深溝球軸承的壽命計算

（閩江學(xué)院，福建 福州，350108）

深溝球軸承的壽命計算

董春蘭

（閩江學(xué)院，福建 福州，350108）

壽命計算對軸承的選用具有重要作用，本文對6206軸承在一定的使用條件下進行了基本額定壽命與修正基本額定壽命的計算，其中在壽命系數(shù)AISO中K值計算選擇了適合的方法，計算出來的修正基本額定壽命值與實際壽命值相近。因此應(yīng)根據(jù)計算出的修正壽命值對軸承的選用是否合理做出判斷。

軸承；壽命計算；壽命系數(shù)

滾動軸承是一種精密的機械支撐元件，在工作中喪失其規(guī)定的功能，而導(dǎo)致故障或不能正常工作的現(xiàn)象稱為失效。正確選用軸承，對主機獲得良好的工作性能，延長使用壽命等有十分重要的作用。選擇軸承要根據(jù)工作條件來選擇軸承基本類型、公差等級和游隙；根據(jù)軸承的工作條件、受力情況和壽命要求來計算確定軸承型號；或根據(jù)使用要求，選定軸承型號，再驗算選定軸承壽命，以判斷選擇是否正確。壽命計算對軸承的設(shè)計和合理選用具有重要作用。

1 軸承壽命計算方法

工作中的軸承最終會損壞。軸承壽命的離散性很大，討論壽命時必須以一批軸承為對象。大多使用基本額定壽命L10作為壽命值。L10受軸承的載荷影響很大，Lundberg和PaImgren從理論上推導(dǎo)出關(guān)系式:

并根據(jù)實驗得出球軸承的指數(shù)p=3，對于向心軸承，式中P取純徑向載荷，C為基本額定動載荷。軸承的實際壽命不僅受型式、尺寸的影響，其內(nèi)部設(shè)計、材料批差、加工方法、使用方法、潤滑方式等都會對壽命產(chǎn)生影響。隨著軸承鋼純凈度的提高以及加工方法、潤滑劑、潤滑方法等技術(shù)的進步，長壽命軸承不斷增加，為此對（1）式進行了修訂，修正額定壽命的計算式為:

式中：Lna：可靠度為（100-n）%時修正疲勞壽命；a1:可靠度-壽命修正系數(shù)；a2:軸承性能-壽命修正系數(shù)；a3:運轉(zhuǎn)條件-壽命修正系數(shù)[1]。根據(jù)L-P理論和修正額定壽命計算方法，不論外加載荷是多大，滾動軸承的疲勞壽命總是有限的。然而在某些應(yīng)用場合，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和采用高質(zhì)量鋼材精密制造的軸承的耐久性試驗數(shù)據(jù)說明，無限長的疲勞壽命是實際存在的。L-P理論沒有包括耐久極限概念、表面切應(yīng)力的影響、軸承工作溫度及其對材料性能、潤滑、表面切應(yīng)力的影響?？紤]到L-P理論的局限性，Loannides-Harris提出了壽命公式的另一種形式：

式中：LnM為可靠度等于（100-n）%的修正基本額定壽命；AISO是總的壽命系數(shù)；A1是可靠性壽命系數(shù)。通過對實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析表明：L-H理論的計算結(jié)果更接近實驗結(jié)果[2]。

2 實例計算

某設(shè)備中根據(jù)使用要求選用了深溝球軸承6206：基本額定動載荷C：19.4kN ； 徑向載荷P：2kN ； 疲勞負(fù)荷極限Pu：0.48kN；旋轉(zhuǎn)速度2500r/min；油膜參數(shù)Λ=1.5；軸承工作處于正常清潔狀態(tài)，顆粒污染參數(shù)CL=0.55。

表1 AISO中的系數(shù)和指數(shù)

用基本額定壽命計算方法計算可靠度為90%時軸承壽命為：

以另一種更接近實驗結(jié)果的壽命公式的形式：LnM=A1AISOL10來計算可靠度為90%時的壽命。其中A1可根據(jù)可靠度具體數(shù)值要求從表中[3]查出。根據(jù)題意：取A1=1。

總的壽命系數(shù)：

CL：顆粒污染參數(shù)；Pu：疲勞負(fù)荷限值；P：當(dāng)量動載荷；K：潤滑劑效果參數(shù)；

ν：工作溫度下的潤滑劑運動粘度； ν1：充分潤滑的運動粘度；

ho：最小油膜厚度；δ1：滾道表面的均方根偏差；δ2：鋼球或滾子表面的均方根偏差。

目前表面粗糙度的評定參數(shù)一般采用算數(shù)平均偏差Ra，它與均方根偏差之間的換算關(guān)系近似為：δ=1.25Ra。

Λ：油膜潤滑參數(shù)：綜合了油膜厚度和粗糙度對潤滑的共同影響。當(dāng)Λ≥3時，稱為全膜彈流潤滑。當(dāng)Λ＜3時，稱為部分膜彈流潤滑。滾動軸承中的潤滑狀態(tài)一般是處于Λ=2左右。從疲勞壽命與油膜潤滑參數(shù)的關(guān)系圖中可以看出：Λ小于1時疲勞壽命急劇下降，而Λ大于等于4時疲勞壽命提高一倍以上。Λ在1.5左右時疲勞壽命與計算值一致[3]。

當(dāng)軸承的轉(zhuǎn)速、受載適中，接觸表面粗糙度值較低，形貌較好的情況下用的方法計算；油膜的厚度比較小，油膜稀薄，接觸表面粗糙、轉(zhuǎn)速受載不適中的情況下采用計算方法，如果用油膜參數(shù)方法得到的K值大于4，則要采用粘度的比值方法計算K值[4]。

式AISO中的系數(shù)和指數(shù)根據(jù)Λ的具體數(shù)值從表1中取值。

Λ=1.5，用油膜參數(shù)方法計算K=Λ1.12=1.51.12=1.5748＜4，所以用油膜參數(shù)法計算得到的K值可用。將K值帶入到總的壽命系數(shù)AISO表達(dá)式中，并根據(jù)Λ=1.5確定出AISO表達(dá)式中的系數(shù)和指數(shù)，得到：

修正基本額定壽命：L10M=A1AISOL10=1×5.34708 ×L10=5.34708 L10

可以看到兩種不同的壽命計算法得到的結(jié)果相差很多，修正基本額定壽命的計算結(jié)果更接近實際壽命。這是因為隨著軸承材料質(zhì)量的不斷改進和制造水平的提升，使得現(xiàn)代軸承的壽命比用傳統(tǒng)方法制造和計算所得壽命有了顯著的提高[5]，可見軸承壽命計算對軸承能否根據(jù)使用要求進行合理選用會有很大的影響。

3 結(jié)論

本文敘述了軸承壽命計算方法的發(fā)展過程，對6206軸承在一定的使用條件下進行了基本額定壽命與修正基本額定壽命的計算，其中在壽命系數(shù)AISO中K值計算選擇了適合的方法，計算出來的修正基本額定壽命值與實際壽命值相近。因此，應(yīng)根據(jù)計算出的修正壽命值對軸承的選用是否合理做出判斷。

（

）

[1] 岡本純?nèi)?球軸承的設(shè)計計算[M]. 北京：機械工業(yè)出版社 , 2003.

[2] 羅繼偉.滾動軸承分析第2卷［M］.北京：機械工業(yè)出版社, 2013.

[3] 鄧四二, 賈群義.滾動軸承設(shè)計原理［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2008.

[4] 趙聯(lián)春, 王東.滾動軸承額定壽命計算中黏度比K的分析及計算［J］.軸承, 2010 (3):4-7.

[5] 董進朝, 劉忠明. 風(fēng)電齒輪箱軸承壽命計算方法研究[J].機械傳動, 2007 (5):9-12.

董春蘭（1975－），女，內(nèi)蒙古赤峰市人，碩士研究生學(xué)歷，閩江學(xué)院電子系講師，主要研究方向：計算機輔助設(shè)計和分析。