滚动轴承寿命校核

1、滚滚 动动 轴轴 承承 校校 核核球球滚子滚子圆柱滚子圆柱滚子滚针滚针鼓形滚子鼓形滚子圆锥滚子圆锥滚子除滚动体外，其它元件可有可无除滚动体外，其它元件可有可无 1 1、滚动轴承、滚动轴承的基本结构的基本结构内圈内圈外圈外圈滚动体滚动体保持架保持架保保持持架架2 2、滚动轴承的失效形式、滚动轴承的失效形式 运转运转中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不中的滚动轴承可能由于装配不当、润滑不 良、良、水分外，水分外，即使即使在安装、润滑和使用维护都在安装、润滑和使用维护都正常正常的情况下，经过一段时间的情况下，经过一段时间的运转的运转 ，轴承也会出现疲劳，轴承也会出现疲劳剥落和剥落和磨损滚动轴承虽然结

2、构简磨损滚动轴承虽然结构简单单 ，但失效形式却表现出多样，但失效形式却表现出多样 性性，主要的失效形式，主要的失效形式有疲劳失有疲劳失效（点蚀）、磨损失效效（点蚀）、磨损失效、腐蚀失效、断裂失效、胶合失效和塑腐蚀失效、断裂失效、胶合失效和塑性变形六种。性变形六种。2.1 疲劳失效（点蚀）疲劳失效（点蚀） 疲劳失效是疲劳失效是滚动轴承失效滚动轴承失效的的主要主要形式，常表现为滚动体形式，常表现为滚动体或内或内外圈外圈滚道表面脱落或滚道表面脱落或蜕皮。蜕皮。 初期是初期是在接触表面形成在接触表面形成不规则不规则的凹坑的凹坑 ，而后逐，而后逐渐延伸成片，冲击载荷造成振动和噪声渐延伸成片，冲击载荷造成

3、振动和噪声的加剧的加剧交交变的疲劳应力是造成疲劳剥落的主要原因，有时变的疲劳应力是造成疲劳剥落的主要原因，有时也也与与润滑不润滑不 良或强迫安装良或强迫安装有关。有关。 而而通常所说的轴承寿命即通常所说的轴承寿命即是指是指轴承的轴承的疲劳寿命。疲劳寿命。点蚀点蚀2.2 磨损磨损失效失效 磨损磨损是滚动轴承失效的另一常见形式，是轴承是滚动轴承失效的另一常见形式，是轴承滚道滚道 、滚动体滚动体、保持架、保持架 、座孔或轴颈由于机械原、座孔或轴颈由于机械原因而引起的表面磨损因而引起的表面磨损磨损磨损造成轴承游隙增大、表造成轴承游隙增大、表面粗糙度增加面粗糙度增加 ，轴承运转精度降低轴承运转精度降低、

4、振动和噪声振动和噪声增大增大磨粒磨粒 (尘埃尘埃、异物异物的的侵入侵入)及及润滑润滑不良不良造成造成磨损磨损的根本原因的根本原因2.3 腐蚀腐蚀失效失效 润滑油润滑油 、水份或湿气产生的化学腐蚀、水份或湿气产生的化学腐蚀 ，电，电流通过流通过引起电火花引起电火花而产生的电腐蚀及轴承内外圈而产生的电腐蚀及轴承内外圈与座孔或轴颈存在微小相对运动形成微振腐蚀是与座孔或轴颈存在微小相对运动形成微振腐蚀是滚动轴承腐蚀失效的三种表现形式表面腐蚀导滚动轴承腐蚀失效的三种表现形式表面腐蚀导致高精度轴承精度丧失而失去其致高精度轴承精度丧失而失去其功能功能.2.4 2.4 断裂断裂失效失效 滚动轴承滚动轴承零件材

5、料有缺陷和热处理零件材料有缺陷和热处理不良不良，运，运行中过载、转速过高、润滑行中过载、转速过高、润滑不良不良或装配不善造成或装配不善造成过大的热应力等可能引起轴承零件轴承出现裂纹过大的热应力等可能引起轴承零件轴承出现裂纹或断裂、加速其劣化或断裂、加速其劣化 2.5 胶合胶合失效失效 润滑润滑不不 良、高速重载下工作的滚动轴承，由于良、高速重载下工作的滚动轴承，由于摩擦生热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的摩擦生热，轴承零件可以在极短时间内达到很高的温度，使一个表温度，使一个表 面面上的金属粘附到另一个表面上上的金属粘附到另一个表面上 ，接触表面出现压痕，接触表面出现压痕，产生剥落区。产生剥

6、落区。 2.6 塑性变形塑性变形 过过大的冲击载荷或静载荷、硬度很高的异物大的冲击载荷或静载荷、硬度很高的异物侵入会造成滚动轴承零件局部的永久变形侵入会造成滚动轴承零件局部的永久变形 ，从，从而在运转过程中产生剧烈的振动和噪声而在运转过程中产生剧烈的振动和噪声 ，压痕，压痕引起的冲击载荷也会进一步引起附近表面的剥落引起的冲击载荷也会进一步引起附近表面的剥落.3 3、重要的名词、重要的名词 在在一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小一定载荷作用下，轴承在出现点蚀前所经历的转数或小时数，称为轴承寿命。时数，称为轴承寿命。 由于制造精度、材料的均质程度等的差异，即使是同样的由于制造精度、材

7、料的均质程度等的差异，即使是同样的材料、同样尺寸以及通用一批生产出来的轴承，在完全相同的材料、同样尺寸以及通用一批生产出来的轴承，在完全相同的条件下工作，他们的寿命也会极不相同。条件下工作，他们的寿命也会极不相同。 轴承轴承的寿命不能以同一批试验轴承中的最长寿命或最短寿的寿命不能以同一批试验轴承中的最长寿命或最短寿命作为标准。前者过于不安全，而后者有过于保守命作为标准。前者过于不安全，而后者有过于保守。3.1 轴承的寿命轴承的寿命10090 80 70 60 50 40 30 20 10 0151020未失效轴承数量%轴承的寿命轴承的寿命/（106r） 现在规定：一组在相同条件下运转的近于相同

8、的轴承，现在规定：一组在相同条件下运转的近于相同的轴承，将其可靠度为将其可靠度为90%90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%10%的轴承发生点蚀破坏，而的轴承发生点蚀破坏，而90%90%的轴承不发生点蚀破坏前的轴承不发生点蚀破坏前的转数（以的转数（以10106 6转为单位）或小时数转为单位）或小时数作为轴承的寿命，并把这个寿命作为轴承的寿命，并把这个寿命叫做叫做基本额定寿命基本额定寿命，以，以L L1010表示。表示。9010完好完好对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度对单个轴承而言，能达到此寿命的可靠度为为90%90%，即，即R=90%R=90%

9、。3 3、2 2 轴承的基本额定寿命轴承的基本额定寿命基本额定动载荷基本额定动载荷C：轴承的基本额定寿命为：轴承的基本额定寿命为106 转时，转时， 轴承轴承所能承受所能承受的最大动载荷的最大动载荷。 径向接触轴承径向接触轴承的的 C 是纯径向载荷是纯径向载荷，用，用 Cr表示。表示。 向心角接触轴承的向心角接触轴承的 C 是所受载荷的径向分量，也用是所受载荷的径向分量，也用 Cr 表示。表示。 轴向接触轴承的轴向接触轴承的 C 是中心轴向载荷，用是中心轴向载荷，用 Ca表示表示。3 3、3 3滚动轴承的基本额定动载荷滚动轴承的基本额定动载荷3 3、4 4 基本基本额定额定静载荷静载荷 轴承的

10、正常失效形式是点蚀破坏，但是，轴承的正常失效形式是点蚀破坏，但是，对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承对于那些在工作载荷下基本上不旋转的轴承,或或者慢慢的摆动者慢慢的摆动 以及转速极低的轴承，塑性变形以及转速极低的轴承，塑性变形才是轴承的失效形式。才是轴承的失效形式。 国标国标规定规定，使受，使受载载最大滚动体最大滚动体和滚道接触中和滚道接触中心心处引起的接触应力达到一定值的载荷，作为轴处引起的接触应力达到一定值的载荷，作为轴承静强度的界限，这被称为轴承的基本承静强度的界限，这被称为轴承的基本额定额定静载静载荷，用荷，用Co(Cor或或Coa)表示。表示。4 4、滚动轴承寿命的计算公式、滚动

11、轴承寿命的计算公式轴承的载荷轴承的载荷-寿命曲线寿命曲线 如右图所示曲线是在如右图所示曲线是在大量试验研究基础上得出大量试验研究基础上得出的代号为的代号为6208轴承的载荷轴承的载荷-寿命曲线。其它型号的轴寿命曲线。其它型号的轴承也有与上述曲线的函数承也有与上述曲线的函数规律完全一样的载荷规律完全一样的载荷-寿命寿命曲线。曲线。该曲线公式表示为：该曲线公式表示为：)转10()(610PCL4.1 轴承的载荷轴承的载荷-寿命曲线寿命曲线 为寿命指数，对于球轴承为寿命指数，对于球轴承 3；对于；对于滚子轴承滚子轴承 10/3。式中式中，L10的单位为的单位为106r。 P为当量动载荷（为当量动载荷

12、（N）。）。 实际实际计算中，用小时数表示比较方便。令转速为计算中，用小时数表示比较方便。令转速为n（r/min），则），则)()(60106hPCnLh 常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。常以设备的中修期或大修期作为轴承的设计寿命。疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为：疲劳寿命校核计算应满足的约束条件为：hhLL 式中，式中，Lh为轴承预期计算寿命，为轴承预期计算寿命，见下表。见下表。滚动轴承的寿命计算24.2 滚动轴承滚动轴承的当量动载荷的当量动载荷 当量动载荷当量动载荷：是由轴承实际所受载荷转换得到的假想载荷，：是由轴承实际所受载荷转换得到的假想载荷，它与基本额定动载荷它与基本额

13、定动载荷 C 的的确定条件确定条件及及性质性质相同，用相同，用 P表示。表示。 arYFXFP当量动载荷当量动载荷式中：式中：Fr 、Fa 分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷；分别为轴承承受的径向载荷和轴向载荷； X 、Y 分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数分别为轴承的径向载荷系数与轴向载荷系数 ； 对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、对只能承受纯径向载荷的向心圆柱滚子轴承、滚针轴承、螺旋轴承螺旋轴承 ： rFP 对只能承受纯轴向载荷的推力轴承对只能承受纯轴向载荷的推力轴承 ： aFP 根据机器的实际工作情况，引入根据机器的实际工作情况，引入载荷系数载荷系数f p ，用于计入

14、，用于计入冲击、振动对载荷的影响。冲击、振动对载荷的影响。)(arpYFXFfPrpFfPapFfP4.3 4.3 角接触球轴承与圆锥滚子轴承角接触球轴承与圆锥滚子轴承的和径向载荷的和径向载荷F Fr r轴向轴向 载荷载荷F Fa a的计算的计算 角角接触球轴承与接触球轴承与圆锥滚子轴承在承受径向载荷时，要圆锥滚子轴承在承受径向载荷时，要产生派生的轴向力，为了保证这类轴承的正常工作，通常产生派生的轴向力，为了保证这类轴承的正常工作，通常是成对使用的。下图表示了是成对使用的。下图表示了 两种不同的安装方式。两种不同的安装方式。 在按公式计算各轴承的当量动载荷在按公式计算各轴承的当量动载荷P时，其

15、中的径时，其中的径向载荷向载荷Fr是由外界作用到轴上的径向力是由外界作用到轴上的径向力Fre在各轴承上产在各轴承上产生的径向载荷。生的径向载荷。 产生派生轴向力的原因产生派生轴向力的原因：承载区内每个滚动体的反力：承载区内每个滚动体的反力都是沿滚动体与套圈接触点的法线方向传递的。都是沿滚动体与套圈接触点的法线方向传递的。 轴承安装不同时，产生的派生轴向力也不同。轴承安装不同时，产生的派生轴向力也不同。 而其中的轴向载荷而其中的轴向载荷Fa并不完全是有外界的轴向作用力并不完全是有外界的轴向作用力Fae产生，而是根据整个轴上的轴向载荷（包括因径向载荷产生，而是根据整个轴上的轴向载荷（包括因径向载荷

16、Fr 产生产生的派生的派生轴向力轴向力S）之间的平衡条件得出。）之间的平衡条件得出。工作情况2 角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取角接触球轴承及圆锥滚子轴承的派生轴向力的大小取决于该轴承所受的决于该轴承所受的径向载荷径向载荷和和轴承结构轴承结构，按下表计算按下表计算。 轴承所受总载荷的作用线与轴承轴心线的交点轴承所受总载荷的作用线与轴承轴心线的交点 ， 即即为为轴承载荷中心轴承载荷中心（支反力的作用点）。（支反力的作用点）。 派生力的方向总是由派生力的方向总是由轴承宽度中点轴承宽度中点指向指向轴承载荷轴承载荷中心中心。 S的方向：沿轴线由轴承的方向：沿轴线由轴承外圈的宽边外圈的宽边

17、窄边窄边。13-4 滚动轴承的寿命计算 一成对安装的向心接触轴承，一成对安装的向心接触轴承，FR及及Fae分别分别为作用在为作用在轴上的径向载荷及轴向载荷。两轴承受的径向载荷分别轴上的径向载荷及轴向载荷。两轴承受的径向载荷分别为为Fr1及及Fr2，相应的派生轴向力为，相应的派生轴向力为S1及及S2。F Fae ae Fae 对上图进行分析：对上图进行分析： 如果如果S1Fae S2，则轴有右移的趋势，此时轴承，则轴有右移的趋势，此时轴承被被“压紧压紧”，轴承，轴承被被“放松放松”。但实际上轴必须处于平。但实际上轴必须处于平衡位置，所以被压紧的轴承衡位置，所以被压紧的轴承所受的总轴向力所受的总轴

18、向力 必须与必须与S1Fae 相平衡，即相平衡，即2aFae1FS2aF11SFaFaeFaeFae而被放松的轴承而被放松的轴承只受其本身派生的轴向力只受其本身派生的轴向力S1，即即 如果如果S1Fae S2，则轴有左移的趋势，此时轴承，则轴有左移的趋势，此时轴承被被“压紧压紧”，轴承，轴承被被“放松放松”。 同前理，根据同前理，根据力的平衡关系力的平衡关系，作用在轴承作用在轴承、上的上的轴向力分别为轴向力分别为22SFaae21FSFaFaeFaeFae 综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力综上可知，计算角接触球轴承和圆锥滚子轴承所受轴向力的方法可归结为的方法可归结为：（1）根

19、据轴承的安装方式及轴承类型，确定轴承派生轴向）根据轴承的安装方式及轴承类型，确定轴承派生轴向力力S1、S2的方向及大小的方向及大小；（2）确定作用于轴上的轴向外载荷的合力）确定作用于轴上的轴向外载荷的合力Fae的的方向及大小方向及大小；（3）判明轴上全部轴向载荷的合力指向，再根据轴承的安）判明轴上全部轴向载荷的合力指向，再根据轴承的安装方式找出被装方式找出被“压紧压紧”和和“放松放松”的轴承的轴承；（4）被）被“压紧压紧”轴承的轴向载荷等于轴承的轴向载荷等于除本身派生轴向载荷除本身派生轴向载荷以外的以外的其他外加轴向载荷其他外加轴向载荷的代数和的代数和；（5）被）被“放松放松”轴承的轴向载荷等

20、于轴承自身的派生轴向轴承的轴向载荷等于轴承自身的派生轴向载荷载荷。5、应用、应用例例 设某支撑根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载设某支撑根据工作条件决定选用深沟球轴承。轴承径向载荷荷Fr=5500N，轴向载荷，轴向载荷Fa=2700N，轴承转速，轴承转速n=1250r/min,装轴装轴承处的轴颈直径可在承处的轴颈直径可在5060mm范围内选择，运转时有轻微冲击，范围内选择，运转时有轻微冲击，预期计算寿命预期计算寿命Lh=5000h。试选择其轴承型号。试选择其轴承型号。解 1. 求比值49.055002700FFra查表知深沟球轴承的最大e值为0.44，故此时eraFF2. 初步计算当量

21、动载荷ParpYFXFfP查载荷系数表知，fp=1.01.2,取fp=1.2查表知，X=0.56，Y值需在已知型号和基本额定静载荷Co后才能求出。先暂选一近似中间值，取Y=1.5，则N8556N27005.1550056.02.1P3. 求轴承应有的基本额定动载荷61699NN10500012506085561060C366hnLP4. 按照机械设计手册选择C=61800N的6310轴承此轴承的基本额定静载荷Co=3800N。验算如下：a. 求相对轴向载荷对应的e值与Y值。相对轴向载荷为在表中介于0.070.13之间，对应的e值为0.270.31，Y值为1.61.4。07105.0380002

22、700oCFb. 用线性插值法求Y值。故 X=0.56， Y=1.597597.107.013.007105.013.04.16.14.1Yc.求当量动载荷P。N28.8870N2700597.1550056.02.1Pd. 验算6310轴承的寿命。h500012.4509h28.887061800125060106010L366hPCnh即低于预期寿命。 例例1 设根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承，如下设根据工作条件决定在轴的两端反装两个角接触球轴承，如下图（图（a）所示，一直轴上齿轮受切向力）所示，一直轴上齿轮受切向力Fte=2200N，径向力，径向力Fre=900N，轴向力

23、轴向力Fae=400N，齿轮分度圆直径，齿轮分度圆直径d=314mm，齿轮转速，齿轮转速n=520r/min，运转中有中等冲击载荷，轴承预期寿命运转中有中等冲击载荷，轴承预期寿命 h，设初选两个轴，设初选两个轴承型号均为承型号均为7207C，试验算轴承是否达到预期寿命的要求。，试验算轴承是否达到预期寿命的要求。 15000Lh解 查滚动轴承机械设计手册可知角接触轴承7207C的基本额定动载荷C=30500N，基本额定静载荷Co=20000N。1. 求两轴承受到的径向载荷Fr1和Fr2 将轴系部件受到的空间力系分解为铅垂面（图b）和水平面（图c）两个平面力系。其中图c中的Fte为通过另加转矩而平

24、移到指向轴线；图a中的Fae亦应通过另加转矩而平移到作用于轴线上。由力分析可知：NNdFFaerev38.22552023144002009003002002200F1rNNFFvrrev38.225900F12rNNFteHr15.8462200520200320200200F1NNFteHr85.135315.8462200F-FH1r2NNFFHrvr65.87515.84638.225F2221211rNNFFHrvr62.151285.135362.674F2222222r2. 求两轴承的轴向力Fa1和Fa2 对于7000C型轴承，按下表1查，轴承派生轴向力Fd=eFr，其中e是表2中的判断系数，其值由Fa/Co的大小来确定，但现在轴向力Fa