算系数；滚子轴承；e＝10/3 、 球轴承；e=3
• 瑞典哥德堡查尔默斯技术大学G.论德伯格（Gustaf Lundberg）教授和SKF的A.帕尔默哥莱（Arvid
引言
滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件，其质量的好坏直接
影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映，
在中国轴承行业“十一五”发展规划中，重点要求开展提高滚动
轴承寿命和可靠性工程技术攻关。低载荷、高转速的传统轴承寿
命试验方法周期长、费用高且试验结果的可靠性差，而强化试验
则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下，大大地缩短试验时间，
•影响与成效；
• 大大提高轴承产品质量和轴承的载荷能力，优化轴承结构，完善轴承的优化设计；
•局限与不足；
• 寿命评估仅局限于对轴承的自身 ，改革仅涉及轴承制造业内滚动。轴承寿命性能试验技术现状及发
展
轴承实际失效分析的启发
•滚动轴承实际失效分析的启发
•1/3
•1/
•润滑
3
失效
•安
装污
染
•好的轴承必须有良 好的维护！