GB-Z 36517-2018 滚动轴承 一般载荷条件下轴承修正参考额定寿命计算方法

ICS21.100.20中华人民共和国国家标准化指导性技术文件GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008滚动轴承一般载荷条件下轴承修正参考额定寿命计算方法国家市场监督管理总局中国国家标准化管理委员会IGB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008本指导性技术文件按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。本指导性技术文件使用翻译法等同采用ISO/TS16281:2008《滚动轴承一般载荷条件下轴承修正参考额定寿命计算方法》和ISO/TS16281:2008/Co——纳入技术勘误ISO/TS16281:2008/Cor.1:2009与本指导性技术文件中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下：——GB/T6391—2010滚动轴承额定动载荷和额定寿命(ISO281:2007,IDT)——GB/T7811—2015滚动轴承参数符号(ISO15241:2012,IDT)本指导性技术文件由中国机械工业联合会提出。本指导性技术文件由全国滚动轴承标准化技术委员会(SAC/TC98)归口。ⅡGB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008载荷极限等因素对轴承寿命影响方面的知识。因此，现在可在寿命计算中更全面地考虑影响轴承寿命ISO281:2007提供了一种在计算轴承修正额定寿命时能够持续应用该方面新知识的方法。然而，ISO281:2007中给出的计算方法不能考虑轴承倾斜或偏斜对寿命的影响，以及运转过程中轴承游隙对算污染和其他因素的影响提供最准确的支撑。1GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008滚动轴承一般载荷条件下轴承修正参考额定寿命计算方法给出的计算方法比ISO281涵盖了更多的影响参数。ISO281中给出的指导和限制条件也适用于本指导性技术文件。本计算方法适用于轴承的疲劳寿本指导性技术文件还适用于承受纯径向载荷的倾斜的单列滚子轴承，考虑了径向游隙、边缘应力和倾斜。本指导性技术文件还给出了在一般载荷条件下分析内部载荷分布的参考方法。对多列轴承或几何形状更为复杂轴承的内部载荷分布和修正参考额定寿命的分析，可由本指导性本指导性技术文件主要目的是用于计算机程序，其与ISO281一起涵盖了寿命计算所需的信息。对于在上述规定工况下的精确寿命计算，建议使用本指导性技术文件或轴承制造商提供的先进的计算2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文ISO281:2007滚动轴承额定动载荷和额定寿命(Rollingbearings—Dynamicloadratingsandratinglife)ISO15241滚动轴承参数符号(Rollingbearings—Symbolsforphysicalquantities)3符号ISO15241给出的以及下列符号适用于本文件，也可参见ISO281:2007第3章中的术语和定义以及ISO281中的其他定义。a₁:可靠度寿命修正系数2GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008E(X):第二类完全椭圆积分e:外圈或座圈的下标ec:污染系数F(p):相对曲率差Fa:轴承轴向载荷(轴承实际载荷的轴向分量),NF₁:轴承径向载荷(轴承实际载荷的径向分量),Nf[j,k]:考虑边缘载荷的应力修正函数i:内圈或轴圈的下标i:滚动体列数K(X):第一类完全椭圆积分ns:切片数qj,k:滚子j第k个切片上的载荷，N1)1MPa=1N/mm²。3GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008Rp:球面滚子的凸度半径，mmre:外圈或座圈沟道半径，mmri:内圈或轴圈沟道半径，mms:轴承径向工作游隙，mmxk:第k个切片中心与滚子中心之间的距离，mmZ:滚动体数δ:滚动体与内、外圈接触的总弹性变形，mmδ;:滚动体j的弹性变形，mmδj,:滚子j第k个切片的弹性变形，mmδa:轴承两个套圈间的相对轴向位移，mmδ:轴承两个套圈间的相对径向位移，mmλ:考虑应力集中的降低系数v:对指数变化的修正系数vE:泊松比p:接触表面的曲率，mm-¹φ;:滚动体j的角位置，()X:接触椭圆长半轴与短半轴之比ψ:内滚道与外滚道之间的总偏斜角，(°)ψ;:滚动体j的平面内，内滚道与外滚道之间的总偏斜角，(°)4球轴承4.1总则本章描述了在考虑径向游隙和倾斜的条件下，对承受径向和轴向载荷的向心球轴承和推力球轴承内部载荷分布的分析。关于不同几何参数轴承或在更复杂载荷条件下的分析计算方法，可由本技术文件中给出的公式推出。轴承内部载荷分布只针对静平衡计算；假设诸如向心力和陀螺力等动力学效应是不显著的，该假设一般对低、中速有效。高速时，向心力和陀螺力的影响可能变得突出，且可能会显著改变轴承内部载荷分布。4.2轴承内部载荷分布4.2.1点接触的弹性变形点接触的弹性变形可由赫兹理论计算。单点接触的弹性变形δ为：4GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008椭圆长半轴与短半轴之比X是式(2)的根：其中，第一类完全椭圆积分K(X):第二类完全椭圆积分E(X):在内圈接触处的相对曲率差F₁(p):在外圈接触处的相对曲率差F.(p):…………(2)…………(6) (8)与内、外圈接触的总弹性变形δ为： (9)这导出了载荷—变形关系公式(10):Q=cpδ3/2 (10) (11)4.2.2静平衡对于具有在直径方向上测得的径向工作游隙s、原始接触角a₀=arccos[1—(s/2A)]的向心球轴承而言，其滚动体的总弹性变形δ;为：8;=〈√(Acosa。+δ:cosφ;)²+(Asinao+δa+Rsinψcosφ;)²-A〉若式(12)的右侧为负值，则设其为0。注：原始接触角α₀一般不同于ISO281中的公称接触角α。在式(12)中，A为沟道半径r;与r.的曲率中心距，见图1。A=r;+re一Dw…………(13)5GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008图1辅助几何参数内圈沟道曲率中心与旋转轴线之间的距离R;为：…………接触载荷可使用式(10)通过滚动体的弹性变形来计算，这些接触载荷作用于滚动体工作接触角α;的方向：根据作用于轴承套圈上的外力和力矩与滚动体反作用力的静平衡条件可得到方程组，见4.2.2.1和4.2.2.2,其可以通过迭代解出。4.2.2.1所有力之和 (16) (17)4.2.2.2所有力矩之和6GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:20084.3额定寿命4.3.1对应于基本额定动载荷的滚动体载荷对应于内圈和外圈基本额定动载荷的滚动体载荷Q和Qc由ISO/TR1281-1¹]推出。4.3.1.2向心球轴承对于内圈，单列和多列轴承的Q.可用径向基本额定动载荷C,来计算：对于外圈，单列和多列轴承的Q可用径向基本额定动载荷C.来计算：4.3.1.3公称接触角α≠90°的推力球轴承对于内圈或轴圈，Q.可用轴向基本额定动载荷C.来计算：对于外圈或座圈，Q可用轴向基本额定动载荷Ca来计算：4.3.1.4公称接触角α=90°的推力球轴承对于轴圈，Q.可用轴向基本额定动载荷Ca来计算：对于座圈，Qc可用轴向基本额定动载荷C.来计算：4.3.2滚动体当量动载荷相对于轴承载荷旋转的内圈或轴圈的滚动体当量动载荷Q.为：相对于轴承载荷静止的内圈或轴圈的滚动体当量动载荷Q.为：相对于轴承载荷静止的外圈或座圈的滚动体当量动载荷Q为：相对于轴承载荷旋转的外圈或座圈的滚动体当量动载荷Qc为：…………(25)…………(27)…………(28)7GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008对于正常的载荷分布而言，旋转内圈与静止内圈的滚动体当量动载荷之间的差异小于2%。该差异一般可忽略，尤其是当内圈和外圈上的滚动体当量动载荷偏差可以部分相互补偿时。在进行计算时，通常认为内圈是旋转的，外圈是静止的。4.3.3基本参考额定寿命利用对应于基本额定动载荷的滚动体载荷和滚动体当量动载荷，可计算出基本参考额定寿命L1or。4.3.4参考当量动载荷向心球轴承的参考当量动载荷Pref.为： (30)推力(轴向)球轴承的参考当量动载荷Prcf,为： (31)4.3.5修正参考额定寿命向心球轴承的修正参考额定寿命Lnm可利用寿命修正系数arso来计算，arso可使用ISO281:2007的公式(31)～公式(33)来计算： (32)对于推力球轴承，修正参考额定寿命为： (33)其中，寿命修正系数aiso可使用ISO281:2007的公式(37)～公式(39)来计算。5滚子轴承本章描述了在考虑径向游隙和倾斜的条件下，对承受径向载荷的向心滚子轴承内部载荷分布的分析。关于不同几何参数轴承或在更复杂载荷条件下的分析计算方法，可由本技术文件中给出的公式推出。轴承内部载荷分布只针对静平衡计算；假设诸如向心力和陀螺力等动力学效应是不显著的，该假设一般对低、中速有效。高速时，向心力和陀螺力的影响可能变得突出，且可能会显著改变轴承内部载荷分布。5.2轴承内部载荷分布5.2.1线接触的弹性变形根据参考文献[4],线接触滚动体的弹性变形可描述为：Q=cLδ10/9 (34)其中，钢制接触零件的弹性常数cL为：CL=35948Lw8/9 (35)8GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008δ图2滚子接触的总变形5.2.2切片模型对于滚道为圆柱形的情况，偏斜滚动体的弹性变形可由切片模型来描述。为计算弹性变形，滚子被分成ns个相同的切片，见图3。切片数ns至少应为30。计算滚子j第k个切片上载荷q;,的载荷—变形公式为： (36) (37)对于内圈的径向位移δr,滚动体j的弹性变形δ;为： (38)在滚动体j的平面内，滚道间的总偏斜角ψ;(图4所示)为：ψ;=arctan(tanψcosφ;)…………………(39)这导出了滚动体j第k个切片的弹性变形δj,:若式(40)的右侧为负值，则设其为0。注：当存在挡边载荷的影响以及内圈与外圈轮廓差异时，式(40)中的假设并不完全正确。进一步将轮廓深度从变形中减去： (41)若式(41)的右侧为负值，则设其为0。图3切片模型9GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008A—A图4偏斜的滚子轴承若纯圆柱形的滚子受载，会出现边缘应力，该应力可能大大超过计算出来的赫兹压力。因此，通常对滚子进行修形。对于钢制滚子和一般应用条件，推出了式(42)～式(44)的轮廓函数P(xk)。对于长度Lw>2.5Dw的滚子，应采用分段定义的轮廓函数：………………P(xk)=0…………(43)式(42)～式(44)中的轮廓函数给出了近似值。基于制造商专业知识的实际滚子设计可能明显偏离这些参考几何参数。5.2.4静平衡根据作用于轴承套圈上的外力和力矩与滚动体反作用力的静平衡条件可得到方程组，见5.2.4.1和GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:20085.2.4.2,其可以通过迭代解出。5.2.4.1所有力之和 (45)5.2.4.2所有力矩之和5.3额定寿命5.3.1对应于基本额定动载荷的滚动体载荷5.3.1.1总则对应于内圈和外圈基本额定动载荷的滚动体载荷Q.和Qce由ISO/TR1281-1¹]推出。5.3.1.2向心滚子轴承对于单列和多列轴承，对应于内圈和外圈基本额定动载荷的滚动体载荷Q。和Q.可用径向基本额定动载荷C,来计算： (47) (48)根据参考文献[1],λv=0.83 (49)λv的值需按参考文献[5]、[6]或[7]所描述的方法对接触应力进行细致的分析，或应用式(60)中的应力集中近似公式。5.3.1.3公称接触角α≠90°的推力滚子轴承对应于内圈(轴圈)和外圈(座圈)基本额定动载荷的滚动体载荷Q。和Q,可用轴向基本额定动载荷C.来计算： (50) (51)λv=0.73λv的值需按参考文献[5]、[6]或[7]所描述的方法对接触应力进行细致的分析，或应用式(60)中的应力集中近似公式。5.3.1.4公称接触角α=90°的推力滚子轴承对应于轴圈和座圈基本额定动载荷的滚动体载荷Q.和Qc可用轴向基本额定动载荷C。来计算。 (53)GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008 (54)式中：λv=0.73 (55)λv的值需按参考文献[5]、[6]或[7]所描述的方法对接触应力进行细致的分析，或应用式(60)中的应力集中近似公式。5.3.2轴承切片的基本额定动载荷内圈的某一轴承切片的基本额定动载荷q.为：外圈的某一轴承切片的基本额定动载荷qcc为：…………(56)…………(57)5.3.3边缘应力集中在滚动体仅少许修形或严重偏斜的情况下，会出现边缘应力，其在额定寿命计算中应予以考虑。滚动体长度上的接触应力分布可利用参考文献[5]、[6]或[7]来进行计算。依据计算出来的滚子长度上的接触应力分布，可由式(58)得到内圈滚道上的应力集中近似函数f;[j,k],由式(59)得到外圈滚道上的fe[j,k]。 (58) (59)作为第一近似式，由接触应力计算所确定的应力集中函数f[k]可用于第k个切片： (60)该近似函数仅对使用式(42)、(43)和(44)得到的近似轮廓有效，并假定满足中等载荷及轴承总偏斜角小于4'的条件。对于一般计算，推荐使用参考文献[5]、[6]和[7]中描述的方法。5.3.4某一切片上的当量动载荷相对于载荷旋转的内圈第k个切片上的当量动载荷qk为：相对于载荷静止的内圈第k个切片上的当量动载荷qki为：相对于载荷静止的外圈第k个切片上的当量动载荷qkee为：相对于载荷旋转的外圈第k个切片上的当量动载荷qke为：…………(61)……(62)……(63)…………(64)GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008对于正常的载荷分布而言，旋转内圈与静止内圈的滚动体当量动载荷之间的差异小于2%。该差异一般可忽略，尤其是当内圈和外圈上的滚动体当量动载荷偏差可以部分相互补偿时。在进行计算时，通常认为内圈是旋转的，外圈是静止的。5.3.5基本参考额定寿命基本参考额定寿命L10r为：………………5.3.6参考当量动载荷向心滚子轴承的参考当量动载荷Precf.为：推力滚子轴承的参考当量动载荷Pre.为： (66) (67)5.3.7修正参考额定寿命对于向心滚子轴承，修正参考额定寿命Lnmr为：式中，寿命修正系数aiso可使用ISO281:2007中的公式(34)～公式(36)计算。轴承第k个切片的当量动载荷P.s为：对于推力滚子轴承，修正参考额定寿命为： (70)式中，寿命修正系数aiso可使用ISO281:2007中的公式(40)～公式(42)计算。轴承第k个切片的当量动载荷P.s为： (71)6参考几何参数依据本技术文件中给出的向心球轴承和向心滚子轴承的计算方法，可推出具有更复杂结构的轴承的计算方法。在此只定义了最常用轴承结构类型的参考几何参数。此处给出的几何参数数据为近似值。基于制造商专业知识的实际轴承结构可偏离这些参考几何参数。6.2圆柱滚子轴承和滚针轴承滚子轮廓在式(42)、式(43)和式(44)中定义。GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:20086.3深沟球轴承、角接触球轴承和可分离球轴承re=0.53Dw………………(72)内圈的沟道半径r;为：6.4调心滚子轴承外圈的球面滚道半径r.为：滚动体的凸度曲率半径Rp为： ri=re (75) (76)6.5圆锥滚子轴承圆锥滚子的轮廓：………6.6调心球轴承外圈的球面滚道半径： (78)内圈的沟道半径： (79)6.7推力圆柱滚子轴承和推力滚针轴承滚子轮廓在式(42)、式(43)和式(44)中定义。6.8推力球轴承和推力角接触球轴承座圈的沟道半径： (80)轴圈的沟道半径： (81)6.9推力调心滚子轴承座圈的球面滚道半径：轴圈的滚道半径： (82) (83)GB/Z36517—2018/ISO/TS16281:2008滚动体的凸度曲率半径：Rp=0.97re…………(84)圆锥滚子的轮廓： 7寿命修正系数aiso和污染系数ec现局部应力升高，这会导致滚动轴承寿命降低。这种由润滑油膜中的污染物引起的寿命降低可通过ISO281中描述的污染系数ec予以考虑。污染系数包含在计算寿命修正系数aiso的公式中。计算系数arso的公式在ISO281中给出。针对不同的轴承类型，如何从ISO281中选择适用公式的建议规定在4.3.5和5.3.7中。污染系数ec的背景在ISO281:2007的9.3中予以了说明，估算污染系数ec大小所需的公式见ISO281:2007的附录A,附录A考虑了下列润滑系统：——采用在线过滤器的循环油润滑；——油浴润滑和仅有离线过滤器的循环油润滑；——脂润滑。8疲劳载荷极限和基本额定动载荷计算轴承疲劳载荷极限C。及基本额定动载荷C,和C。的公式在ISO281中给出。对于精确的计[1]ISO/TR1281-1Rollingbearings—ExplanatorynotesonISO281—Part1:Basicdynloadratingandbasicratinglife[2]HARRIS,T.A.Rollingbearinganalysis,4thedition.Wiley,NewYork,2001,1086[3]BREUER,M.TheoretischeundexperimentelleBesti