深沟球轴承寿命的计算讲课讲稿

2.轴承的额定动载荷及额定寿命2.1基本额定动载荷轴承的额定动载荷是决定额定寿命的主参数,也是确定轴承设计水平的目标函数。

额定动载荷值大,则轴承的承载能力高,或说在相同载荷下,其额定寿命长,设计水平高。

基本额定动载荷:系指一个轴承假想承受一个大小和方向恒定的径向(或中心轴向)负荷,在这一负荷作用下轴承基本额定寿命为一百万转。

根据我国国家标准GB/T6391-1995的规定,现将各类轴承基本额定动载荷的计算公式整理于表2-1中:Cr : 径向基本额定动载荷NCa : 轴向基本额定动载荷Nbm : 材料(真空脱气)和加工质量的额定系数,该值随轴承类型不同而异。

见表2-2fc : 与轴承零件的几何形状、制造精度和材料有关的系数i : 轴承中球或滚子的列数Lwe : 额定载荷计算中用的滚子长度mm即滚子与接触长度最短的滚道间的理论最大接触长度。

正常情况下,或者取滚子尖角之间的距离减去滚子倒角,或者取不包括磨削越程槽的滚道宽度,择其小者。

α: 轴承的公称接触角度Z: 单列轴承中的球或滚子数。

每列球或滚子数相同的多列轴承中每列的球或滚子数Dw : 球直径mmDwe : 额定载荷计算中用的滚子直径mm对于圆锥滚子取滚子端面和小端面理论尖角处直径的平均值。

对于非对称外凸滚子近似地取零载荷下滚子与无挡边滚道间接触点处滚子的直径现将GB/T6391-1995所定的额定系数bm值列于表2-22.2 额定动载荷的修正滚动轴承基本额定动载荷的计算方法适用于优质淬硬钢(系指真空脱气钢),按良好的加工方法制造,且滚动接触表面的形状为常规设计。

超越上述规定,额定动载荷应予修正。

2.2.1 材质轴承钢因冶炼方法不同,材料中夹杂物的大小、分布、含量亦不同。

夹杂物是造成金属材料疲劳裂纹产生的主要成因,是影响滚动轴承疲劳寿命的主要因素。

如采用夹杂物含量高于真空脱气的普通电炉冶炼轴承钢,则轴承的载荷能力将会有不同程度的下降。

当采用诸如真空重熔、电渣重熔等方法冶炼的轴承钢或其它等效材质的钢材时,其夹杂物的含量显著减少,轴承的载荷能力将会得到提高。

轴承的寿命轴承在随负荷旋转时，由于套圈滚道面及滚动体滚动面不断地受到交变负荷的作用，即使使用条件正常，也会因材料疲劳使滚道面及滚动面出现鱼鳞状损伤（称做剥离或剥落）。

出现这种滚动疲劳操作之前的总旋转数称做轴承的“（疲劳）寿命”。

即使是结构、尺寸、材料、加工方法等完全相同的轴承，在同样条件下旋转时，轴承的（疲劳）寿命仍会出现较大的差异。

这是因为材料疲劳本身即具有离散性，应从统计的角度来考虑。

于是就将一批相同的轴承在同样条件下分别旋转时，其中90％的轴承不出现滚动疲劳操作的总旋转数称做“轴承的基本额定寿命”（即可靠性为90％的寿命）在以固定的转速旋转时，也可用总旋转时间表示。

但在实际工作时，还会出现滚动疲劳操作以外的损伤现象（如磨损、烧伤、蠕变、磨蚀、压痕、断裂等）。

这些损伤可以通过做好轴承的选择、安装和润滑等加以避免。

轴承寿命的计算基本额定动负荷基本额定动负荷表示轴承耐滚动疲劳的能力（即负荷能力），是指大小和方向一定的纯径向负荷（对于向心轴承）或中心轴向负荷（对于推力轴承），在内圈旋转外圈固定（或内圈固定外圈旋转）的条件下，该负荷下的基本额定寿命可达100万转，向心轴承与推力抽承的基本额定动负荷分别称做径向基本定动负荷与轴向基本额定动负荷，用Cr与Ca表示，其数值载于轴承尺寸表。

基本额定寿命式（1）表示轴承的基本额定动负荷、当量动负荷及基本额定寿命之间的关系。

轴承以固定的转速旋转时，用时间表示寿命更为方便，如式（2）所示。

另外，对于铁路车辆或汽车等用行走距离（KM）表示寿命较多，如式（3）所示。

这里：L10:基本额定寿命，106转L10h:基本额定寿命，hL10s:基本额定寿命，kmP:当量动负荷，N{Kgf}厖......参照后面C:基本额定动负荷，N{Kgf}n:转速，rpmp:寿命指数球轴承..........p=3滚子轴承.......p=10/3D:车轮或轮胎直径，mm因此，作为轴承的使用条件，设当量动负荷为P，转速为n，则满足设计寿命所需要的轴承基本额定动负荷C可由式（4）计算，从轴承尺寸表中选出满足C值的轴承，即可确定轴承的尺寸。

工作条件污染级别颗粒尺寸约为润滑油膜厚度实验室条件极度清洁仔细清洗、极洁净安装；密封相对工作条件优良；连续或在很短的间隔内再加脂脂润滑（终身润滑）密封轴承，且密封能力相对工作条件有效。

高度清洁清洗、洁净安装；密封相对工作条件良好；按照制造厂的规定再加脂润滑（终身润滑）密封轴承，密封能力相对工作条件适当，如防尘轴承。

一般清洁洁净安装；密封能力相对工作条件一般；按照制造厂的规定再加脂。

轻度至常见污染在车间安装；安装后，轴承和应用场合未充分清洗；密封能力相对工作条件较差；再加脂间隔长于制造厂推荐的时间，严重污染在污染的环境下安装；密封不适；再加脂间隔长。

极严重污染公称接触角α=球的列数i =每列的球数Z =球直径D w =球组节圆直径D pw =内圈沟道曲率半径r i =外圈沟道曲率半径r e =轴向载荷F a =1.轴承的参数表1 脂润滑的污染系数e c 脂润滑轴摘自《GB/T 6391-2010 滚动轴承 额定动载荷和额定寿命》和《GB径向载荷F r=转速n=修正额定寿命可靠度S=常用优质淬硬轴承钢和良好加工方法的额定系数b m=工作温度下润滑剂的实际运动黏度（查图1）ν=脂润滑的污染级别（查表1）2.运算过程径向基本额定动载荷C r===径向基本额定静载荷C0r==径向当量动载荷P r===基本额定寿命L10==L10h=修正额定寿命L nm==L nmh=3.参数选取与轴承零件几何形状、不同零件制造精度以及材料有关的系数f c==γ==λ=0.089A1=径向载荷系数X1==轴向载荷系数Y1==ξ=η==F a/iZD w2=实际接触角(近似值)α'=寿命离散度，即试验确定的韦布尔斜率e==可靠度寿命修正系数a1==为达到充分润滑条件所要求的参考运动黏度ν1===黏度比к==脂润滑的污染系数e c======与轴承零件几何形状及应力水平有关的系数f0=疲劳载荷极限C u===向心球轴承的寿命修整系数a ISO====图1 工作温度下润滑剂的实际运动黏度注：VG代表40℃的基油黏度01817.46272.59.080249.080240润滑轴承额定寿命和修正额定寿命的计算和《GB/Z 32332.1-2015 滚动轴承 对ISO 281的注释 第1部分：基本额定动载荷和基本额定寿命》80005000901.320极度清洁b m f c（i cosα）0.7Z2/3D w1.83.647b m f c（i cosα）0.7Z2/3D w1.452758.30183f0iZD w2cosα31670.10851F rX1F r+Y1F a8000(C r/P r)3286.8153982956.0513274a1a ISO L104711.98218415706.607280.089A10.41λ<2r i/(2r i-D w)>0.41γ0.3(1-γ)1.39/(1+γ)1/3{1+[1.04<(1-γ)/(1+γ)>1.72<r i/r e(2r e-D w)/(2r i-D w)>0.41]10/ 58.95468097D w cosα/D pw0.2408551720.9598.06651-0.4ξ/η10.4cotα'/η1.051-sin5°/2.50.965137703ξtanα'0.95[ln(100/S)/ln(100/90)]2/3+0.05 145000n-0.83D pw-0.54500n-0.5D pw-0.57.474093187ν/ν12.6759099060.0864к0.68D pw0.55(1-0.6796/D pw1/3)0.0432к0.68D pw0.55(1-1.141/D pw1/3)0.0177к0.68D pw0.55(1-1.887/D pw1/3)0.0115к0.68D pw0.55(1-2.662/D pw1/3)0.00617к0.68D pw0.55(1-4.06/D pw1/3)112.98289655C0r/22(100/D pw)0.5C0r/221439.5503870.1[1-(2.5671-2.2649/к0.054381)0.83(e c C u/P r)1/3]-9.30.1[1-(2.5671-1.9987/к0.19087)0.83(e c C u/P r)1/3]-9.30.1[1-(2.5671-1.9987/к0.071739)0.83(e c C u/P r)1/3]-9.3 16.42862347f系数命》→目录°列粒mmmmmmmmNNr/min%mm2/s(cst)(D w≤25.4mm)(D w＞25.4mm)NNF a/F r≤eF a/F r＞eN百万转h百万转h-D w)/(2r i-D w)>0.41]10/3}-3/10 eN/mm2°n<1000r/min n≥1000r/min mm2/s高度清洁一般清洁轻度至常见污染严重污染极严重污染D pw≤100mmD pw＞100mmN0.1≤к＜0.4 0.4≤к＜11≤к≤4，к＞4。