第1章绪论
1.1课题研究的目的和意义
滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转结构中的重要组成部分之一，具有承受载荷和传递动运动的作用。可是，滚动轴承是机器运转时主要故障来源之一，有数据结果分析表明：旋转机器中有35%的故障都与轴承的失效相关，轴承能够使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。为此在对轴承的加速老化试验和加速寿命试验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。
在20世纪前期，Lundberg和Palmgren对5210的滚动轴承做了很多试验，根据1400多套滚子轴承、球轴承的寿命试验结果，在Weibull分布理论的基础上，通过研究得到了寿命与负载的方程式，称为L-P公式。伴随我国轴承制造技术的不断发展，轴承的几何结构和制造精度得到了相当高的提升和改进。目前，在市场上有几百种不一样型号的滚动轴承。现在的5210轴承钢的材料和制造精度比以前的要好，而且现在在材料的选择上已近不局限于轴承钢。现在生产轴承的原料包括合金钢，陶瓷，轴承钢和塑料等。为此，为了评估新材料的处理工艺，新材料和新几何结构的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命试验。另外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善，轴承能够使用的时间越来越长。来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相当好的方向发展。比如发电设备，排水设备等要求轴承工作时间连续不间断的十几二十几的小时不间断的无故障运行10000-20000个小时，折算一下相当于与连续工作11-22年并且中间没有出现任何故障，即使是电动工具、一般机械和家用电器等对寿命的要求相对较低的使用场景也要求轴承无故障的间断或不间断的工作4000-8000小时。因此，在很多情况下，研究轴承的寿命必须利用加速疲劳寿命试验方法来获得轴承在高应力的疲劳寿命，并且通过加速实验的结果来估计不一样应力水平下的疲劳寿命，以减少试验时的成本和时间。
1.2 国内疲劳试验台的现状
国内最早的疲劳寿命试验平台产品都是从前苏联引进，采用剖分式试验主体，在国内称之为第一种机型。经过改造，在我国重要的轴承试验台生产厂先后制造出了名为ZS系列的轴承寿命试验台，以满足当下我国轴承生产公司对轴承使用时间的要求，以此，同时为刚刚开始不久的我国轴承疲劳寿命试验累积了一定的试验参考依据。
第一个试验台机型结构包括径向加载油缸、轴、中承载体、2个端承载体和试验主轴。试验台的主要结构拼接后安装在主体被剖分了的底座内，试验主轴由联轴器和传动主轴连接，传动主轴的动力经过带轮靠电机带动变速传动。竖向和横向的施加载荷的油缸依次同手动加压缸结合，利用扭转促使手动加压缸活塞得到不一样的压力。这种试验台在我国使用比较广泛，为轴承制造业的进步发挥了很大的作用。
这种试验台的优点在于：容易保障试验精度，结构简单；传动结构是皮带传动，由带轮来改变速度，结构单一；加载是手动加压缸增加压力，能量消耗少；试验主轴和传动主轴由联轴器连接在一起，布局正当，容易获得高速转动，可是不好的地方：载荷和转速的调整，温度数据的采录和检测振动都是要人工操作，试验员工作量较大；传动结构的皮带易打滑易发热而造成危险；加压油缸在试验时容易泄露从而引起压力不足或发热引起压力变高时必须人为的更改，小轴承试验支撑之间的距离比较大，不能实现较大载荷实验。
1.3 我校实验室的试验台情况
之前设计的试验台如图1-1，这个试验台结构包括主实验结构、固定框架、径向加压结构和驱动电机，驱动电机安装在固定的机架下面，主结构安装于机架的上面。主实验结构由主轴、被测轴承和支撑轴承构成。支撑轴承安置在主轴的中心位置，试验轴承安置在主轴的一端，驱动电机由同步带带着主轴旋转，径向加载依靠液压泵提供载荷，安装在支架的底下。通过控制液压泵对被测轴承施加径向压力。这个试验台采用的是液压加载，有利于加载载荷大小的控制，主轴和电动机通过带传动，能够实现过载保护，主轴和被测轴承之间用锥形结构连接，一边实现轴承的快换。
图1-1滚动轴承试验台
1、驱动电机
2、同步带
3、主轴
4、支撑轴承的安装位
5、支撑轴承
6、支撑轴承的安装位
7、螺栓
8、轴套
9、温度传感器10、加速度传感器11、被测轴承座12、被测轴承13、锥型套14、轴承端盖15、固定框架16、液压缸17、上输油管18、下输油管19、二通阀20、压力表21、液压泵22、支撑轴承
图1-2试验台布局图
图 1-3 试验台受力图
如上图在实验的过程中，由于受力不平衡造成了一个弯矩使支撑轴承出现偏移，支撑轴承的外圈出现过度磨损。这可能是由于布局的不规范和设计的不合理导致试验台的寿命
过短，没有起到很大的实际作用，而且又要长时间的不间断工作，导致液压加载系统漏油，不能施加稳定的载荷，是实验的结果得不到很好的保证。
1.4 本文研究的内容
本文主要研究内容如下：
（1）研究并确定轴承试验台的总体设计思路。
（2）试验台结构设计：包括支撑轴承的选用，主轴设计、传动轴设计、带及带轮的设计并完成试验台的PRO/E三维造型。
（3）加载方式设计：确定施加载荷的形式、设计施加载荷方案、绘制原理图。
（4）建立主轴的力学模型，来校验试验台的设计是不是合理，满足设计的要求。
第2章试验台总体方案设计
滚动轴承试验台应该包括机械系统、传动系统、加载系统及辅助设备。机械系统由试验部分、支撑部分及传动部分组成。
2.1 轴承概况
滚动轴承通常包括外圈、内圈、滚动体及保持架。在特殊情况时，可以没有外圈和内圈，由其他相应的零部件替代。为了需要，有的轴承装有防尘套、安设调节用的紧定套和密封圈。
2.1.1 套圈
轴承的内圈一般装配在轴上，和轴一起转动。轴承外圈一般装在机壳或轴承座内起支撑作用，有些轴承是内圈固定起支撑作用，外圈转动。比如汽车轮毂轴承。如图2-1所示。
a)深沟球轴承内圈b)深沟球轴承外圈
图2-1 轴承内外圈
2.1.2 滚动体
滚动轴承中滚动体是绝对少不了的零件，只有通过滚动体才能形成滚动摩擦。滚动体的类型有圆柱滚子、钢球、圆锥滚子、滚针和球面滚子。圆柱滚子可以分为空心圆柱滚子、长圆柱滚子和端圆柱滚子；球面滚子可以分为非球面滚子和球面滚子。滚顶体是数量及体积能够影响到轴承的承载能力。图2-2是滚动轴承的滚动体。
a)钢球b)圆柱滚子和滚针
c)球面滚子d）圆锥滚子
图 2-2 滚动体
2.1.3 保持架
保持架的功用是将轴承里面的滚动体依次按比例的分离，使滚动体与内圈或外圈独立组成组合件，使滚动体在轨道上的运动时是正确的，能够提高轴承里面的润滑和载荷分配能力。附带保持架的轴承摩擦小，更多用于高速旋转的情况下。
保持架有两种，一种是实体保持架，另一种是冲压保持架。实体保持架通常用压铸、车制、注塑等方法制成。冲压保持架通过金属板材的冲压形成，结构有冠形、浪形、和窗形。
保持架的原料一般有铜铝合金、铸铁、钢和工程塑料等。图 2-3为普通滚动体保持架。
图 2-3 保持架
2.1.4 密封圈和防尘盖
密封圈的作用是将轴承内部和外界隔离开来，对滚动体、滚道和保持架形成封闭的环形罩。一部分可以装配在轴承的支撑部位上，另一部分固定在垫圈或套圈上，也可以直接装配在轴承上。
结构有两类，一类是接触式，另一类是非接触式密封。接触式密封的轴承和密封圈接触，封闭效果良好，但是摩擦力矩比较大，温度升高较快；非接触式密封采用的是小缝隙的封闭方式，摩擦小，因此温度升高较慢而且没有磨损，比较适合于高速转动。密封圈的取材一般为橡胶。
2.2 被测轴承的参数
被测轴承参数表如下表2-1所示。被测轴承模型如图2-4。
表2-1 6205滚动轴承参数表
内径
mm
外径
mm
宽度
mm
基本额定动
载荷KN
/
基本额定静
载荷KN
/
最大工作转
速min
/r
25 52 15 14.0 7.88 12000
图 2-4 6205滚动轴承
2.3 实验室电机参数
实验室电机数据表如下表2-2所示。电机模型如图2-5。
表 2-2 Y系列电动机技术数据
电动机型号额定功率
KW
/
满载转速
（min
/r）
堵转转矩最大转矩质量
kg
/
额定转矩额定转矩
同步转速3000r/min，2极
Y80M1-2 0.75 2825 2.2 2.3 16
图 2-5 Y80M1-2电机
2.4 试验台方案设计及选用
轴承试验台的机械部分重要组成结构包括：试验台支架、加载结构、传动体系、实验主轴等其他辅助设备等。
轴承试验台方案一如下图2-6所示：
1、试验轴承
2、试验轴2、支撑轴承4、支撑轴承5、联轴器6、电机
图 2-6 试验台方案一
由图2-6 所示，试验台选用了卧式的布局，主轴由两个滚动轴承支撑，左端装上被测的实验轴承，右端与联轴器连接，联轴器和电机连接。主轴只做旋转运动，不直接加载任何压力，载荷加载在试验轴承的外圈上，试验轴承可以更换。动力由电机通过联轴器传递给主轴。加载方式通过杠杆施加径向载荷。
受力分析如下图2-7所示：试验主轴左端受向下的径向力，由两个支撑轴承提供两个相反的支反力。由于电机转动，试验主轴同时也受到由联轴器传过来的扭矩。通过分析可知，试验主轴受到的弯矩不平衡，试验主轴有向左下方倾斜的趋势，这不利于试验正常的运行，会缩短试验台的寿命，使试验结果得不到很好的保证，所以此方案不过合理。
图 2-7 试验主轴受力分析图
轴承试验台方案二如下图2-8所示：
图 2-8 试验台方案二
如上图所示，试验台采用的也是卧式结构，主要由试验部分和传动部分构成。试验主
轴被两个滚动轴承支撑，左右两端各装配了一个试验轴承。试验主轴和传动轴通过联轴器连接来传递运动，传动轴也由一对滚动轴承支撑着，中间通过键槽装配一个带轮，带轮经由皮带与电动机上的带轮相连，从而传递运动。试验主轴和传动轴没有直接施加任何压力，压力通过杠杆加载在试验轴承的外圈上，载荷为径向载荷，试验轴承能够替换。试验主轴受力如下图2-9所示：
图 2-9 试验主轴受力图
由上试验主轴受力图可知，试验主轴两端受到相同的向下的压力，中间由一对滚动轴承提供了两个支反力。试验主轴由于通过传动轴来获得动力，所以所受扭矩主要由传动轴来承受，试验主轴几乎不受任何扭矩影响。所以方案二的有点在于：试验主轴受力分布较合理，没有向任何方向倾斜的趋势，带轮传动能够起到良好的过载保护。
经过反复研究和讨论，选用第二类方案。PRO/E三维造型如下图2-10所示。
图 2-10 试验台传动结构模型
2.5 试验台的测试系统
试验台的测试结构由数据收集部分和数据分析部分组成。数据收集部分由加速传感器和温度传感器两部分构成；加速度传感器和温度传感器安装在试验轴承箱上，通过数据线将加速度传感器和温度传感器分别与加速度和温度数据采集系统相连接，通过数据线将加速度和温度数据采集系统和电脑计算机输入接口连接，从而获得加速度信号和温度信号。
2.6 加载结构的确定
滚动轴承试验台的实际要求是要完成在被试轴承施加径向压力4KN，径向压力的方向竖直向下，压力稳定不变。
试验台的加载种类有三种可以选择，分别是电加载、机械加载、和液压加载，一般都能满足试验要求，不一样的加载方法的好处和坏处不一样，性能要求也不一样，需要采取哪种加载方法必须根据实际的情况来抉择。
2.6.1 电加载
大多数情况下电加载的原理是电动机的旋转运动经过带轮传动或者齿轮传动等传到被试验轴承的表面，电加载的方式振动大，噪声大，试验的转速受到了约束并且可靠性不行。
现在的电加载形式主要是采用中频交流电来驱动试验主轴进行加载，这样电机轴就变成了一台转速高、功率大、刚度强、可靠度强、精度高中频电动机。电加载有下面一些优点：
（1）较高的转动速度
这样的电机轴转速可以达到每分钟十几万转，这个特点尤其明显。
（2）较高的传动精度
电机轴的传动精度高、噪声小，只是向试验主轴传输转矩，如果使用的是高弹性式联轴器，那么就能够消除试验主轴和电机轴之间同轴度误差和振动的互相传递带来的不好的影响。
（3）容易实现自动监控
利用计算机来控制电机的输出频率，可以使得电机轴的转速成为有节奏的周期性改
变。能够测试出电机轴的转动速度，向电机进行反馈以便保证电机轴转速和试验要求一样。
（4）较高的传动效率
电机轴和试验主轴的轴承连接或者是连接为一体，它们之间没有其他任何的装置能够消耗功率。
（5）安装比较方便
根据实际需求，一般将电机轴装成为立式或卧式或者和试验主轴连为一体。
电加载一般用在需要持续回转加载的情况下，它的不好在于加载结构的体积庞大，当给轴承试验台加载时电机处于堵转状态，由考虑电机的散热情况，这种加载方式不适合长期工作。
2.6.2 液压加载
液压加载的动力来源于电机，经过液压泵把机械能转化为压力。通过掌控各个阀门来掌管液压油的流动方向，从而来带动液压缸做出有区别的行程和不一样方向的运动，以便完成不同工作下的需要，液压加载有以下优点：
（1）可以随便设置试验轴承的速度特性，从而获得不同工作情况下的不同性能；
（2）液压系统的伺服刚度很大，在有很大的冲击或者后坐力的情况下，如果不使用液压系统，也许会造成是试验台结构的变形更厉害的会损坏。为了确保试验的不变性和安全性，有必要使用液压伺服系统；
（3）在恶劣的工作情况下，液压系统的真实性比较强；
（4）在一样的功率情况下，液压系统的体积小、重量轻。
液压系统的缺点：
（1）液压系统容易漏油，不能提供稳定不变的压力；
（2）液压系统的油液具有易燃性，容易引起安全问题；
（3）油液的粘度受温度影响较大，导致供油和运动速率不平稳。
依照本试验台的工作情况和需求，不适合采用液压加载方式。
2.6.3 杠杆加载
杠杆加载的长处：杠杆操操纵简单，能将载荷等比例增加且载荷值稳定不变，如果结构变形，载荷也可以保持恒定，特别是对于要施加长期载荷的试验，这种加载方式是很不
错的选择，尤其是集中应力。鉴于本实验台的工作情况和要求选择的加载方式为杠杆加载。加载原理示意图和模型图如下图2-11和图2-12
1、轴承加载套
2、被试轴承
3、杠杆机构
图2-11 加载结构
图2-12 加载结构模型图
2.7 总方案的模型图
最终设计方案模型如下图2-13
图 2-13 总方案设计模型图
2.8 本章小结
滚动轴承试验台关键部分有机械结构、传动结构、加载结构及辅助设备构成。本章重要介绍了轴承的种类、实验室电机参数、实验台方案的设定及测试体系、加载结构的选择，并画出了试验台、加载结构、总方案的PRO/E三维模型，最后确定了试验台的设计方案。
第3章 试验台的设计
滚动轴承试验台的机械部分由试验台支架、轴向加载装置、试验主轴、传动轴、电机、带轮等其他辅助设备。本章重要介绍了实验轴承相关参数的计算、支撑轴承的选用、试验主轴的设计及校核、联轴器的选择、传动轴的设计及校核、带及带轮的设计、加载装置的设计及机架的设计。
3.1 试验轴承相关参数的计算
试验轴承型号为6205的深沟球轴承，额定寿命计算公式：
ε)(6010610P
C n L h
= （3-1）
公式中 h L 10——额定寿命（h ）； C ——额定动载荷； n ——轴承转速； P ——当量动载荷；
ε——寿命指数，球轴承3=ε。
轴承采用脂润滑，极限转速为n=12000~6000r/min ，取极限转速为12000r/min 被试轴承选取轴承的极限转速的40%~60%，选取极限转速的40%，所以试验轴承的转速为：
n=12000?40% r/min = 4800 r/min
由于h L 10计算比较麻烦，通常是在100~300小时范围内选择h L 10的值。轴承的内径大于60mm 时，选择较大的数值，当实验轴承的内径小于60mm 时，可以选择较小的或者中间的数值，所以选择h L 10=150 h 。
3.1.1 试验载荷的计算
试验时，加载在轴承上的力为计算的当量动载荷。依据选择的h L 10和试验转速n ，按照下列公式求解。
C f f P L
n
?=
（3-2）
公式中 n f ——转速系数； L f ——寿命系数。
依据选择的试验转速查《滚动轴承测试技术》表7-6 速度系数 n f =0.191，查《滚动轴承测试技术》表7-7 寿命系数 L f =0.670 。
C f f P L
n
?=
=≈?14670.0191.0 3.991 KN 向心轴承只受径向压力r F ，试验加载的径向压力与计算的当量载荷相等。 即： r F = P = 4 KN 3.1.2 额定静载荷的验算
之前计算的 r F 是按照额定动载荷求得的，是否也满足滚动轴承的额定静载荷要求，那也应该验算。验算的办法依据：将r F 代入静载荷公式（3-3），假如算得的静载荷0P 比额定的静载荷0C 要小，那么就满足设计要求。在《轴承手册》上能够查到轴承的额定静载荷0C 。静载荷0P 计算公式为：
a r F Y F X P 000+= （3-3）
公式中 0P ——计算静载荷（N ）； 0X ——额定径向静载荷系数； 0Y ——额定轴向静载荷系数；
a F ——轴向载荷。
额定轴向静载荷系数0Y 和额定径向静载荷系数0X 由《滚动轴承测试技术》表7-11可以查到：
0X =0.6
应为试验轴没有受到任何方向的轴向力，所以a F = 0。
a r F Y F X P 000+= = 0.6 ? 4 = 2.4 KN
0P ? 0C
试验载荷满足额定静载荷的要求。
3.2 支撑轴承的选用
支撑轴承是本试验台的重要部件，合理的选择能够保证试验台和主轴系统的精度和寿命。
支撑结构的设计一般是对被试验轴承和支撑轴承进行规范的格局分配，支撑轴承一般有滚动轴承和滑动轴承两种。滑动轴承使用在具有大冲击和震动、高转速的情况下，径向的大小受到局限并且要分开安装；滚动轴承优点在于摩擦系数小，转动时的阻力也小，而且已经是国标化的，选择，维护、润滑都很方便。所以为了使支撑结构变的简单，还是采用滚动轴承来支撑轴比较适合。
试验台的支撑轴承所受的力来自试验轴承所受的径向载荷，由于轴承是对称成分布，从受力分析图上可得知最大径向的支反力4KN ；试验台主轴的最高转动速度为4800r/min ，即要求支撑轴承的额定转速应该大于4800r/min 支撑轴承的寿命应大于被试验轴承，轴承的设计应以他的疲劳寿命为设计基准，综合以上内容参考下表3-1，选择的轴承为E N 210型圆柱滚子轴承，建模如下图3-1。尺寸参数为：内径φ 150mm 、外径φ 90mm 、厚度20mm 。
图 3-1 支撑轴承模型
表 3-1 支撑轴承特性的对比
轴承类型一般特性
深沟球轴承1、承载能力小
2、能承受较小的轴向压力，但主要承受径向压力。在轴承的径向移动量变多时，能够起到角接触轴承的效果，能够承载很大的轴向压力
3、可以有一些的轴向位移，但轴向位移受到轴向移动量范围的限制
4、摩擦较小，极限转速较高
角接触轴承1、承受载荷的能力大
2、极限转速高
3、能够同时承受轴向和径向载荷
4、只能够承受片面的轴向压力，一般同时使用两个，有承受径向压力的情况下会造成附加的轴向力
圆柱滚子轴承1、外圈能够分开，安装时能够调整轴承的移动量
2、极限转速高，能够承受很大的压力
3、可承受轴向压力和径向压力，一般成对使用
3.3 试验主轴的设计及校核
轴按照轴上的受力种类可以总结为心轴、转轴、传动轴三种。心轴仅传递弯矩不可以传递转矩；转轴既能传递动力也能支撑传动部件，既能传递转矩也能承受弯矩；传动轴仅可以传递转矩不可以受弯矩，通常仅可以承受很小的弯矩。本试验台主轴即承受弯矩又承受部分的转矩，能够视为转轴。空心轴由于在运动中受力比较复杂，所以试验主轴采用实心。模型图如下3-2
图 3-2 试验主轴模型
3.3.1试验主轴材料的选择
试验主轴是实验台的重要零件之一，具有较高的组装和加工精度，和支撑轴承以及被测轴承之间的配合精度直接影响轴承的静特性和动特性以及回转精度，考虑加工方式为单件加工，所以应该选择强度和刚度比较高的材料。主轴材料一般有45号钢、40Cr和30CrMo，这几种材料的力学性能如下表3-2。
表 3-2 力学性能对照表
材料
牌号
热处
理
硬度
)
(HB
抗拉强
度极限
b
σ
屈服强
度极限
s
σ
弯曲疲
劳极限
1-
σ
扭转疲
劳极限
1-
τ
许用弯
曲应力
[]
1-
σ
45 正火162-217 570 285 245 135 55
40Cr调制220-259 680 488 345 190 72
30CrMo调制187-369 985 835 431 210 75
毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：日期： 指导教师签名：日期： 使用授权说明 本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 作者签名：日期：
学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：年月日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 涉密论文按学校规定处理。 作者签名：日期：年月日 导师签名：日期：年月日
滚动轴承25题（当量动载荷、寿命计算等） 1．有一轴由一对角接触球轴承支承，如图所示。已知：齿轮的分度圆直径d =200mm ，作用在齿轮上的载荷为T F =1890N, =700N, =360N.轴承的内部轴向力S 与径向载荷的关系式为：S=T F 。求两轴承所承受的轴向载荷。 题1图 解：受力分析如图示。 题1答图 1 S 、2 S 方向如图示 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 2．如图所示，某轴用一对30307圆锥滚子轴承，轴承上所受的径向负荷R 1=2500N ，R 2=5000N ，作用在轴上的向外负荷F a1=400N,F a2=2400N 。轴在常温下工作，载荷平稳f P =1。试计算轴承当量动负载大小，并判断哪个轴承寿命短些（注：30307轴承的Y=,e=,S=R/(2Y);当A/R>e 时，X=,Y=；当A/R<=e 时，X=1,Y=0） 题2图 解：受力分析如图示。 题2答图 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 所以11 1 1 1 ()2500P N f P X R Y A = += 因为1P < 2P 所以轴承2寿命短些 3．某齿轮轴由一对30212/P6X 轴承支承，其径向载荷分别为1r F =5200N,2r F =3800N ，方向如图所示。取载荷系数f p =。试计算： 两轴承的当量动负荷P 1、P 2: 1）当该对轴承的预期寿命L h =18000h 时，齿轮轴所允许的最大工作转速N max = 附30212/P6X 轴承的有关参数如下： C r =59250N,e=,X=, Y=,S=Fr/(2Y)
题3图 解：受力分析如图示。 题3答图 （1）1 15200 152922 1.7 r N Y F S = = =? 1 S 、2 S 方向如图示 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 所以 11 1 1 1 () 1.252006240P N f P X R Y A = +=?= （2）6 ()6010t t h C n P f L ?= 4. 某轴两端各有一个30307轴承支撑，受力情况如图所示。已知：r F =2500N, a F =1000N,载荷系数p F =，试求： 1） 两轴承的当量载荷1P ,2P ； 2） 判别哪个轴承的寿命h L 较短，为什么 注：1）30307轴承，r C =39800N, e C =35200N,附加轴向力2R S Y =； 2） 题4图 解：受力分析如图示。 题4答图 （1）
滚动轴承的寿命计算 1 基本额定寿命和基本额定动载荷 轴承中任一元件出现疲劳点蚀前的总转数或一定转速下工作的小时数称为轴承寿命。大量实验证明，在一批轴承中结构尺寸、材料及热处理、加工方法、使用条件完全相同的轴承寿命是相当离散的（图1是一组20套轴承寿命实验的结果），最长寿命是最短寿命的数十倍。对一具体轴承很难确切预知其寿命，但对一批轴承用数理统计方法可以求出其寿命概率分布规律。轴承的寿命不能以一批中最长或最短的寿命做基准，标准中规定对于一般使用的机器，以90%的轴承不发生破坏的寿命作为基准。 （1）基本额定寿命 一批相同的轴承中90%的轴承在疲劳点蚀前能够达到或 超过的总转数r L （610转为单位）或在一定转速下工作的小时数()h h L 。 图1 轴承寿命试验结果 可靠度要求超过90%，或改变轴承材料性能和运转条件时，可以对基本额定寿命进行修正。 （2）基本额定动载荷 滚动轴承标准中规定，基本额定寿命为一百万转 时，轴承所能承受的载荷称为基本额定动载荷，用字母C 表示，即在基本额定动载荷作用下，轴承可以工作一百万转而不发生点蚀失效的概率为90%。基本额定动载荷是衡量轴承抵抗点蚀能力的一个表征值，其值越大，轴承抗疲劳点蚀能力越强。基本额定动载荷又有径向基本额定动载荷（r C ）和轴向基本额定
动载荷（a C ）之分。径向基本动载荷对向心轴承（角接触轴承除外）是指径向载荷，对角接触轴承指轴承套圈间产生相对径向位移的载荷的径向分量。对推力轴承指中心轴向载荷。 轴承的基本额定动载荷的大小与轴承的类型、结构、尺寸大小及材料等有关，可以从手册或轴承产品样本中直接查出数值。 2 当量动载荷 轴承的基本额定动载荷C （r C 和a C ）是在一定条件下确定的。对同时承受径向载荷和轴向载荷作用的轴承进行寿命计算时，需要把实际载荷折算为与基本额定动载荷条件相一致的一种假想载荷，此假想载荷称为当量动载荷，用字母P 表示。 当量动载荷P 的计算方法如下： 同时承受径向载荷r F 和轴向载荷a F 的轴承 ()P r a P f XF YF =+ （1） 受纯径向载荷r F 的轴承（如N 、NA 类轴承） P r P f F = （2） 受纯轴向载荷a F 的轴承（如5类、8类轴承） P a P f F = （3） 式中：X ——径向动载荷系数，查表1； Y ——轴向动载荷系数，查表1； P f 冲击载荷系数，见表2。 载荷系数P f 是考虑了机械工作时轴承上的载荷由于机器的惯性、零件的误差、轴或轴承座变形而产生的附加力和冲击力，考虑这些影响因素，对理论当量动载荷加以修正。 表中e 是判断系数。0/a r F C 为相对轴向载荷，它反映轴向载荷的相对大小，其中0r C 是轴承的径向基本额定载荷。表中未列出0/a r F C 的中间值，可按线性插值法求出相对应的e 、Y 值。
第1章绪论 1.1课题研究的目的和意义 滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转结构中的重要组成部分之一，具有承受载荷和传递动运动的作用。可是，滚动轴承是机器运转时主要故障来源之一，有数据结果分析表明：旋转机器中有35%的故障都及轴承的失效相关，轴承能够使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。为此在对轴承的加速老化试验和加速寿命试验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。 在20世纪前期，Lundberg和Palmgren对5210的滚动轴承做了很多试验，根据1400多套滚子轴承、球轴承的寿命试验结果，在Weibull分布理论的基础上，通过研究得到了寿命及负载的方程式，称为L-P公式。伴随我国轴承制造技术的不断发展，轴承的几何结构和制造精度得到了相当高的提升和改进。目前，在市场上有几百种不一样型号的滚动轴承。现在的5210轴承钢的材料和制造精度比以前的要好，而且现在在材料的选择上已近不局限于轴承钢。现在生产轴承的原料包括合金钢，陶瓷，轴承钢和塑料等。为此，为了评估新材料的处理工艺，新材料和新几何结构的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命试验。另外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善，轴承能够使用的时间越来越长。来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相当好的方向发展。比如发电设备，排水设备等要求轴承工作时间连续不间断的十几二十几的小时不间断的无故障运行10000-20000个小时，折算一下相当于及连续工作11-22年并且中间没有出现任何故障，即使是电动工具、一般机械和家用电器等对寿命的要求相对较低的使用场景也要求轴承无故障的间断或不间断的工作4000-8000小时。因此，在很多情况下，研究轴承的寿命必须利用加速疲劳寿命试验方法来获得轴承在高应力的疲劳寿命，并且通过加速实验的结果来估计不一样应力水平下的疲劳寿命，以减少试验时的成本和时间。
滚动轴承 一、选择题 11-1．滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示_______。 A．轴承的类型、结构和尺寸 B. 轴承组件 C．轴承内部结构变化和轴承公差等级 D. 轴承游隙和配置 11-2．滚动轴承的类型代号由________表示。 A．数字B．数字或字母 C. 字母 D. 数字加字母 11-3．________只能承受径向载荷。 A．深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆锥滚子轴承 D. 圆柱滚子轴承 11-4．________ 只能承受轴向载荷。 A．圆锥滚子轴承 B. 推力球轴承 C. 滚针轴承 D. 调心滚子轴承 11-5．________ 不能用来同时承受径向载荷和轴向载荷。 A. 深沟球轴承 B. 角接触球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心球轴承 11-6．角接触轴承承受轴向载荷的能力，随接触角α的增大而________。 A．增大 B.减小 C．不变D．不定 11-7．有a）7230C和b）7230AC两种滚动轴承，在相等的径向载荷作用下，它们的派生轴向力Sa和Sb相比较，应是________。 A．Sa ＞Sb B．Sa = Sb C．Sa ＜Sb D．大小不能确定 11-8．若转轴在载荷作用下弯曲变形较大或轴承座孔不能保证良好的同轴度，宜选用类型代号为________的轴承。 A．1或2 B．3或7 C．N或NU D．6或NA 11-9．一根用来传递转矩的长轴，采用三个固定在水泥基础上支点支承，各支点应选用的轴承类型为________。 A. 深沟球轴承 B. 调心球轴承 C. 圆柱滚子轴承 D. 调心滚子轴承 11-10．跨距较大并承受较大径向载荷的起重机卷筒轴轴承应选用________ 。
滚动轴承的寿命计算 一、基本额定寿命和基本额定动载荷 1、基本额定寿命L10 轴承寿命：单个滚动轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下的工作小时数称轴承寿命。由于材料、加工精度、热处理与装配质量不可能相同,同一批轴承在同样的工作条件下，各个轴承的寿命有很大的离散性，所以，用数理统计的办法来处理。 基本额定寿命L10——同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数。（失效概率10%）。 2、基本额定动载荷C 轴承的基本额定寿命L10=1（106转）时，轴承所能承受的载荷称基本额定动载荷C。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。 基本额定动载荷C （1）向心轴承的C是纯径向载荷； （2）推力轴承的C是纯轴向载荷； （3）角接触球轴承和圆锥滚子轴承的C是指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量。 二、滚动轴承的当量动载荷P 定义：将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷P，在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同。 1．对只能承受径向载荷R的轴承（N、滚针轴承）P=F r 2．对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P= F a 3．同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=X F r+Y F a X——径向载荷系数，Y——轴向载荷系数，X、Y——见下表。 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数
表12－3 考虑冲击、振动等动载荷的影响，使轴承寿命降低，引入载荷系数fp—见下表。载荷系数fp 表12－4
滚动轴承复习题 简答题 1.问：滚动轴承由哪几个基本部分组成？ 答：由内圈、外圈、滚动体和保持架等四部分组成。滚动体是滚动轴承中的核心元件，它使相对运动表面间的滑动摩擦变为滚动摩擦。 2.问：常用的滚动体有哪些？ 答：滚动体有球、圆柱滚子、滚针、圆锥滚子、球面滚子、非对称球面滚子等几种。 3.问：保持架的主要作用是什么？ 答：保持架的主要作用是均匀地隔开滚动体，使滚动体等距离分布并减少滚动体间的摩擦和磨损。如果没有保持架，则相邻滚动体转动时将会由于接触处产生较大的相对滑动速度而引起磨损。 4.问：按轴承所承受的外载荷不同，滚动轴承可以分为哪几种？ 答：可以概况地分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。 5.问：常用滚动轴承的类型有哪些？ 答：调心球轴承、调心滚子轴承、推力调心滚子轴承、圆锥滚子轴承、大锥角圆锥滚子轴承、推力球轴承、双向推力球轴承、深沟球轴承、角接触球轴承、外圈无挡边的圆柱滚子轴承、内圈无挡边的圆柱滚子轴承、内圈有单挡边的圆柱滚子轴承、滚针轴承、带顶丝外球面球轴承等。6.问：选择滚动轴承类型时应考虑的主要因素有哪些？ 答：1）轴承的载荷：轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。2）轴承的转速：在一般转速下，转速的高低对类型的选择不发生什么影响，只有在转速较高时，才会有比较显著的影响。3）轴承的调心性能；4）轴承的安装和拆卸。 7.问：什么是轴承的寿命？
答：单个轴承，其中一个套圈或滚动体材料首次出现疲劳扩展之前，一套圈相对于另一套圈的转数称为轴承的寿命。由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的材料、同样尺寸以及同一批生产出来的轴承，在完全相同的条件下工作，它们的寿命也会极不相同。 8.问：滚动轴承的失效形式主要有哪几种？ 答：主要有：点蚀、塑性变形、磨粒磨损、粘着磨损、锈蚀、轴承烧伤等。 9.问：什么是轴承的基本额定寿命？ 答：按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，而90%的轴承不发生点蚀破坏前的的转数（以百万转为单位）或工作小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做基本额定寿命，以L10表示。 10.问：什么是轴承的基本额定动载荷？ 答：使轴承的基本额定寿命恰好为一百万转时，轴承所能承受的载荷值，称为轴承的基本额定动载荷，用C表示。对向心轴承，指的是纯径向载荷，用Cr表示；对推力轴承，指的是纯轴向载荷，用Ca表示。 11.问：什么是轴承的当量动载荷？ 答：滚动轴承若同时承受径向和轴向联合载荷，为了计算轴承寿命时在相同条件下比较，在进行寿命计算时，必须把实际载荷转换为与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致的当量动载荷，用P表示。 12.问：滚动轴承为什么要进行静载荷计算？ 答：静载荷是指轴承套圈相对转速为零或相对转速极度低时，作用在轴承上的载荷。为了限制滚动轴承在静载荷下产生过大的接触应力和永久变形，需进行静载荷计算。 13.问：滚动轴承寿命计算式中，为什么球轴承的ε值低于滚子轴承的ε值？ 答：因为滚子轴承理论上为线接触，而球轴承为点接触，前者承载能力较高，故ε值较大，轴承寿命较高。
河南科技大学 实习报告 (3) 学院_______________ 专业班级_______________ 学生姓名_______________ 指导教师_______________ ______学年第______学期
【实验名称】：滚动轴承疲劳寿命试验 【实验目的】：1、滚动轴承的疲劳寿命是轴承的一个非常重要的质量指标； 2、通过实验和现场收集有价值的数据； 3、目前，随着经济全球化，资源本地化的加剧，为了满足轴承制造商和轴承大用户对提高轴承综合质量的要求，我国轴承行业必须对轴承寿命激发试验做更多的尝试。 【实验设备】：ABLT-1A轴承寿命试验机该仪器主要用于滚动轴承疲劳寿命强化（快速）试验。由试验头、试验头座、传动系统、加载系统、润滑系统、计算机控制系统等组成。试验轴承类型：球轴承和滚子轴承 试验轴承内径：10~60mm 试验轴承转速：1000~10000r/min 最大径向加载：100KN 最大轴向加载：50KN 【实验原理和方法】：轴承的寿命与载荷间的关系可表示为下列公式： L10=(f t*C/P)ε或 L h=(106/60*n)* (f t*C/P)ε 式中： L10──基本额定寿命（106转）； L h──基本额定寿命（小时h）；C──基本额定动载荷，由轴承类型、尺寸查表获得；P──当量动载荷（N），根据所受径向力、轴向力合成计算；f t──温度系数，由表1查得；n──轴承工作转速（r/min）；ε──寿命指数（球轴承ε=3 ，滚子轴承ε=10/3 ）。 6308实验条件的确定： 额定动载荷Cr=22200N； 取当量动载荷P=6720N； 极限转速n l=14000r/min； 取实验转速n=6000r/min； 基本额定寿命：L10=(106/60*n)*(C/P)ε=100h（球轴承ε=3） 试验结果计算： 按GB/T24607-2009 按检验水平2，实验套数E=8 为布尔分布斜率：b=1.5 设K=1.4 L=K*L10b/0.10536=1.4*1001.5/0.10536=13288 T1i=(L/E)*U a=（13288/8）U a=2674 T0=1941.5=2702 T0=2702> T1i=2674 符合达到K=1.4要求，所以轴承做实验要转够194个小时。 根据GB/T24607-2009合格评定8.4.2L10t/L10h>=Z， （球轴承Z，=1.4）即为合格 【实验步骤】：1、实验分两组进行，1#～4#为第一组，5#～8#为第二组； 2、使用钢笔蘸王水溶液分别给八套轴承编上1～8等号码； 3、将编号的轴承利用工具装入工装内，再将工装装入轴承试验机内； 4、每个试验机内部可以装入四套轴承，其中两套作为对比轴承，工作环境稍好于另外两套； 5、检查一下机器是否有异常，如果无，打开试验机，开始试验，知道轴承损坏或者转够了194个小时时才停止； 6、利用计算机每隔一定的时间记录实验数据，判定轴承寿命是否具有可靠性；
寿命设计方法 -王光建
目录 …什么是疲劳失效 …无限寿命设计方法 ?S-N曲线(wohler curve)及疲劳极限?基于疲劳极限的评判 ?考虑平均应力的损伤修正…有限寿命设计方法 ?Miner法则(疲劳损伤线性累积) ?雨流计数法?寿命计算…疲劳寿命仿真计算 …疲劳寿命计算的不足
疲劳失效 …疲劳是一种机械损伤过程 …特点: 在这一过程中即使名义应力低于材料屈服强度；破坏前无明显塑性变形，突然发生断裂…本质： ?交变载荷+金属缺陷?金属的循环塑性变形（微观） ?疲劳一般包含裂纹萌生和随后的裂纹扩展两个过程 ?疲劳是损伤的累积 金属内部缺陷微裂纹产生裂纹扩展断裂 （晶体位错） 疲劳发生过程 …疲劳的判断： 金属材料的疲劳断裂口上，有明显的光滑区域与颗粒区域，光滑区域是疲劳断裂区，颗粒区域是脆性断裂区 粗糙的脆性断裂区 光滑的疲劳区 裂纹源
-S-N曲线(Wohler curve)及疲劳极限…S-N曲线是根据材料的疲劳强度实验数据得出的应力和疲劳寿命N的关系曲线 …S-N曲线用于描述材料的疲劳特性 σ S-N curve 1871年，Wohler首先对铁路车轴进行了系统的疲劳研究，发展了S-N曲线及疲劳极限概念
-S-N曲线(Wohler curve)及疲劳极限…疲劳极限：一般规定，循环次数107所对应的最大应力为疲劳极限 σ σ limit S-N curve
-基于疲劳极限的评判 …Alternating stress 作为判断应力 Alternating stress=(σ - σmin)/2 max …判断标准 σAlternating stress<σ limit σσ limit σ √ 2 S-N curve σ × 1
第16章滚动轴承 一、选择题 [1]在基本额定动载荷C作用下，滚动轴承的基本额定寿命为106转时，其可靠度为（）。 A、10% B、80% C、90% D、99% [2]型号为6310的滚动轴承，其类型名称为（） A、深沟球轴承 B、调心球轴承 C、滚针轴承 D、圆锥滚子轴承 [3]一般来说，（）更能承受冲击。 A、滚子轴承 B、球轴承 [4]在轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，当量动载荷指的是轴承所受的（）。 A、与径向载荷和轴向载荷等效的假想载荷 B、径向载荷和轴向载荷的代数和 C、径向载荷 D、轴向载荷 [5]某轴承的基本额定动载荷下工作了106转时，其失效概率为（）。 A、90% B、10% C、50% D、60% [6]滚动轴承的公差等级代号中，（）级代号可省略不写。 A、2 B、0 C、6 D、5 [7]内部轴向力能使得内、外圈产生（）。 A、分离的趋势 B、接合更紧的趋势 C、转动的趋势 [8]从经济观点考虑，只要能满足使用要求，应尽量选用（）轴承。 A、球 B、圆柱 C、圆锥滚子 D、角接触 [9]只能承受轴向载荷而不能承受径向载荷的滚动轴承是（）。 A、深沟球轴承 B、推力球轴承 C、圆锥滚子轴承 D、圆柱滚子轴承 [10]一般转速的滚动轴承，其主要失效形式是疲劳点蚀，因此应进行轴承的（）。 A、寿命计算 B、静强度计算 C、硬度计算 D、应力计算 [11]当转速较低、同时受径向载荷和轴向载荷，要求便于安装时，宜选用（）。 A、深沟球轴承 B、圆锥滚子轴承 C、角接触球轴承 [12]滚动轴承62312中轴承的内径为（） A、12㎜ B、60㎜ C、23㎜ [13]代号为（）的轴承，能很好的承受径向载荷和轴向载荷的综合作用。 A、30210 B、6210 C、N1010 D、22210 [14]下列滚动轴承密封装置（）是属于接触式密封。 A、毡圈密封 B、缝隙密封 [15]轴承在基本额定动载荷作用下，运转106转时，发生疲劳点蚀的概率为（）。 A、10% B、50% C、70% D、90% [16]滚动轴承的额定寿命是指（）。 A、在额定动载荷作用下，轴承所能达到的寿命 B、在标准试验载荷作用下，轴承所能达到的寿命 C、在一批同型号、同尺寸的轴承进行寿命试验中，95%的轴承所能达到的寿命 D、在一批同型号、同尺寸的轴承进行寿命试验中，破坏率达到10%时所对应的寿命 [17]滚动轴承代号由前置代号、基本代号和后置代号组成，其中基本代号表示（）。
滚动轴承30题（当量动载荷、寿命计算等） 1．有一轴由一对角接触球轴承支承，如图所示。已知：齿轮的分度圆直径d =200mm ，作用在齿轮上的载荷为T F =1890N, =700N, =360N.轴承的部轴向力S 与径向载荷的关系式为：S=0.4T F 。求两轴承所承受的轴向载荷。 题1图 解：受力分析如图示。 2V 题1答图 1150100 300 700150360100470300 r A v N F F R ?+?= ?+?== 21700470230v r v N R F R =-=-= 2111 189094522 H H r N R R F == =?= 1R = 2R = 1 10.4S R = 220.4S R = 1 S 、2S 方向如图示 1 2400360782A N S S F +=+=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。
1 21 1422,782A N N S S A A F ===+= 2．如图所示，某轴用一对30307圆锥滚子轴承，轴承上所受的径向负荷R 1=2500N ，R 2=5000N ，作用在轴上的向外负荷F a1=400N,F a2=2400N 。轴在常温下工作，载荷平稳f P =1。试计算轴承当量动负载大小，并判断哪个轴承寿命短些？（注：30307轴承的Y=1.6,e=0.37,S=R/(2Y);当A/R>e 时，X=0.4,Y=1.6；当A/R<=e 时，X=1,Y=0） 题2图 解：受力分析如图示。 题2答图 1 1250078122 1.6N Y R S = = =? 225000 156322 1.6 N Y R S ===? 2 1 1 278124004002781a a N S S F F +-=+-=> 所以轴承2被“压紧”，轴承1“放松”。 1 1211 1781,2781a a N N S S A A F F ===+-= 11 781 0.312500 e A R = =< 22 2781 0.565000 e A R = =< 所以 1 1 1 1 1 ()2500P N f P X R Y A = += 2 2 2 2 2 ()6450P N f P X R Y A = += 因为1P < 2P 所以轴承2寿命短些
安昂商城 简析滚动轴承的疲劳寿命 轴承疲劳寿命是指，在一定技术状态下的滚动轴承，在主机的实际使用状态下运转，直至滚动表面发生疲劳剥落而不能满足主机要求时的轴承内，外圈（轴、座圈）相对旋转次数的总值总转数。当轴承转速大致恒定或已成为已知，疲劳寿命可用与总转数相应的运转总小时数来表示，此外，还应注意： 1)、影响滚动轴承疲劳寿命的因素非常多，无法全部加以估计或通过标准试验条件而加以消除，这造成轴承实际疲劳寿命有很大的离散性，因此轴承疲劳寿命的计算与试验是以数理统计学和概率论为基础的。最常用的滚动轴承疲劳寿命的表达参数为额定寿命L10，在ISO推荐标准R281中L10的涵义明确规定如下：“数量上足够多的相同的一批轴承，其额定寿命L10用转数（或在转速不变时用小时数）来表示，改批轴承中有90%在疲劳剥落发生前能达到或超过此转数（或小时数）”。迄今为止，世界各国都遵从上述规定。 在美国等一些国家中，还采用中值寿命的概念。中值寿命Lm是指一批相同轴承的中值寿命，即指其中50%的轴承在疲劳剥落前能够达到或超过的总转数，或在一定转速下的工作小时数。中值寿命Lm，不是一批轴承寿命的算术平均值。一般中值寿命Lm是额定寿命的5倍左右。 2)、额定寿命的概念值使用于数量足够的一批滚动轴承，而不适用于个别滚动轴承。例如有40套6204轴承按其使用条件算的其额寿命为1000h，其实际意义是在这批轴承中大体上可能有90%，即36套的实际运转寿命将超过1000h即出现疲劳，但不能个别地指出究竟是哪只轴承的疲劳寿命将低于1000h。事实上，由于轴承设计、制造、材质以及应用技术的不断进步，一些厂家轴承产品的实际使用寿命大多略高于甚至成倍地高于按标准方法计算出的额定寿命。 3)、对于实际使用中并非由于疲劳失效的轴承，额定疲劳寿命的意义就代表这批滚动轴承在正常发挥其材料潜力时可期望的寿命。因此在大多数情况下，用户在选择滚动轴承时仍先作疲劳寿命计算，再根据实际失效类别进行校核，例如磨损寿命校核，取计算结果中较小值为滚动轴承计算寿命。
滚动轴承的寿命计算 四．滚动轴承的受载和失效 1．滚动轴承的受载特点 （a）转动圈各点及滚动体的径向载荷及应力分布 （b）固定圈各点的径向载荷及应力分布深沟球轴承的经向载荷分布通用轴承各滚动元件的载荷及应力分布 ⑴对于转动圈及滚动体经过承载区的各点时接触载荷及应力是变化的；而在每一接触点上的接触载荷及应力呈脉动循环的特征；在非承载区不受载； ⑵对于固定圈各点的受载及应力是不等的，而在每一承载点处承载时的接触载荷及应力均呈现同一的脉动循环的特征，只是幅度的值不同； 其中最下端处受载最大其值是，对于深沟球轴承（6类）：F0=（4.37/Z）Fr。 2．滚动轴承的失效形式 ⑴对于正常运转的轴承（10 r/min＜n＜n lim）——内外圈及滚动体的疲劳点蚀； ⑵对于静止不转或转速低（n≤10 r/min）或间歇摆动的轴承——内外圈及滚动体的塑性变形；
⑶内外圈及滚动体的不可避免的摩擦磨损； 3．滚动轴承的设计准则 ⑴对于正常运转的轴承——为防止疲劳点蚀，以疲劳强度计算为依据，进行寿命计算； ⑵对于低速轴承，或承受连续载荷或承受间断载荷而不旋转的轴承，要求控制塑性变形，——进行静强度计算； ⑶对于高速运转轴承——除进行寿命计算，还要验算轴承的极限转速。 五．滚动轴承的设计计算 ㈠类型的选择 滚动轴承是标准件，在机械设计中，要求能正确地选用滚动轴承。首先选择轴承的类型；然后再根据工作条件、使用要求及轴承特性进行相应的计算，并从有关国标中选取合适的型号。 选择轴承的类型时，应考虑以下因素： 1．轴承的载荷 轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。 （1）当载荷较小时，宜选用球轴承；当载荷较大时，宜选用滚子轴承； （2）当只承受径向载荷，选用径向接触轴承（深沟球轴承、圆柱滚子轴承）；当只承受轴向载荷，选用轴向接触轴承； （3）当轴承同时承受径向载荷和轴向载荷时，可根据它们的相对值考虑： ①当轴向载荷比径向载荷小得多时，可选用深沟球轴承； ②当轴向载荷比径向载荷较小时，根据转速（见2．轴承的转速）可选用接触角较小的向心角接触轴承（向心角接触球轴承或圆锥滚子轴承）； ③当轴向载荷比径向载荷大，可选用接触角较大的推力角接触轴承或选用轴向接触轴承与径向接触轴承组合使用。 （4）当有冲击载荷时，宜选择滚子轴承。 2．轴承的转速 在轴承手册中，极限转速是滚动轴承在一定载荷与润滑条件下允许的最高转速，轴承的工作转速应小于极限转速。 高速时（＞1000r/min），应优先选用球轴承。 3．轴承的调心性能
实验一：滚动轴承疲劳寿命 一、实验目的 1.了解影响轴疲劳承寿命的影响因素 2.了解实验的原理及试验方法 二、实验设备 ABLT-1A型轴承寿命强化试验机 三、实验原理及方法 ABLT-1A型轴承寿命强化试验机适用于内径为10-60mm的滚动轴承寿命强化实验。该试验机主要由实验头、实验头座、传动系统、加载系统、润滑系统、电器控制系统、计算机监控系 统等部分组成。实验头装在实验头座内。传动系统传递电机的运动，使试验轴按一定转速旋转。加载系统提供试验所需的的
载荷。润滑系统使实验轴承在正常情况下充分润滑进行实验。电气控制系统提供电气和动力保护，控制电机和液压油缸等的动作。计算机记录试验温度和振动信息，监控机器的运行情况。强化是在保持滚动轴承接触疲劳失效机理一致的前提下被实验的轴承上所加的当量动载荷应接近或达到额定动载荷C的一半，以达到缩短试验周期的目的。 实验轴承外圈温度自动显示，试验时间自动累计显示，疲劳剥落自动停机，用工控机将实验结果每隔一定时间将寿命实验通过时间、振动、温度自动打印一份。 主要技术指标： 实验轴承类型：深沟球轴承、角接触球轴承、圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、滚针轴承、汽车水泵轴连轴承和汽车轮毂轴承。实验轴承内径：Φ10-60mm 实验轴承数量：2-4套 最大径向载荷：25KN/100KN 最大轴向载荷：50KN 试验轴承转速：1000-10000r/min（有级可调） 供电电源：380v 50hz 三相 功率：约4.5KW 环境温度：5-40 ℃ 四、实验步骤
1.在同一批同型号经检验合格的的产品中随机轴承实验样品在同一批同型号经检验合格的的产品中随机轴承实验样品，每批轴承必须在同一结构的试验机，在相同实验条件下进行试验。 2.在样品内外套圈非基准端面上逐套编号。 3.试验主体组装：试验主体是指主轴，承载体，左右衬套，左右法兰盘，拆卸环，左右锁紧螺母，承载轴承实验轴承等。各零部件要清洗干净。严格按照标准和图样要求组装。 4.在压装轴承时只允许内圈受力，压装后手感检查每套轴承是否旋转灵活。试验主体与机身组装后，用手转动主轴无障碍、无异常。检查各系统（载荷传递、润滑、电气、控制、检测等），使功能正常,安全可靠。 5.采用油润滑实验时，实验轴承外圈温度不允许超过95℃；采用脂润滑时，实验轴承温度不允许超过80℃。 6.寿命试验连续运转，要随时对载荷、转速、油压、振动、噪声、温度等进行监控，每两小时记录一次实验轴承外圈温度，作为实验通过时间的依据。除自动检测外，还要随时用听诊器监听轴承噪音变化，判断轴承运转情况，若有异常情况，立即停机检查处理。 7.试验结束后，有关检测记录、实验报告、实验记录等有关资料保持其原始面目，并妥善保管。试验后典型失效样品送有关部门进行失效分析，其余防锈保存。 五、实验报告
§12—3－3 滚动轴承的寿命计算 一、基本额定寿命和基本额定动载荷 1、基本额定寿命L10 轴承寿命：单个滚动轴承中任一元件出现疲劳点蚀前运转的总转数或在一定转速下的工作小时数称轴承寿命 ．．．．。由于材料、加工精度、热处理与装配质量不可能相同,同一批轴承在同样的工作条件下，各个轴承的寿命有很大的离散性，所以，用数理统计的办法来处理。 基本额定寿命L10——同一批轴承在相同工作条件下工作，其中90%的轴承在产生疲劳点蚀前所能运转的总转数（以106为单位）或一定转速下的工作时数。（失效概率10%）。 2、基本额定动载荷C 轴承的基本额定寿命L10=1（106转）时，轴承所能承受的载荷称基本额定动载荷C。在基本额定动载荷作用下，轴承可以转106转而不发生点蚀失效的可靠度为90%。 基本额定动载荷C （1）向心轴承的C是纯径向载荷； （2）推力轴承的C是纯轴向载荷； （3）角接触球轴承和圆锥滚子轴承的C是指引起套圈间产生相对径向位移时载荷的径向分量。 二、滚动轴承的当量动载荷P 定义：将实际载荷转换为作用效果相当并与确定基本额定动载荷的载荷条件相一致 的假想载荷，该假想载荷称为当量动载荷 ．．．．．P，在当量动载荷P作用下的轴承寿命与实际联合载荷作用下的轴承寿命相同。 1．对只能承受径向载荷R的轴承（N、滚针轴承）P=F r 2．对只能承受轴向载荷A的轴承（推力球（5）和推力滚子（8））P= F a 3．同时受径向载荷R和轴向载荷A的轴承P=X F r +Y F a X——径向载荷系数，Y——轴向载荷系数，X、Y——见下表。 径向动载荷系数X和轴向动载荷系数
表12－3 考虑冲击、振动等动载荷的影响，使轴承寿命降低，引入载荷系数fp—见下表。载荷系数fp 表12－4
轴承疲劳寿命试验技术发展趋势 李兴林,张仰平,张燕辽,曹茂来,李建平 (杭州轴承试验研究中心,浙江 杭州 310022) 摘要:结合国际国内轴承疲劳试验的现状,阐述了强化轴承疲劳寿命试验发展趋势。随着全球经济一体化的发展,轴承寿命快速试验国际化势在必行。 关键词:滚动轴承;疲劳试验; 中图分类号:TH133.3 文献标识码:B 文章编号:1000-3762(2005)02-0042-03 随着人们对轴承研究的不断深入,疲劳寿命及可靠性作为轴承最重要的性能,已引起各轴承生产单位及相关用户的广泛关注。但由于影响疲劳寿命的因素太多再加上轴承疲劳寿命理论仍需完善,进行寿命试验无疑成为评定这项指标的唯一有效途径。 我国轴承寿命试验,相对于SK F、I NA/FAG、T imken、NSK、NT N、K OY O等国外公司起步较晚、规模较小。目前正处于大量积累试验数据的阶段。而对轴承寿命的各种影响因素及轴承失效机理等基础性理论研究尚嫌不足,与世界先进水平仍有较大差距。随着我国加快建设轴承强国的步伐,用户提高对轴承寿命和性能的要求,轴承试验设备和试验方法将不断推陈出新,轴承寿命试验技术发展将呈现十分乐观的前景。 1 标准试验技术现代化 1.1 标准试验技术自动化 40多年来,我国轴承行业一直沿用前苏联50年代的规范用ZS型试验机进行寿命试验,其主要缺点是:试验载荷的加载系统稳定性差,测试手段落后,没有自动监控装置,试验过程中各数据的测试均靠人工完成,通常是“四班三运转”,这样既影响试验结果的准确性,同时又增加工作人员的劳动强度,时间和人力消耗大,远远不适应大量试验工作的需要。新开发的轴承寿命试验机均不同程度地采用自动化技术来解决这一问题。 1.2 标准试验技术智能化 智能化是自动化的进一步发展,可以根据标准,设定转速谱、载荷谱等以满足试验要求,同时试验结果可以用人工智能和专家系统等知识库技术来进行智能化处理,以达到多快好省的要求。 1.3 标准试验技术个性化 基于标准试验的个性化试验是指轴承寿命试验时与标准轴承寿命试验有所“偏离”,以达到某种特定试验条件的特殊试验需要。如在润滑油中加入金属粉末或污染物研究其对轴承寿命的影响。 2 模拟试验技术模块化 20世纪40年代美国就对产品的设计开始采用单因素环境模拟的研制试验与鉴定试验,以检验设计的质量与可靠性。至70年代发展到采用综合环境模拟可靠性试验(CERT)和任务剖面试验。为检验工艺则采用不带设计裕度的验收模拟试验。 随着环境模拟试验技术的发展与成熟,各国政府部门及军兵种相继颁布了一系列的国标、军标,以严格的法规形式来保证产品的质量和可靠性,其中最有代表性的如美国的环境模拟试验军标MI L-ST D-810,可靠性试验军标MI L-ST D-781和空间飞行器试验军标MI L-ST D-1540及其修订版,具体产品型号则根据这些标准与型号的特点制定详细的试验大纲。长期以来环境模拟试验成为保障产品可靠性的主要手段。 模拟试验技术的特点是:模拟真实环境,加上设计裕度,确保试验过关。因此,环境模拟的真实程度和设计裕度的大小便成为两个关键因素。要提高可靠性就必须对环境进行更精确的模拟和加大设计裕度,但这样一来便使难度增大,周期拖长和成本增加。 这种方法的不足之处是对设计和工艺缺陷未 ISS N1000-3762 C N41-1148/TH 轴承 Bearing 2005年第2期 2005,N o.2 42-43
离合器分离轴承 疲劳寿命试验报告 （2016）试验第012号 产品名称：离合器分离轴承产品型号：50RCTS3502 产品件号：491Q-1602060 试验类型：寿命质量考核 哈尔滨天烨轴承有限公司 2016年12 月18 日
哈尔滨天烨轴承有限公司产品开发部 离合器轴承寿命试验报告共2页第2页 7 试验结果 该分离轴承经过100万次分离、结合试验后，各零部件无任何损坏，轴承总成工作正常。 8 试验结论 根据JB/T5312-2001《汽车离合器分离轴承及其单元》的规定，离合器分离轴承动态分离耐久性试验达到100万次为合格品，该分离轴承与原车离合器进行配套试验，经过100万次分离、结合试验后没有任何损坏，旋转灵活、无异响。证明该轴承满足使用要求。 9试验时间 2016年11月25日至2016年12月17日 10试验地点 本公司轴承寿命试验区 11试验参加人员 姜利涛陈庆峰张学涛 编制张学涛审核陈庆峰
哈尔滨天烨轴承有限公司产品开发部 离合器轴承寿命试验报告共2页第1页 离合器分离轴承寿命试验报告 1试验报告 任务单号：LHQ—012/2007 2试验目的 对本公司生产的50RCTS3502自调心离合器分离轴承进行寿命试验。 3试验对象 本公司成品库里的50RCTS3502自调心离合器分离轴承任抽2套中的第2套。4试验项目 离合器分离轴承寿命试验。 5试验方法及实验条件 5.1评价依据标准 现参考我国JB/T5312-2001《汽车离合器分离轴承及其单元》 5.2试验设备 本公司2014年自制的TY-03-04离合器分离轴承耐久性试验台。 5.3试验条件 与原车离合器总成配套进行动态分离耐久性试验。 主轴转速：3000r/min 分离频率：70次/min 分离行程：7.5mm 试验区温度：100℃±5℃ 试验总次数： 100万次 6试验过程 试验从2016年11月25日开始。每20万次停机对实验轴承检查一次。 直至1001500次试验结束。
如图所示的轴系，已知轴承型号为30312，其基本额定动载荷C r=170000N，e=0.35；F r1=11900N，F r2=1020N，F ae=1000N，方向如图所示；轴的转速n=980r/min；轴承径向载荷系数和轴向载荷系数为：当F a/ F r≤e时，X=1，Y=0；当F a/ F r>e 时，X=0.4，Y=1.7；派生轴向力F d=F r/(2Y)，Y为F a/F r>e时的Y值。载荷系数f p=1.2，温度系数f t=1。试求轴承的寿命。 F r1F r2 F ae 12
解：（1）画派生轴向力方向 F r1 F r2 1 2 F ae F d1 F d2 （2）计算派生轴向力F d F d1=F r1/（2Y ）=11900/（2×1.7）=3500N F d2=F r2/（2Y ）=1020/（2×1.7）=300N （3）计算轴向力F a F ae + F d1=1000+3500=4500N>300N=F d2 轴承2被“压紧”，轴承1被“放松” F a1=3500N ，F a2=F ae + F d1=4500N （4）计算载荷系数 F a1/ F r1＝3500/11900＝0.294<0.35= e ，所以取X 1＝1，Y 1＝0 F a2/ F r2＝4500/1020＝4.412>0.35=e ，所以取X 2＝0.4，Y 2＝1.7 （5）计算当量动载荷P P 1＝f p (X 1F r1+Y 1F a1)=1.2×(1×11900+0×4444.4)=14280N P 2＝f p (X 2F r2+Y 2F a2)=1.2×(0.4×1020＋1.7×4500)＝9669.6N P =max{P 1，P 2}=14280N （6）计算轴承寿命L h 65518h 1428017000019806010601066h ≈?? ? ?????=??? ??= ε εP C f n L t 2、某轴两端各用一个30208轴承支承，受力情况如图。F r1=1200N ，F r2=400N ，F A =400N ，载荷系数f P =1.2，已知轴承基本额定动负荷C r =34KN ，内部轴向力F S =F r /2Y 。试分别求出两个轴承的当量动载荷。（14分）
滚动轴承疲劳寿命试验台的设计 第1章绪论 1.1课题研究的目的和意义 滚动轴承是机器运转中重要的零部件，是旋转结构中的重要组成部分之一，具有承受 载荷和传递动运动的作用。可是，滚动轴承是机器运转时主要故障来源之一，有数据结果分析表明：旋转机器中有35%的故障都与轴承的失效相关，轴承能够使用多久和可靠性的大小直接影响到机器系统的整体性能。为此在对轴承的加速老化试验和加速寿命试验，对于研究轴承的故障演变规律和失效原理有着很重要的意义。 在20世纪前期，Lundberg和Palmgren对5210的滚动轴承做了很多 试验，根据1400 多套滚子轴承、球轴承的寿命试验结果，在Weibull分布理论的基础上，通过研究得到了寿命与负载的方程式，称为L-P公式。伴随我国轴承 制造技术的不断发展，轴承的几何结构和制造精度得到了相当高的提升和改进。目前，在市场上有几百种不一样型号的滚动轴承。现在的5210轴 承钢的材料和制造精度比以前的要好，而且现在在材料的选择上已近不局限于轴承钢。现在生产轴承的原料包括合金钢，陶瓷，轴承钢和塑料等。为此，为了评估新材料的处理工艺，新材料和新几何结构的滚动轴承的磨损寿命，还得对滚动轴承做疲劳寿命试验。另外由于加工技术的提高和材料科学的发展，使用时润滑条件的改善，轴承能够使用的时间越来越长。
来自工业和武器等方面的需求也助推了滚动轴承箱相当好的方向发展。比如发电设备，排水设备等要求轴承工作时间连续不间断的十几二十几的小时不间断的无故障运行10000-20000个小时，折算一下相当于与连续工作11-22年并且中间没有出现任何故障，即使是电动工具、一般机械和家用 电器等对寿命的要求相对较低的使用场景也要求轴承无故障的间断或不 间断的工作4000-8000小时。因此，在很多情况下，研究轴承的寿命必须利用加速疲劳寿命试验方法来获得轴承在高应力的疲劳寿命，并且通过加速实验的结果来估计不一样应力水平下的疲劳寿命，以减少试验时的成本和时间。 1 1.2 国内疲劳试验台的现状 国内最早的疲劳寿命试验平台产品都是从前苏联引进，采用剖分式试验主体，在国内称之为第一种机型。经过改造，在我国重要的轴承试验台生产厂先后制造出了名为ZS系列的轴承寿命试验台，以满足当下我国轴承生产公司对轴承使用时间的要求，以此，同时为刚刚开始不久的我国轴承疲劳寿命试验累积了一定的试验参考依据。 第一个试验台机型结构包括径向加载油缸、轴、中承载体、2个端承 载体和试验主轴。试验台的主要结构拼接后安装在主体被剖分了的底座内，试验主轴由联轴器和传动主轴连接，传动主轴的动力经过带轮靠电机带动变速传动。竖向和横向的施加载荷的油缸依次同手动加压缸结合，利用扭转促使手动加压缸活塞得到不一样的压力。这种试验台在我国使用比较广泛，为轴承制造业的进步发挥了很大的作用。这种试验台的优点在于：