深沟球轴承的寿命计算

2017-01-09

国防制造技术 2016年3期

（闽江学院，福建福州，350108）

深沟球轴承的寿命计算

董春兰

（闽江学院，福建福州，350108）

寿命计算对轴承的选用具有重要作用，本文对6206轴承在一定的使用条件下进行了基本额定寿命与修正基本额定寿命的计算，其中在寿命系数AISO中K值计算选择了适合的方法，计算出来的修正基本额定寿命值与实际寿命值相近。因此应根据计算出的修正寿命值对轴承的选用是否合理做出判断。

轴承；寿命计算；寿命系数

滚动轴承是一种精密的机械支撑元件，在工作中丧失其规定的功能，而导致故障或不能正常工作的现象称为失效。正确选用轴承，对主机获得良好的工作性能，延长使用寿命等有十分重要的作用。选择轴承要根据工作条件来选择轴承基本类型、公差等级和游隙；根据轴承的工作条件、受力情况和寿命要求来计算确定轴承型号；或根据使用要求，选定轴承型号，再验算选定轴承寿命，以判断选择是否正确。寿命计算对轴承的设计和合理选用具有重要作用。

1 轴承寿命计算方法

工作中的轴承最终会损坏。轴承寿命的离散性很大，讨论寿命时必须以一批轴承为对象。大多使用基本额定寿命L10作为寿命值。L10受轴承的载荷影响很大，Lundberg和PaImgren从理论上推导出关系式:

并根据实验得出球轴承的指数p=3，对于向心轴承，式中P取纯径向载荷，C为基本额定动载荷。轴承的实际寿命不仅受型式、尺寸的影响，其内部设计、材料批差、加工方法、使用方法、润滑方式等都会对寿命产生影响。随着轴承钢纯净度的提高以及加工方法、润滑剂、润滑方法等技术的进步，长寿命轴承不断增加，为此对（1）式进行了修订，修正额定寿命的计算式为:

式中：Lna：可靠度为（100-n）%时修正疲劳寿命；a1:可靠度-寿命修正系数；a2:轴承性能-寿命修正系数；a3:运转条件-寿命修正系数[1]。根据L-P理论和修正额定寿命计算方法，不论外加载荷是多大，滚动轴承的疲劳寿命总是有限的。然而在某些应用场合，经过标准设计和采用高质量钢材精密制造的轴承的耐久性试验数据说明，无限长的疲劳寿命是实际存在的。L-P理论没有包括耐久极限概念、表面切应力的影响、轴承工作温度及其对材料性能、润滑、表面切应力的影响。考虑到L-P理论的局限性，Loannides-Harris提出了寿命公式的另一种形式：

式中：LnM为可靠度等于（100-n）%的修正基本额定寿命；AISO是总的寿命系数；A1是可靠性寿命系数。通过对实验结果的统计分析表明：L-H理论的计算结果更接近实验结果[2]。

2 实例计算

某设备中根据使用要求选用了深沟球轴承6206：基本额定动载荷C：19.4kN ；径向载荷P：2kN ；疲劳负荷极限Pu：0.48kN；旋转速度2500r/min；油膜参数Λ=1.5；轴承工作处于正常清洁状态，颗粒污染参数CL=0.55。

表1 AISO中的系数和指数

用基本额定寿命计算方法计算可靠度为90%时轴承寿命为：

以另一种更接近实验结果的寿命公式的形式：LnM=A1AISOL10来计算可靠度为90%时的寿命。其中A1可根据可靠度具体数值要求从表中[3]查出。根据题意：取A1=1。

总的寿命系数：

CL：颗粒污染参数；Pu：疲劳负荷限值；P：当量动载荷；K：润滑剂效果参数；

ν：工作温度下的润滑剂运动粘度； ν1：充分润滑的运动粘度；

ho：最小油膜厚度；δ1：滚道表面的均方根偏差；δ2：钢球或滚子表面的均方根偏差。

目前表面粗糙度的评定参数一般采用算数平均偏差Ra，它与均方根偏差之间的换算关系近似为：δ=1.25Ra。

Λ：油膜润滑参数：综合了油膜厚度和粗糙度对润滑的共同影响。当Λ≥3时，称为全膜弹流润滑。当Λ＜3时，称为部分膜弹流润滑。滚动轴承中的润滑状态一般是处于Λ=2左右。从疲劳寿命与油膜润滑参数的关系图中可以看出：Λ小于1时疲劳寿命急剧下降，而Λ大于等于4时疲劳寿命提高一倍以上。Λ在1.5左右时疲劳寿命与计算值一致[3]。

当轴承的转速、受载适中，接触表面粗糙度值较低，形貌较好的情况下用的方法计算；油膜的厚度比较小，油膜稀薄，接触表面粗糙、转速受载不适中的情况下采用计算方法，如果用油膜参数方法得到的K值大于4，则要采用粘度的比值方法计算K值[4]。

式AISO中的系数和指数根据Λ的具体数值从表1中取值。

Λ=1.5，用油膜参数方法计算K=Λ1.12=1.51.12=1.5748＜4，所以用油膜参数法计算得到的K值可用。将K值带入到总的寿命系数AISO表达式中，并根据Λ=1.5确定出AISO表达式中的系数和指数，得到：