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滚动轴承的寿命如何计算
[来源：天津赛美瑞轴承贸易有限公司] [作者：管理员] [日期：2018-04-03 09:26] [热度：]
滚动轴承的寿命是指在一定载荷作用下 ,轴承在出现 点蚀前所经历的转数或小时数。大量的滚动轴承疲劳寿 命试验表明 ,单个轴承最短寿命与最长寿命可相差几十 倍 ,因此对一个轴承来说 ,很难预知其确切的寿命 ,为了兼 顾轴承工作可靠性及经济性 ,必须对试验结果进行科学的 处理 ,因此引入了基本额定寿命及额定动载荷的概念。
滚动轴承寿命计算方法是建立在瑞典科学家 Lunderg 和 Palmgren的滚动接触疲劳理论基础上的。
方法 [ 1 ]规定 额定寿命是指同样规格 (型号、材料、工艺 )的一批轴承在 同样的工作条件下使用 , 90%的轴承不产生点蚀所经历的 转数或小时数。
寿命计算公式 [ 2 ] : Lh = 16 667 n C P ε h 式中 : P ———当量动载荷; C ———额定动载荷; ε ———寿命指数 ,对于滚子轴承 ε= 10 /3,对于球轴 承 ε= 3。 基本额定动载荷是指规定轴承的额定寿命为 100万 转 (10 6 ) h,所能承受的最大载荷。而实际上工作情况是多 种多样的 ,为此要把实际工作条件下的载荷折算为假想寿 命相同的实验载荷 ,即当量动载荷。 2 当量动载荷计算 寿命计算的核心问题就是当量动载荷 P的计算 ,其 计算公式 [2 ]为 : P = xFr + yFa 不同类型的轴承 , 计算当量动载荷的方法也有所 不同。
2. 1 向心轴承和推力轴承 向心轴承和推力轴承的当量动载荷计算比较简单 ,对 于只承受径向载荷的向心轴承 ,当量动载荷 P = Fr,而对 于只承受轴向载荷的推力轴承 ,当量动载荷 P = Fa。对于 既承受径向载荷又承受轴向载荷的轴承 ,当量动载荷 P = xFr + yFa。
2. 2 深沟球轴承 深沟球轴承既能承受径向载荷又可以承受轴向载荷 时 ,当轴向载荷指向哪个轴承 ,就由此轴承来承受轴向载 荷 ,而另外一个轴承所承受的轴向载荷则为零。滚动轴承寿命计算中当量动载荷的确定 M achine Building A utomation, Apr 2010, 39 ( 2) : 68～70 例 :图 1中一轴的两端各采用一个 6310型深沟球轴 承支承 ,外部轴向载荷 Fa = 1 450 N,则 Fa1 = 0; Fa2 = 1 450 N。查表 [3 ]得 6310型轴承得有关 数据 Cr = 47 500 N, C0 = 35 600 N。 再根据 Fa2 C0 = 1 450 35 600 = 0. 04 所以取判别系数 e = 0. 24 [2 ] 得到 Fr1 /Fa1和 Fr2 /Fa2的比值后 ,根据判别系数 e进 行比较 ,从而确定径向载荷系数 x,轴向载荷系数 y的值 , 并根据公式求得当量动载荷 P1 和 P2。
图 1 深沟球轴承的轴向载荷
2. 3 向心角接触轴承 向心角接触轴承 (包括角接触球轴承与圆锥滚子轴 承 )的滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴心线的平 面之间存在着的夹角称为公称接触角。由于公称接触角 的存在 ,当它承受径向载荷作用时 ,轴承内部会产生内部 轴向力 ,为了使它们的内部轴向力得到平衡 ,以免轴发生 串动 ,通常这两种轴承都要成对使用 ,对称安装。当轴上 仅作用径向载荷 Fr 时 ,两轴承上将产生支反力 (径向载 荷 )及内部轴向力 Fs1和 Fs2 ,当轴上同时作用径向载荷 Fr 和轴向载荷 Fa时 ,轴承上的受力则要综合考虑内部轴向 力和外部轴向载荷的作用。角接触球轴承和圆锥滚子轴 承当量动载荷计算的一般计算步骤 : a) 求径向载荷 :由轴上外载荷向两轴承的力作用中 心简化 ,求得轴承的径向载荷 Fr1和 Fr2 ; b) 求内部轴向力 :由轴承的径向力求出两轴承的内 部轴向力。根据轴承的类型求出两轴承的轴向载荷 Fa1和 Fa2角接触向心轴承的内部轴向力 Fs与轴承的内部结构 有关 ,圆锥滚子轴承的内部轴向力 Fs = Fr/2y, y值是指 Fa /Fr > e的 y值。 根据轴承的安装形式 (正装和反装 )确定内部轴向力 的方向 ,轴承正装或反装 ,它的内部轴向力方向有所不同 , 但总是处于内圈与滚动体相对于外圈脱离的方向 ,于是可 以得到正装两轴承内部轴向力互相指向对方 ,反装时两轴 承的内部轴向力彼此远离对方。
图 2 ( a)中 ,一对圆锥滚 子轴承正装时则轴承 1的内部轴向力的方向指向轴承 2 即向右;图 2 ( b)反装时轴承 1的内部轴向力的方向背离 轴承 2即向左。 图 2 圆锥滚子轴承正装、反装的内部轴向力方向 c) 求轴向载荷 :向心角接触轴承轴向载荷的计算是 在综合考虑内部轴向力及外部轴向力的 基础上按力的平 衡关系分析导出的 ,其具体算法归纳主要有两种 [4 ] :“压 紧端 ”判别法和公式计算法。 1) “压紧端 ”轴承判别法 :判别轴承内部轴向力和外 部轴向载荷合力的指向 ,确定“压紧端 ”轴承和“放松端 ” 轴承 ,合力由面 (外圈窄边 )指向背 (外圈宽边 )的轴承被 压紧 ,“放松端 ”轴承的轴向力等于本身的内部轴向力 , “压紧 ”轴承的轴向力等于除本身内部轴向力以外的其他 所有轴向力的代数和。此方法计算比较简便 ,但需借助轴 系结构图作力的分析 ,以确定“压紧端 ”和“放松端 ”。 2) 公式归纳法 :取每个轴承内部轴向力和除本身内 部轴向力以外的其他所有轴向力的代数和的比较大者作 为该轴承的轴向载荷 Fa1 和 Fa2。按分析 ,归纳出两个轴 承轴向载荷的计算公式 : Fa1 = Fs1 Fs2 ±Fa ( Fa与 Fs2 同向取正 ,反向取负 ) 取两者中较大者; Fa2 = Fs2 Fs1 ±Fa ( Fa与 Fs1 同向取正 ,反向取负 ) 取两者中较大者。在这里要特别注意 ,应该是取代数值的 大者 ,例如 : Fa1 = Fs1 = 680 Fa1 = Fs2 - Fa = 340 - 1 200 = - 860 N 取大值 Fa1 = 680 N。所以得到 Fa1 = 680 N,而不是取 Fa1 = 860 N。 这种方法不需要作力的分析 ,计算简便。上述两者方 法计算结果相同。 d) 求当量动载荷 : Fr1 / Fa1 和 Fr2 /Fa2 的比值与判别 系数 e进行比较后 ,确定径向载荷系数 x,轴向载荷系数 y 的值 ,并根据公式求得当量动载荷 P1 和 P2。
滚动轴承寿命计算方法是建立在瑞典科学家 Lunderg 和 Palmgren的滚动接触疲劳理论基础上的。
方法 [ 1 ]规定 额定寿命是指同样规格 (型号、材料、工艺 )的一批轴承在 同样的工作条件下使用 , 90%的轴承不产生点蚀所经历的 转数或小时数。
寿命计算公式 [ 2 ] : Lh = 16 667 n C P ε h 式中 : P ———当量动载荷; C ———额定动载荷; ε ———寿命指数 ,对于滚子轴承 ε= 10 /3,对于球轴 承 ε= 3。 基本额定动载荷是指规定轴承的额定寿命为 100万 转 (10 6 ) h,所能承受的最大载荷。而实际上工作情况是多 种多样的 ,为此要把实际工作条件下的载荷折算为假想寿 命相同的实验载荷 ,即当量动载荷。 2 当量动载荷计算 寿命计算的核心问题就是当量动载荷 P的计算 ,其 计算公式 [2 ]为 : P = xFr + yFa 不同类型的轴承 , 计算当量动载荷的方法也有所 不同。
2. 1 向心轴承和推力轴承 向心轴承和推力轴承的当量动载荷计算比较简单 ,对 于只承受径向载荷的向心轴承 ,当量动载荷 P = Fr,而对 于只承受轴向载荷的推力轴承 ,当量动载荷 P = Fa。对于 既承受径向载荷又承受轴向载荷的轴承 ,当量动载荷 P = xFr + yFa。
2. 2 深沟球轴承 深沟球轴承既能承受径向载荷又可以承受轴向载荷 时 ,当轴向载荷指向哪个轴承 ,就由此轴承来承受轴向载 荷 ,而另外一个轴承所承受的轴向载荷则为零。滚动轴承寿命计算中当量动载荷的确定 M achine Building A utomation, Apr 2010, 39 ( 2) : 68～70 例 :图 1中一轴的两端各采用一个 6310型深沟球轴 承支承 ,外部轴向载荷 Fa = 1 450 N,则 Fa1 = 0; Fa2 = 1 450 N。查表 [3 ]得 6310型轴承得有关 数据 Cr = 47 500 N, C0 = 35 600 N。 再根据 Fa2 C0 = 1 450 35 600 = 0. 04 所以取判别系数 e = 0. 24 [2 ] 得到 Fr1 /Fa1和 Fr2 /Fa2的比值后 ,根据判别系数 e进 行比较 ,从而确定径向载荷系数 x,轴向载荷系数 y的值 , 并根据公式求得当量动载荷 P1 和 P2。
2. 3 向心角接触轴承 向心角接触轴承 (包括角接触球轴承与圆锥滚子轴 承 )的滚动体与外圈接触处的法线与垂直于轴心线的平 面之间存在着的夹角称为公称接触角。由于公称接触角 的存在 ,当它承受径向载荷作用时 ,轴承内部会产生内部 轴向力 ,为了使它们的内部轴向力得到平衡 ,以免轴发生 串动 ,通常这两种轴承都要成对使用 ,对称安装。当轴上 仅作用径向载荷 Fr 时 ,两轴承上将产生支反力 (径向载 荷 )及内部轴向力 Fs1和 Fs2 ,当轴上同时作用径向载荷 Fr 和轴向载荷 Fa时 ,轴承上的受力则要综合考虑内部轴向 力和外部轴向载荷的作用。角接触球轴承和圆锥滚子轴 承当量动载荷计算的一般计算步骤 : a) 求径向载荷 :由轴上外载荷向两轴承的力作用中 心简化 ,求得轴承的径向载荷 Fr1和 Fr2 ; b) 求内部轴向力 :由轴承的径向力求出两轴承的内 部轴向力。根据轴承的类型求出两轴承的轴向载荷 Fa1和 Fa2角接触向心轴承的内部轴向力 Fs与轴承的内部结构 有关 ,圆锥滚子轴承的内部轴向力 Fs = Fr/2y, y值是指 Fa /Fr > e的 y值。 根据轴承的安装形式 (正装和反装 )确定内部轴向力 的方向 ,轴承正装或反装 ,它的内部轴向力方向有所不同 , 但总是处于内圈与滚动体相对于外圈脱离的方向 ,于是可 以得到正装两轴承内部轴向力互相指向对方 ,反装时两轴 承的内部轴向力彼此远离对方。
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