滚动轴承寿命计算方法优化方案

图2-3 推力球轴承受中心轴向载荷._a

1.基本概念

（1）寿命 寿命是指轴承中任一元件出现疲劳剥落扩展迹象前运转的总转数或一定转速下的工作小时数（两个套圈间的相对转数或相对转过的小时数）。

（2）基本额定寿命 一组同一型号轴承在相同条件下运转，其可靠度为90%时，能达到或超过的寿命称为基本额定寿命。其单位为百万转（10⁶r），用.₁₀（r）表示；或单位为小时，用._10h（h）表示。

（3）基本额定动载荷 标准中将基本额定寿命为一百万转（10⁶r）时轴承所能承受最大载荷规定为基本额定动载荷.，就是说，在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作10⁶r而不发生点蚀失效，其可靠度为90%。基本额定动载荷越大，轴承抗疲劳的承载能力相应越强。

基本额定动载荷受工作温度和材质硬度的影响，应该对其进行修正。

轴承若经常在120℃以上的温度中使用或者在很短时间的极高温度下使用时，轴承的组织会发生变化，导致轴承承载能力下降，此时要用下式对基本额定动载荷进行修正

. τ_T=._t.

式中，τ_T是经过温度修正的基本额定动载荷；._t是温度系数，其值见表2-31。

轴承零件的表面硬度一般为61～65HRC，但在某些应用场合，其实际硬度低于规定范围，尤其是低于58HRC以下时，将会导致轴承承载能力相应下降，通常可用下列经验公式对基本额定动载荷进行修正

. _H=（H/58）^3.6.

式中，._H是经过材料硬度修正的基本额定动载荷；.是硬度的HRC值。

（4）当量动载荷 滚动轴承的额定动载荷是在一定条件下确定的，向心轴承的额定动载荷是指所承受的纯径向载荷，推力轴承的额定动载荷是指所承受的纯轴向载荷。如果轴承同时承受径向和轴向载荷，必须将其实际载荷换算为和上述条件相同的载荷后，才能和额定动载荷进行比较。换算后的载荷是一种假定的载荷，称为当量动载荷。在当量动载荷作用下，轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。径向和轴向载荷分别用._r（N）和._a（N）表示，则当量动载荷.的计算公式为

P=XF_r+YF_a （2-3）

式中，.是径向系数；.是轴向系数。

如果知道滚动体的直径._W和球组或滚子组的节圆直径._PW，可由表2-23a查出X、Y值；否则，可由表2-23b查出X、Y值。参数.反映了轴向载荷对轴承承载能力的影响。

径向轴承只承受径向载荷时，其当量动载荷为

. _r=._r （2-4）

推力轴承只能承受轴向载荷，因此其当量动载荷为

. _a=._a （2-5）

当轴承承受冲击载荷时，当量动载荷为

. _d=._d. （2-6）

式中，._d是考虑冲击载荷的当量动载荷；._d是冲击载荷系数，其值见表2-27。

. _r、._a并非外力的径向力与轴向力，而是在外力作用下轴承所承受的径向支反力及轴向支反力，需经计算求得。但要注意在计算角接触球轴承（70000型及30000型）的轴向支反力._a时，必须计入由径向力引起的内部附加轴向力._S，然后综合考虑内部附加轴向力._S及其他外部轴向力的共同作用来判断哪端轴承压紧，哪端轴承放松，从而分别求出压紧端及放松端的轴承的轴向支反力._a，再代入公式计算.。(www.xing528.com)

当角接触轴承承受径向载荷._r时，产生的内部轴向力._S按表2-28计算。

计算角接触轴承轴向力的方法如下：

①判明轴上全部轴向力（包括外载荷和轴承的附加轴向力）合力的指向，确定“压紧”端轴承。

②“压紧”端轴承的轴向力等于除本身的附加轴向力外其他所有轴向力的代数和。

③另一端轴承的轴向力等于它本身的附加轴向力，具体计算方法见表2-33。

当轴承承受恒定力矩载荷时，考虑力矩载荷的当量动载荷可按._m=._m.计算，式中._m是力矩系数，力矩载荷较小时，._m=1.5，力矩载荷较大时，._m=2。

（5）额定静载荷GB/T 4662—2003，对每个型号的轴承规定了一个不许超过的静载荷界限，在该静载荷的作用下，受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力达到某一定值（对于向心球轴承为4200MPa），这个静载荷称为额定静载荷。

（6）当量静载荷 对同时承受径向力._r和轴向力._a的轴承，应按当量静载荷.₀进行分析计算。.₀亦为一假想载荷，其含义与.相似。轴承在当量静载荷作用下，受载最大的滚动体与滚道接触中心处引起的接触应力，与联合载荷引起的接触应力相同。

对于向心轴承，径向当量静载荷取式（2-7）中计算值的较大值：

式中，._0r是径向当量静载荷（N）；.₀是径向静载荷系数；.₀是轴向静载荷系数，可查表2-26；._r是轴承径向载荷，即轴承实际载荷的径向分量（N）；._a是轴承轴向载荷，即实际载荷的轴向分量（N）。

对于推力轴承，轴向当量静载荷为（取式2-8中计算值的较大值）

式中，._0a是轴向当量静载荷（N）。

2.基本额定寿命计算

根据GB/T 6391—2003，滚动轴承的基本额定寿命.₁₀按式（2-9）计算。对于径向轴承，当._r﹥._0r或._r>0.5._r时，对于推力轴承，当._a﹥0.8._a时，用户应向轴承制造厂查询，以确定该寿命公式的适用性。

式中，.是当量动载荷（向心轴承为._r，推力轴承为._a）（N）；.₁₀是基本额定寿命，常以10⁶为单位（当寿命为10⁶.时，.₁₀=1）；.是寿命指数，球轴承.=3，滚子轴承.=10.3；.是额定动载荷。

实际计算时，用h表示轴承寿命比较方便，式（2-9）可改写为

式中，.是轴承的转速（r/min）。

（100-.）.（.是失效概率，（100-.）.表示可靠度）可靠度、特殊轴承性能和特定运转条件下的修正基本额定寿命._nm的计算公式为

. _nm=.₁.₂.₃^.10 （2-11）

式中，.₁是对可靠度的寿命修正系数，其值见表2-29；.₂是对材料的寿命修正系数，一般由轴承生产厂根据试验结果及经验给出，对常规材料（高质量淬硬钢）.₂=1，其他材料可查表2-30；.₃是对运转条件的寿命修正系数，一般运转条件下.₃=1。只有当润滑条件特别优越时，可考虑取.₃﹥1；在工作温度下，当转速特别低（nD_PW﹤10000mm·r/min）时，或润滑剂的粘度对于球轴承小于13mm²/s，对于滚子轴承小于20mm²/s时，应考虑.₃﹤1。