滾動(dòng)軸承壽命與可靠性試驗(yàn)方法

張 偉，湯 潔

（洛陽(yáng)軸承研究所有限公司，河南 洛陽(yáng) 471039）

滾動(dòng)軸承質(zhì)量主要包括成品及零件精度、原材料及熱處理質(zhì)量、壽命可靠性等，而軸承的壽命可靠性是軸承綜合質(zhì)量水平的體現(xiàn)，通過(guò)軸承的壽命可靠性試驗(yàn)可以反映出軸承成品及零件等的整體質(zhì)量水平。所以軸承的壽命可靠性是軸承的一個(gè)重要質(zhì)量指標(biāo)，如何進(jìn)行軸承的壽命可靠性試驗(yàn)，制定相應(yīng)的試驗(yàn)規(guī)范就顯得非常重要。

從20世紀(jì)60年代開(kāi)始，我國(guó)軸承行業(yè)就開(kāi)始進(jìn)行軸承試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)是考核軸承的設(shè)計(jì)，即產(chǎn)品定型試驗(yàn)，試驗(yàn)室隸屬于企業(yè)的設(shè)計(jì)部門(mén)。試驗(yàn)只是單純的軸承壽命試驗(yàn)，即以20套軸承為樣本做完全試驗(yàn)，其壽命均應(yīng)超過(guò)計(jì)算壽命。

1984年洛陽(yáng)軸承研究所首次制定ZQ 12—84《滾動(dòng)軸承疲勞壽命試驗(yàn)規(guī)程》；后于1993年修訂為JB／T 7049—93《滾動(dòng)軸承壽命、可靠性試驗(yàn)規(guī)程》，后標(biāo)準(zhǔn)號(hào)改為JB／T 50013—1994；又于2000年修訂為JB／T 50013—2000《滾動(dòng)軸承 壽命及可靠性試驗(yàn)規(guī)程》。

20多年來(lái)，軸承壽命及可靠性試驗(yàn)規(guī)程等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)促進(jìn)軸承壽命可靠性質(zhì)量的提高以及國(guó)內(nèi)、外用戶的產(chǎn)品驗(yàn)收起到了重要的作用，提供了可靠的軸承壽命及可靠性試驗(yàn)方法。

隨著軸承行業(yè)及用戶對(duì)軸承壽命可靠性質(zhì)量的日益重視，以及軸承試驗(yàn)設(shè)備的不斷更新及試驗(yàn)技術(shù)的提高，迫切需要重新制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)以適應(yīng)發(fā)展的需要。GB／T 24607—2009《滾動(dòng)軸承 壽命與可靠性試驗(yàn)及評(píng)定》標(biāo)準(zhǔn)就是滾動(dòng)軸承壽命與可靠性試驗(yàn)方法及其評(píng)定方法的新標(biāo)準(zhǔn)。

1 標(biāo)準(zhǔn)適用范圍

適用于一般用途的滾動(dòng)軸承（其內(nèi)徑在5～120 mm）在試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行的常規(guī)壽命與可靠性試驗(yàn)及其評(píng)定。

適用于對(duì)滾動(dòng)軸承壽命與可靠性有要求的用戶（第2方）的驗(yàn)收，也適用于軸承行業(yè)及第3方認(rèn)證機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證試驗(yàn)和軸承生產(chǎn)企業(yè)（第1方）內(nèi)部的試驗(yàn)。強(qiáng)調(diào)適用于第3方認(rèn)證機(jī)構(gòu)的驗(yàn)證試驗(yàn)、用戶（第2方）的驗(yàn)收。

2 試驗(yàn)分類

2.1 按試驗(yàn)?zāi)康姆诸?/h3>

可分為軸承鑒定試驗(yàn)、定期試驗(yàn)、驗(yàn)證試驗(yàn)等。

鑒定試驗(yàn)——軸承生產(chǎn)企業(yè)在軸承的結(jié)構(gòu)形式、原材料及加工制造工藝變更時(shí)須進(jìn)行鑒定試驗(yàn)。一般采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)較多的試驗(yàn)方法，即完全試驗(yàn)或截尾試驗(yàn)方法，這樣可得到明顯的試驗(yàn)結(jié)果，并能從試驗(yàn)結(jié)果中分析產(chǎn)品質(zhì)量情況，有針對(duì)性地加以改進(jìn)。其屬于軸承生產(chǎn)企業(yè)（第1方）內(nèi)部的試驗(yàn)。

定期試驗(yàn)——大批量生產(chǎn)的軸承，生產(chǎn)企業(yè)為了定期向軸承的用戶提供穩(wěn)定的、長(zhǎng)期的質(zhì)量水平所作的證明試驗(yàn)。一般采用完全試驗(yàn)或截尾試驗(yàn)方法。其屬于提供給用戶（第2方）的驗(yàn)收試驗(yàn)。

驗(yàn)證試驗(yàn)——對(duì)軸承質(zhì)量水平所進(jìn)行的驗(yàn)證性試驗(yàn)。一般采用試驗(yàn)數(shù)據(jù)較少的試驗(yàn)方法，即截尾試驗(yàn)或序貫試驗(yàn)方法。既可節(jié)省大量的試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，又可較快地得到試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)軸承質(zhì)量水平進(jìn)行綜合評(píng)定。其屬于軸承用戶、行業(yè)及第3方認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)軸承質(zhì)量水平所進(jìn)行的驗(yàn)證性試驗(yàn)。

2.2 按試驗(yàn)方法分類

可分為完全試驗(yàn)方法、截尾試驗(yàn)方法、序貫試驗(yàn)方法等。

完全試驗(yàn)——一組軸承樣品，在相同試驗(yàn)條件下全部試驗(yàn)至失效。

截尾試驗(yàn)——一組軸承樣品，在相同試驗(yàn)條件下部分試驗(yàn)至失效。截尾試驗(yàn)又可分為定時(shí)截尾試驗(yàn)、定數(shù)截尾試驗(yàn)和分組淘汰試驗(yàn)。

定時(shí)（數(shù)）截尾試驗(yàn)——一組軸承樣品，在相同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)至規(guī)定的時(shí)間（失效套數(shù)）停止試驗(yàn)。一般失效套數(shù)不應(yīng)少于軸承樣品容量的2／3（最少應(yīng)保證6套），以減少數(shù)據(jù)離散性，有利于數(shù)據(jù)處理。

分組淘汰試驗(yàn)——一組軸承樣品，隨機(jī)分組，在相同試驗(yàn)條件下試驗(yàn)至每組出現(xiàn)一個(gè)失效樣品，通過(guò)對(duì)失效數(shù)據(jù)評(píng)定從而得出一組軸承樣品的數(shù)據(jù)。

序貫試驗(yàn)——一組軸承樣品，在相同試驗(yàn)條件下，逐次對(duì)失效樣品進(jìn)行判定。一般失效數(shù)達(dá)到5套時(shí)即可停止試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)準(zhǔn)備

包括試驗(yàn)設(shè)備、軸承的配合、潤(rùn)滑、軸承樣品4部分。

3.1 試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)設(shè)備必須是經(jīng)過(guò)檢定合格的軸承壽命試驗(yàn)機(jī)，并應(yīng)定期檢定以保證性能穩(wěn)定。

同一批軸承樣品在同一試驗(yàn)條件下試驗(yàn)，應(yīng)在結(jié)構(gòu)性能相同的試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)一致性較好。

同一結(jié)構(gòu)形式和外形尺寸的軸承樣品的對(duì)比試驗(yàn)，也應(yīng)在結(jié)構(gòu)性能相同的試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行試驗(yàn)，其試驗(yàn)結(jié)果可比性強(qiáng)。

3.2 與軸承配合的軸和外殼孔

一般常規(guī)試驗(yàn)基本上都是內(nèi)圈承受旋轉(zhuǎn)載荷，外圈承受局部載荷，軸承內(nèi)圈與軸為過(guò)盈配合，與外殼體為間隙配合。若軸承承受徑向載荷較大時(shí)，在保證軸承工作游隙的前提下，可適當(dāng)增加內(nèi)圈與軸的配合過(guò)盈量，以防止運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中內(nèi)圈與軸之間產(chǎn)生相對(duì)滑動(dòng)，使內(nèi)徑磨損及試驗(yàn)主軸產(chǎn)生磨軸；若軸承為輕系列或壁厚較薄，軸承承受載荷較小或試驗(yàn)時(shí)間較短時(shí)，可適當(dāng)減小內(nèi)圈與軸的配合過(guò)盈量。與軸承配合的軸和外殼孔的公差帶按表1選取，其配合應(yīng)符合GB／T 275—1993《滾動(dòng)軸承與軸和外殼的配合》標(biāo)準(zhǔn)要求。

表1 與軸承配合的軸和外殼孔的公差帶

3.3 軸承的潤(rùn)滑

3.3.1 循環(huán)油潤(rùn)滑

用于循環(huán)潤(rùn)滑的潤(rùn)滑油一般采用符合石油化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SH／T 0017—1990（1998年確認(rèn)）《軸承油》的L-FC抗氧化防銹型油，牌號(hào)為32。產(chǎn)品標(biāo)記為：軸承油L-FC32（一級(jí)品）SH／T 0017。主要質(zhì)量指標(biāo)包括，黏度等級(jí)（按GB／T 3141）：32；運(yùn)動(dòng)黏度（40℃）：28.8～35.2 mm2／s；機(jī)械雜質(zhì)：無(wú)；等等。

潤(rùn)滑油一般應(yīng)選擇質(zhì)量穩(wěn)定的供應(yīng)商定點(diǎn)采購(gòu)，同時(shí)每次新購(gòu)油品均需提供檢驗(yàn)合格報(bào)告。

試驗(yàn)設(shè)備上的循環(huán)油路應(yīng)安裝專門(mén)的濾油裝置，并定期清洗油箱、油管、濾油器等，定期過(guò)濾潤(rùn)滑油，定期檢驗(yàn)油的黏度及機(jī)械雜質(zhì)，及時(shí)更換失效的潤(rùn)滑油。

循環(huán)供油量與油壓力（不小于0.25 MPa）及油箱容積有關(guān)，要保證軸承的充分潤(rùn)滑，以防止軸承因缺油而燒傷。軸承循環(huán)供油量可參考表2。

表2 軸承循環(huán)供油量

用戶指定潤(rùn)滑油或油中加添加劑的試驗(yàn)應(yīng)將油箱及油管、濾油器等徹底清洗干凈，以防混油。

3.3.2 脂潤(rùn)滑

原裝脂潤(rùn)滑（密封軸承）或軸承外涂潤(rùn)滑脂（一般外加密封裝置）時(shí)，一般要封閉油路，以防止影響潤(rùn)滑效果。

3.4 軸承樣品

試驗(yàn)軸承樣品應(yīng)在經(jīng)檢驗(yàn)合格的成品中隨機(jī)抽取，檢驗(yàn)應(yīng)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)軸承樣本容量一般取8～20套，另備5～10套備用樣品。軸承樣品應(yīng)有明確標(biāo)識(shí)，保持清晰可辨及其唯一性。

4 試驗(yàn)條件

4.1 確定軸承參數(shù)

根據(jù)軸承樣本及用戶提供的圖紙等技術(shù)資料確定試驗(yàn)軸承額定動(dòng)載荷C、極限轉(zhuǎn)速nL等參數(shù)。

4.2 軸承外圈溫度的限制

一般軸承樣品未經(jīng)特殊處理，試驗(yàn)時(shí)外圈溫度不應(yīng)超過(guò)80℃（脂潤(rùn)滑）和95℃（油潤(rùn)滑）。試驗(yàn)時(shí)測(cè)量的是軸承外徑的溫度，由于軸承內(nèi)、外圈溫差，內(nèi)圈溫度可能要高于外圈10～20℃，這樣不至于因高溫回火而使軸承和試驗(yàn)主軸產(chǎn)生燒傷現(xiàn)象。

4.3 軸承轉(zhuǎn)速

試驗(yàn)時(shí)軸承內(nèi)圈轉(zhuǎn)速一般選取軸承極限轉(zhuǎn)速的20%～60%，一般以不超過(guò)極限轉(zhuǎn)速的60%為宜?？紤]溫升情況，油潤(rùn)滑時(shí)轉(zhuǎn)速可選高些，脂潤(rùn)滑時(shí)轉(zhuǎn)速選低些，尺寸大時(shí)轉(zhuǎn)速選的偏低些；考慮載荷情況，載荷高轉(zhuǎn)速可選低些，載荷低轉(zhuǎn)速可選高些。試驗(yàn)時(shí)還可參考軸承實(shí)際工況時(shí)的轉(zhuǎn)速選取試驗(yàn)轉(zhuǎn)速。

4.4 軸承基本額定壽命

軸承額定動(dòng)載荷和額定壽命的計(jì)算應(yīng)符合GB／T 6391—2003《滾動(dòng)軸承 額定動(dòng)載荷和額定壽命（ISO 281：1990，IDT）》的規(guī)定。基本額定壽命L10按下式選?。?/p>

根據(jù)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)及軸承樣品、試驗(yàn)設(shè)備的參數(shù)，可先選定試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n、當(dāng)量動(dòng)載荷P，再得出基本額定壽命L10h；也可先選定基本額定壽命L10h、試驗(yàn)轉(zhuǎn)速n，再得出當(dāng)量動(dòng)載荷P。

4.5 軸承載荷

（1）一般選當(dāng)量動(dòng)載荷P為基本額定動(dòng)載荷C的20%～30%。當(dāng)量動(dòng)載荷?。摧d荷小），基本額定壽命長(zhǎng)；載荷太大，超過(guò)了軸承的彈性極限，接觸表面易產(chǎn)生塑性變形，改變加速試驗(yàn)的原理，而且載荷太大試驗(yàn)主軸的剛度和撓度受較大影響，易產(chǎn)生變形和斷軸。

僅承受徑向載荷Fr的試驗(yàn)，若試驗(yàn)軸系的剛度和撓度許可，P（即Fr）可適當(dāng)取大一些。

對(duì)于軸向載荷Fa（包括純軸向載荷）較大的試驗(yàn)，因?qū)υ囼?yàn)主軸的剛度和撓度影響較小，P可適當(dāng)取大一些。角接觸類軸承（角接觸球軸承、圓錐滾子軸承等）的純軸向載荷試驗(yàn)是聯(lián)合載荷的一個(gè)特例。

（2）向心軸承，一般僅承受徑向載荷Fr時(shí)，當(dāng)量動(dòng)載荷P＝Fr。

（3）推力軸承，一般僅承受軸向載荷Fa時(shí)，當(dāng)量動(dòng)載荷P＝Fa。

（4）角接觸類軸承，承受聯(lián)合載荷時(shí)，應(yīng)按下式進(jìn)行載荷分配：

式中：X，Y值可在GB／T 6391—2003和相關(guān)軸承樣本中查得。

載荷分配還應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：

式中：Mc為軸向載荷與徑向載荷之比；S為徑向載荷引起的軸承內(nèi)部軸向分力，N；對(duì)于球軸承，α為接觸角；對(duì)于圓錐滾子軸承，α為外圈滾道素線與其軸線之間的夾角。

接觸角小，軸承承受載荷以徑向載荷為主；接觸角大，軸承承受載荷以軸向載荷為主。

（2）S＝ηFr。

式中：η為比例系數(shù)，其數(shù)值見(jiàn)表3。

表3 η值

為使用方便，以上兩條件可轉(zhuǎn)化為：

5 軸承的試驗(yàn)程序

5.1 試驗(yàn)主體組裝

試驗(yàn)主體的設(shè)計(jì)、加工及組裝應(yīng)符合相關(guān)試驗(yàn)技術(shù)要求。

試驗(yàn)主體主要由試驗(yàn)主軸、載荷體、左右襯套、左右端蓋、隔離環(huán)、拆卸環(huán)、左右螺母、載荷軸承、軸向加載裝置、定位軸承等組成。

試驗(yàn)主體的設(shè)計(jì)、加工及驗(yàn)收應(yīng)符合裝配圖樣的技術(shù)要求。試驗(yàn)主體清洗組裝，軸承樣品清洗安裝。安裝受軸向載荷軸承時(shí)應(yīng)注意受載方向，安裝后軸承應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，且不應(yīng)有阻滯現(xiàn)象。

5.2 試驗(yàn)設(shè)備調(diào)試

試驗(yàn)主體與試驗(yàn)設(shè)備組裝后，檢查各系統(tǒng)應(yīng)能正常工作。

試驗(yàn)載荷誤差應(yīng)控制在±2%范圍內(nèi)。油壓加載的工作壓力表、校準(zhǔn)用的精密壓力表均需定期檢定；加載力傳感器也需定期檢定。油壓加載一般采用1.6級(jí)工作壓力表（定期用壓力表校驗(yàn)器校準(zhǔn)），每次調(diào)試用精密壓力表（0.4級(jí)）校準(zhǔn)，按校準(zhǔn)值在工作壓力表上加壓。

試驗(yàn)轉(zhuǎn)速誤差應(yīng)控制在±2%范圍內(nèi)。并用轉(zhuǎn)速表校準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速表應(yīng)定期檢定。

因?qū)υ囼?yàn)軸承的溫度控制是有要求的，故所用測(cè)溫儀器應(yīng)經(jīng)過(guò)檢定。

試驗(yàn)油路要保持暢通，無(wú)泄漏，保證軸承的充分潤(rùn)滑。

5.3 試驗(yàn)

5.3.1 試驗(yàn)設(shè)備的啟動(dòng)

5.3.1.1 油潤(rùn)滑

試驗(yàn)設(shè)備啟動(dòng)后，油潤(rùn)滑試驗(yàn)3 h內(nèi)應(yīng)將載荷緩慢加至試驗(yàn)指定值。緩慢加載的目的是使軸承充分跑合，避免加載過(guò)快而導(dǎo)致軸承燒傷。

軸承僅承受徑向載荷時(shí)，先啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，軸承充分潤(rùn)滑后，再啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，將徑向載荷加至試驗(yàn)指定值，停機(jī)時(shí)，先卸載荷，停主電動(dòng)機(jī)再停油泵電動(dòng)機(jī)。

軸承承受軸向載荷或聯(lián)合載荷時(shí)，先啟動(dòng)油泵電動(dòng)機(jī)，加少量軸向載荷（指定值的1／3～1／2），使軸承在受到徑向載荷作用時(shí)不致分離，軸承充分潤(rùn)滑后，再啟動(dòng)主電動(dòng)機(jī)，將軸向載荷加至試驗(yàn)指定值，再將徑向載荷加至試驗(yàn)指定值。停機(jī)時(shí)，按相反順序進(jìn)行，先卸徑向載荷，卸軸向載荷，停主電動(dòng)機(jī)再停油泵電動(dòng)機(jī)。

5.3.1.2 脂潤(rùn)滑

脂潤(rùn)滑試驗(yàn)先空載運(yùn)轉(zhuǎn)0.5 h，然后3 h內(nèi)逐步加載至指定值。

脂潤(rùn)滑試驗(yàn)時(shí)，因運(yùn)轉(zhuǎn)初期軸承溫升較高，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)跑合勻脂后達(dá)到平衡，所以開(kāi)始時(shí)要慢慢加載，并要密切關(guān)注軸承的溫升。

5.3.2 試驗(yàn)過(guò)程監(jiān)測(cè)

一般試驗(yàn)要連續(xù)運(yùn)行，隨時(shí)監(jiān)測(cè)、控制軸承的載荷、轉(zhuǎn)速、油壓、振動(dòng)、噪聲、溫升等參數(shù)在要求的范圍內(nèi)，并要準(zhǔn)確地詳細(xì)記錄，發(fā)現(xiàn)異常情況隨時(shí)停機(jī)。

5.4 失效的判定

滾動(dòng)軸承在工作過(guò)程中，失去使用效能，導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象，稱為失效。其中，接觸疲勞失效是滾動(dòng)軸承主要的失效形式。

一套失效軸承樣品的套圈或滾動(dòng)體工作表面基體金屬出現(xiàn)疲勞剝落，剝落深度超過(guò)0.05 mm，球軸承零件剝落面積超過(guò)0.5 mm2，滾子軸承零件剝落面積超過(guò)1.0 mm2時(shí)判定該軸承疲勞失效。

其他失效形式有：軸承樣品零件散套、斷裂、卡死；密封圈變形；潤(rùn)滑脂泄漏、干結(jié)等。

5.5 試驗(yàn)結(jié)束

5.5.1 試驗(yàn)軸承

試驗(yàn)結(jié)束軸承清洗防銹，入庫(kù)保存一定期限，以備用戶查詢。用戶有要求時(shí)，還可對(duì)典型失效樣品進(jìn)行失效分析。

5.5.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)與記錄

試驗(yàn)原始記錄應(yīng)包含足夠的信息，記錄數(shù)據(jù)要準(zhǔn)確且應(yīng)和軸承一一對(duì)應(yīng)，記錄中停機(jī)原因和停機(jī)時(shí)間要標(biāo)注清楚。試驗(yàn)中由于設(shè)備原因、人為原因、意外事故等造成的非軸承本身質(zhì)量原因的失效，不計(jì)入正常失效數(shù)據(jù)中。

記錄試驗(yàn)軸承樣品的原始數(shù)據(jù)即試驗(yàn)通過(guò)的總時(shí)間時(shí)，一般應(yīng)精確到3位有效數(shù)字。

6 結(jié)束語(yǔ)

滾動(dòng)軸承的壽命與可靠性試驗(yàn)是考核滾動(dòng)軸承質(zhì)量的重要工作，試驗(yàn)的成功與否直接關(guān)系到生產(chǎn)企業(yè)、用戶、第3方認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)軸承的驗(yàn)收及考核，所以應(yīng)按照一定的程序進(jìn)行試驗(yàn)。GB／T 24607—2009《滾動(dòng)軸承 壽命與可靠性試驗(yàn)及評(píng)定》就是應(yīng)嚴(yán)格遵照的統(tǒng)一規(guī)范。