滚动轴承疲劳寿命校核计算方法优化

1.基本额定寿命和基本额定动载荷

所谓轴承寿命，是指轴承点蚀破坏之前，轴承的转数或相应的运转小时数。

滚动轴承的承载能力计算主要是指轴承的寿命计算。

若对同一批轴承（结构、尺寸、材料及加工工艺完全相同），在相同的工作条件下进行寿命实验，则每个滚动轴承的疲劳寿命会相差很大。但总有一个寿命，是其中90%的轴承都能达到的，工程上把这个寿命称为轴承的基本额定寿命。

基本额定寿命即指90%的轴承在发生点蚀破坏前所能运转的总转数（以106转为单位）。

对每一个具体的轴承，它在基本额定寿命期内能正常工作的概率是90%。所以也可以说，基本额定寿命是具有90%可靠度的轴承寿命。

轴承的寿命值与所受载荷的大小密切相关。在工程实际中，通常以轴承的基本额定动载荷来衡量轴承的承载能力。

轴承的基本额定动载荷是指使轴承的基本额定寿命恰好为106转时，轴承所能承受的载荷值。

基本额定动载荷是通过实验得出来的。其对应的实验载荷条件为：对于向心轴承或向心推力轴承，是指内圈旋转、外圈静止时的纯径向载荷，称为径向基本额定动载荷，用Cr表示；对于推力轴承，是指过轴承中心的纯轴向载荷，称为轴向基本额定动载荷，用Ca表示。

不同型号的轴承有不同的基本额定动载荷值，它表征了不同型号轴承承载能力的大小，其值可在滚动轴承手册中查得。

2.滚动轴承的当量动载荷P

轴承在基本额定动载荷下所具有的基本额定寿命为106转，轴承在实际载荷下所具有的实际基本额定寿命是多少呢？显然，二者的寿命换算比较必须在相同的载荷条件下进行。为此必须将轴承的实际载荷换算成与基本额定动载荷试验条件相同的载荷。

换算后的载荷称为当量动载荷，是一个假想载荷，用P表示。当量动载荷P的计算公式是：

式中，fp为载荷修正系数，其值见表11－9；Fr为轴承所受的径向载荷，N；Fa为轴承所受的轴向载荷，N；X为径向载荷系数；Y为轴向载荷系数，其值见表11－10。

表11－9　载荷系数修正

表11－10　径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y

注：（1）Cor是轴承基本额定静载荷，α是接触角。
（2）表中括号内的系数Y和e的详值应查轴承手册，对不同型号的轴承有不同的值。(www.xing528.com)

3.滚动轴承疲劳寿命计算

根据对滚动轴承寿命实验数据的拟合处理，可得滚动轴承的寿命计算公式为

式中，Lh为滚动轴承基本额定寿命，h；C为滚动轴承的基本额定动载荷，N；P为滚动轴承的当量动载荷，P＝fp（XFr＋YFa），N；Fr、Fa分别是滚动轴承的径向载荷和轴向载荷，N；n为滚动轴承的工作转速，r/min；ε为计算指数，对于球轴承，ε＝3，对于滚子轴承，ε＝10/3；ft为温度修正系数，其值见表11－11。

表11－11　温度修正系数ft

表11－12　向心推力轴承的派生轴向力

注：Y是对应表11－10中Fa/Fr＞e的Y值，e值查表11－10。

由于向心推力轴承会产生附加的内部轴向力，所以应该成对使用，由此产生两种不同的安装方式：其一为正装，又称“面对面”安装（图11－4（a））；其二为反装，又称“背靠背”安装（图 11－4（b））。

图11－4　向心推力轴承载荷的分布

为了分析的方便，经常将轴承的正装或反装绘成简化示意图，如图11－5（a）、（b）为角接触球轴承的简化示意图，图11－5（c）、（d）为圆锥滚子轴承的简化示意图。

图11－5　各类轴承安装方式简化示意图

现以“面对面”安装方式为例，说明其轴向载荷的计算。

如图11－4（a）所示，Fae为外加轴向力，Fs1、Fs2为派生的内部轴向力。轴和轴承内圈一般采用紧配合，故可视为一体，轴承外圈与机架为一体。

假设Fs2＋Fae＞Fs1，则轴有左移的趋势。在轴承1处，轴与轴承内圈将滚动体向轴承外圈挤压，压紧力为Fs2＋Fae－Fs1，此时，轴承1被压紧，可称其为压紧端，压紧端的轴向力为外部压紧力与内部轴向力之和，即 Fa1＝（Fs2＋Fae－Fs1）＋Fs1＝Fs2＋Fae；而轴承2的滚动体未受到任何外部轴向压力，与轴承外圈有分离的趋势，此时，轴承2被放松，可称其为放松端，放松端的轴向力仅为其内部轴向力，即Fa2＝Fs2。

同理，假设Fs2＋Fae＜Fs1，则轴有右移的趋势。在轴承2处，轴与轴承内圈将滚动体向轴承外圈挤压，压紧力为Fs1－（Fs2＋Fae），轴承2为压紧端，其轴向力为外部压紧力与内部轴向力之和，即为 Fa2＝［Fs1－（Fs2＋Fae）］＋Fs2＝Fs1－Fae；轴承 1 是放松端。放松端的轴向力仅为其内部轴向力：Fa1＝Fs1。

综上可知，计算向心推力轴承轴向力Fa的方法可以归纳为：根据左右两个方向轴向力合力的大小，判明在合力指向下轴的移动趋势，找出“压紧”端、“放松”端；压紧端轴承的轴向力为除去本身内部轴向力后其余各轴向力的代数和；放松端轴承的轴向力仅为其本身的内部轴向力。

以上方法也适用于一对轴承“背靠背”安装的情况。