滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算系數(shù)的探討

王黎峰

中機(jī)洛陽(yáng)軸承科技有限公司

　　在滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)及應(yīng)用中，通常需要較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)其額定壽命。滾動(dòng)軸承基本額定壽命的計(jì)算方法在 GB/T 6391-2003 ／ ISO281:1990 《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命》 ［ 1 ］ 標(biāo)準(zhǔn)中有所規(guī)定，即軸承或軸承組的額定壽命為可靠度 90 ％時(shí)的壽命，它是以軸承工作表面出現(xiàn)疲勞剝落之前所完成的工作轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)計(jì)算的。

　　滾動(dòng)軸承基本額定壽命計(jì)算公式為：

L 10 ＝ (C/P) ε （× 10 6 r ） （ 1 ）

式中： L 10 ——軸承的基本額定壽命

C ——軸承的額定動(dòng)載荷， N ，（由軸承的材料和結(jié)構(gòu)決定）

P ——軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷， N ，（由軸承結(jié)構(gòu)和載荷特性決定）

ε——壽命指數(shù)，球軸承為 3 ，滾子軸承為 10 ／ 3

　　然而，對(duì)于某些應(yīng)用場(chǎng)合，或許要求計(jì)算更高可靠度下的壽命，同時(shí)，對(duì)于許多應(yīng)用場(chǎng)合，還希望更精確、更完善地考慮軸承質(zhì)量和運(yùn)轉(zhuǎn)條件對(duì)壽命的影響。隨著近代科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)，高可靠度長(zhǎng)壽命軸承的開(kāi)發(fā)以及軸承材料、制造技術(shù)的顯著改進(jìn)，使軸承質(zhì)量大幅提高。（ 1 ）式的預(yù)測(cè)精度顯得不足和不完善。 20 世紀(jì)出現(xiàn)的彈流潤(rùn)滑理論又進(jìn)一步充實(shí)軸承工程學(xué)理論基礎(chǔ)。 1977 年新的 ISO281/ Ⅰ標(biāo)準(zhǔn)中引入了三個(gè)修正參數(shù) a 1 、 a 2 、 a 3 ，即：

L na ＝ a 1 a 2 a 3 (C/P) ε （× 10 6 r ） （ 2 ）

式中： L na ——可靠度為（ 100-n ） % 時(shí)軸承的額定壽命

a 1 ——可靠度系數(shù)

a 2 ——材料系數(shù)

a 3 ——使用條件系數(shù)

可靠度系數(shù) a 1 的取值可按（ 3 ）式進(jìn)行計(jì)算［ 2 ］，也可參考 GB/T 6638-2003 中給出的值，見(jiàn)表 1 。

a 1 ＝ 4.48 ×［ ln （ 100/R ）］ 2/3 （ 3 ）

式中： R ——可靠度值， R ＝（ 100-n ）

表 1

材料系數(shù) a 2 的取值一直沒(méi)有準(zhǔn)確的給定值，文獻(xiàn)［ 3 ］推薦的參考值為：

對(duì)于常規(guī)軸承材料，即普通冶煉的軸承鋼， a 2 ＝ 1 ；

對(duì)于特殊冶煉的真空脫氧軸承鋼， a 2 ＝ 3 ；

對(duì)于特殊冶煉的真空重熔軸承鋼， a 2 ＝ 5 ；

對(duì)于采用了影響軸承材料性能的特殊加工工藝，如高溫回火處理，使材料硬度降低時(shí)， a 2 ＜ 1 。

　　由于近年來(lái)軸承冶煉技術(shù)的不斷改善，軸承的使用壽命得到了較大的提高。 a 2 的取值不僅與材質(zhì)、冶煉技術(shù)有關(guān)，還與成形方法、熱處理、制造方法有關(guān) ［ 2 ］ 。美國(guó) STLE 在大量的研究工作基礎(chǔ)上，給出了可供參考的 a 2 的推薦值，見(jiàn)表 2 。

表 2 STLE 推薦的性能系數(shù)

系數(shù) a 3 的取值與軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)條件有關(guān)。影響滾動(dòng)軸承壽命的運(yùn)轉(zhuǎn)條件有潤(rùn)滑、載荷分布和溫度，其中包括游隙、偏斜、速度、軸承座和軸的剛度、載荷類(lèi)型及熱梯度等的作用。當(dāng)潤(rùn)滑條件優(yōu)越，足以在軸承滾動(dòng)接觸表面形成彈性流體動(dòng)壓油膜時(shí)，取 a 3 ＞ 1 ；否則取 a 3 ＜ 1 。

由于材料系數(shù) a 2 和使用條件系數(shù) a 3 在軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中對(duì)使用壽命的影響，往往存在著不可分割的關(guān)系，因此可以采用綜合修正系數(shù) a 23 來(lái)反映其影響，則（ 2 ）式可寫(xiě)為：

L na ＝ a 1 a 23 (C/P) ε （× 10 6 r ） （ 4 ）

綜合修正系數(shù) a 23 的確定與所使用的潤(rùn)滑劑的粘度比κ有關(guān) ［ 4 ］ 。

κ＝ ν ／ ν 1

式中： ν ——潤(rùn)滑劑的工作粘度，可以根據(jù)軸承的工作溫度 t （℃）及所選用的潤(rùn)滑劑從圖 1 中查??；

ν 1 ——表示與速度有關(guān)的潤(rùn)滑劑的基油粘度，可以根據(jù)軸承的尺寸大小和工作速度從圖 2 中查取。

對(duì)于潤(rùn)滑脂的工作粘度則采用基油的工作粘度。

當(dāng)κ值確定以后，則可以從圖 3 中查出 a 23 的值。

圖 1 工作粘度 ν　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 圖 2 基油粘度 ν 1

圖 3 a 23 系數(shù)圖

SKF 公司的最新壽命理論 ［ 5 ］ ：

SKF 公司的最新壽命理論中引入了軸承疲勞極限 Pu 的新概念。所謂軸承疲勞極限 Pu 值，僅表示軸承所受載荷低于 Pu 值時(shí)，軸承不會(huì)產(chǎn)生疲勞損壞，可以認(rèn)為此時(shí)軸承的疲勞壽命是無(wú)限的。 Pu 值已在 SKF 公司的最新樣本中公布。 SKF 公司的最新壽命理論計(jì)算公式是：

L naa ＝ a 1 a SKF L 10 （ 5 ）

式中： L naa ——新壽命理論額定壽命計(jì)算值（ × 10 6 r ）；

L 10 —— ISO 標(biāo)準(zhǔn)軸承額定壽命計(jì)算值（ × 10 6 r ）；

a 1 ——可靠度系數(shù)，見(jiàn)表 1 ；

a SKF ——新壽命理論計(jì)算系數(shù)，各類(lèi)軸承的 a SKF 系數(shù)見(jiàn)圖 4 至圖 7 。

不同污染程度的 η c 值見(jiàn)表 3 。

表 3 不同污染程度的 η c 值

　　滾動(dòng)軸承的壽命理論及計(jì)算方法一直是軸承行業(yè)的一個(gè)研究方向。多年來(lái)，人們一直致力于提高滾動(dòng)軸承壽命的研究。對(duì)滾動(dòng)軸承壽命計(jì)算公式尤其是計(jì)算系數(shù)的探討，不僅可以較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)軸承的使用壽命，也為軸承延壽技術(shù)的研究指明了方向。當(dāng)然，對(duì)滾動(dòng)軸承疲勞壽命的計(jì)算，要做到十分精確也是非常困難的。只要掌握了影響滾動(dòng)軸承疲勞壽命的一些因素，在設(shè)計(jì)、制造及使用過(guò)程中加以注意，那么滾動(dòng)軸承的使用壽命將會(huì)顯著延長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)：

1. GB/T 6391-2003 ／ ISO281:1990 《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命》

2. 《軸承壽命預(yù)測(cè)及延壽技術(shù)專(zhuān)輯》 洛陽(yáng)軸承研究所 2003 年

3. 周建南、陳長(zhǎng)征等 《軋鋼機(jī)械滾動(dòng)軸承》 冶金工業(yè)出版社 2001 年

4. 王振華 《實(shí)用軸承手冊(cè)》（第二版）上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 1996 年

5. 《 SKF 軸承綜合型錄》