滚动轴承的寿命计算.docx

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(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) Fr2．滚动轴承的失效形式⑴对于正常运转的轴承(10 r/minVnVnlim) 内外圈及滚动体的疲劳点蚀；⑵ 对于静止不转或转速低(nW10 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．轴承的调心性能当轴线与轴承孔的同轴度较差，或轴的刚度小、挠曲变形大，会造成轴承内外圈轴线发 生偏斜时，应选用调心轴承4．轴承的安装和拆卸 对于经常需拆卸或装拆有困难的地方，常选用内外圈可分离的轴承或具有内锥孔的轴 承5．经济性㈡ 滚动轴承的尺寸计算1. 几个概念⑴ 基本额定寿命轴承寿命（对单个轴承而言）在内、外套圈和滚动体三者之间，任何一个元件出现首次疲劳点蚀 之前轴承的总转数或在一恒定转速下的总运转小时数称为（该轴承的）轴承寿命轴承寿命可靠度曲线实践证明轴承的寿命是相当离散的，如图所示，即使是同样的工作条件下、同一批、同一型号的轴承，由于材料性能、加工精度、热处理以及装配质量的不同，其寿命也会相差几 倍甚至几十倍因此，必须确定一个准则才便于对（批量）轴承进行寿命计算，通常规定以 基本额定寿命作为（批量）轴承寿命计算的依据基本额定寿命一批同型号的轴承，在相同条件下运转，可靠度为 90% （即包括内、外套 圈和滚动体的总量的失效率为 10%）之前的寿命定义为这批轴承的基本额定寿命， 用L10表示，单位是106r（转）；或用一定转速下运转的小时数L10h表示如图所示的这批轴 承在可靠度为的90%时，其基本额定寿命为1x106r。

L10h与L10之间的关系为106LL 1010h 60n式中n 轴承的转速，r/min⑵ 基本额定动载荷在基本额定寿命为L10=1（106r）时，轴承能承受的大小、方向恒定的载荷，称为基本 额定动载荷，用 C 表示，它表明了轴承的承载能力， C 越大，表明该轴承的承载能力越强， 国家标准对每一型号的轴承规定了它的基本额定动载荷（见附表）对径向接触轴承是指纯 径向载荷，称为径向基本额定动载荷；对于向心角接触轴承是指使轴承的套圈间产生纯径向 位移时的载荷的径向分量，二者都用 Cr 表示；对推力轴承是指中心轴向载荷，称为轴向基 本额定动载荷，用 Ca 表示d⑶ 当量动载荷① 当量动载荷但实际上轴承往往是同时承受径向载荷和轴向载荷，因此在进行寿命计算时，必须把实 际载荷折算成相当于实验室条件下的（纯径向或纯轴向载荷）载荷，才能与基本额定动载荷 进行比较，换算后的载荷是一种假想的恒定不变的载荷，称为当量动载荷在当量动载荷作 用下，轴承具有与实际载荷作用下相同的寿命当量动载荷用 P 表示：P 二 XF + YFra式中P 当量动载荷，N；Fr——轴承实际承受的径向载荷，N；Fa——轴承实际承受的轴向载荷，N； aX——径向动载荷系数，见表；Y——轴向动载荷系数，见表。

Pa = Fao对只承受径向载荷的向心轴承和只承受轴向载荷的推力轴承，其载荷条件与实验室条件 一致，故当量动载荷即是所承受的实际载荷，即：Pr = Fr；实际应用中，考虑可能产生的附加载荷（如冲击、不平衡作用力、惯性力、轴承座的变形等产生的），引入载荷系数fp（见载荷系数fp表），则相应的当量动载荷为：pP = f （XF + YF ）p r aPr = fpFr；Pa = fpFa；径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y轴承类型轴承代号相对 轴向载荷eFa/C0r0.0140.190.0280.220.0560.26深沟0.0840.28600000.110.30球轴承0.170.340.280.380.420.420.560.44Fa/FrWeFa/Fr>eXYXY100.562.301.991.711.551.451.311.151.041.00注：1. C0r为轴承的基本额定静载荷，查轴承手册GB/T4662——1993规定，使承受载荷最大的滚动体 与滚道接触处引起的接触应力大到一定值（对于向心轴承为4200MPa）的载荷作为轴承静强度的界限, 称为轴承的基本额定静载荷，用C°表示（对于向心轴承指的是径向额定静载荷，用C°r表示；对于推 力轴承，指的是轴向额定静载荷，用coa表示。

一一它反映了轴承在静止或缓慢转动状态下的承载 能力2. e 为轴向负荷影响系数或界限系数，用以估价轴向负荷的影响3. 与Fa /C0r的中间值相对应的e、Y值，可用线性插分法求得载荷系数fp载荷性质fP无冲击或有轻微冲击1.0 〜1.2电机、汽轮机、通风机、水泵中等冲击和振动1.2 〜1.8车辆、机床、内燃机、起重机、冶金设备、减速器强大冲击和振动1.8 〜3.0破碎机、轧钢机、石油钻机、振动锤② 当量动载荷的计算 在计算轴承的当量动载荷时，应初步选取某一型号的轴承；先计算相对轴向载荷 Fa/C r a 0r的值，后查《径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y》表获得e的值（当F/C的计算值为a 0r表中F/C栏中的中间值时，按差分法确定）；再计算Fa/Fr的值，并与e进行比较；然后分a 0r a r别按Fa/FrWe或Fa/Fr>e,查取（或按差分法确定）X、Y的值，再按上式计算得当量动载荷P;当两端轴承受载不同时，应分别按上述过程计算得P1和P2；当两端拟取同一型 号轴承时，应按Pp P2中的大值计2. N、6 类滚动轴承的寿命计算• L--6208轴承的载荷一寿命曲线£=3；对于滚子轴承，取：£= 103实验表明，轴承的极限载荷与其基本额定 寿命之间有如图中曲线所示的关系，该曲线方 程式为：L P E = Kio式中K 常数；£一寿命指数。

对于球轴承，取：因为对每类型轴承规定了在基本额定寿命L10=1（106）时，应能承受的载荷是基本额定动载荷C,所以可得式:L Pe 二 1 x C 二 K10(106 r)L故，得10应用该式：⑴ 已经选定轴承的型号一一查表可知C,计算出该实际轴承所承受实际载荷对应的当 量动载荷，并且考虑到使用轴承的工作条件一一温度的影响一一引入温度影响系数fT，即可106L计算其额定寿命l10；或L10h代入式Lioh =丽才0得式T 106(f c¥L = I Th 6on ( ~^p 丿16670n> [L ] (h)h ；(教材 p351 式 17.12⑵ 如已经确定轴承预期的使用寿命L10或[Lh],进行轴承型号选择；1C = P(L )? < Cj 10式中Cj待选轴承所需的基本额定动载荷的计算值，N；C——查表，满足该式的某型号轴承——即为所选用的轴承——的基本额动动载荷值;实际应用中轴承预期的使用寿命常以L10h给出，并且考虑到使用轴承的工作条件 温度的影响一一引入温度影响系数fT，选择轴承型号的公式表示为:P n[L ] i(h」)？ < Cf T6670T教材 p351 式 17.13)轴承预期寿命[Lh]参考值见教材p351表17.1110660nC f P ；60n[L ]C = P J hj 厂 v 106T轴承工作温度/c°100125150175200225250300fT10.950.90.850.80.750.700.60温度系数 fT例 17-1 已 知 一 轴 其 两 端 轴 颈 的 直 径 均 为 d=35mm ， 轴 的 转 速 为n=3000r/min，两端轴承上承受的载荷为：比=1000N, F =2100N, K =900N,r1 r2 A方向如图(轴承在运转中受到轻微冲击，使用温度正常，预期使用寿命是[Lh]=2000h，初选轴承6307，试校核此轴承是否适用。

O 2例 12-1 图解：通用轴承的寿命计算公式为： L10hh)1计算并确定当量动载荷P① 查轴承手册 6307 深沟球轴承，得FaC-0r19.20x 1000 - 0.047 ；C =33.40 k N, C =19.20 k N； r 0r②计算轴承的相对轴向载荷F /C0a0r900③ 计算 e查表 12-5 表，利用插分法得e = 022+器爲皿-0-028 )=宀④ 计算F/C］需分别计算F /匚和F /C2a r1 a r1 a r2三=型=0.90 戈=竺=0.043F 1000 F 21000r1 r2。