滚动轴承的寿命计算

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

滚动轴承的寿命计算1．基本概念在进行滚动轴承的寿命计算之前，必须首先弄清基本额定寿命 、基本额定动载荷 和当量动载荷 这三个概念，以及当量动载荷的计算方法。（1）轴承的寿命L在一定载荷作用下，滚动轴承运转到任一滚动体或内圈滚道上出现疲劳点蚀前所经历的转数L，称为滚动轴承的寿命。（2）基本额定寿命 一批同型号的滚动轴承在相同条件下运行，当有10％的轴承发生疲劳点蚀时，轴承所经历的转数 （单位 转）或工作的小时数 （单位h），被定义为滚动轴承的基本额定寿命。基本额定寿命对于某一具体轴承，意味着在此寿命之前发生失效的概率为0.1（即可靠度 ）。设计中用基本额定寿命 作为轴承寿命的指标，也就是取可靠度 的一种轴承寿命的计算标准。（3）基本额定动载荷 滚动轴承的基本额定寿命与所受载荷的大小有关。定义基本额定寿命 转时轴承所能承受的最大载荷为滚动轴承的基本额定动载荷，以 表示。不同型号的轴承，基本额定动载荷的值不同，它反映了轴承承载能力的大小。对径向接触轴承， 为径向载荷；对于向心角接触轴承， 为载荷的径向分量；对轴向接触轴承， 为中心轴向载荷。（4）当量动载荷 滚动轴承的基本额定动载荷 是在一定受载荷条件下确定的。如果作用于轴承上的实际载荷（径向载荷与轴向载荷联合作用）与确定 值的受载条件不同时，则必须把实际载荷转换成与确定 值的受载条件相同的假想载荷。在这个假想载荷作用下，轴承的寿命与实际载荷作用下的寿命相同，称该假想载荷为滚动轴承的当量动载荷，以 表示。对于径向接触轴承和向心角接触轴承，当量动载荷 是径向载荷；对于轴向接触轴承，当量动载荷 是轴向载荷。滚动轴承的当量动载荷 的计算公式为 （10-1）式中：、 分别为轴承承受的实际径向载荷和实际轴向载荷；、 分别为径向系数和轴向系数； 为载荷系数。当径向接触轴承承受纯径向载荷 时，当量动载荷为 （10-2）对于只承受轴向载荷 的轴向接触轴承，当量动载荷为 （10-3）径向系数和轴向系数 、 的选取需根据判别系数 与 相比较后查表得出。这里当 时，表示轴向载荷的影响较小，可忽略 的作用；而当 时，则必须计入 的作用。2．轴承寿命计算的基本公式滚动轴承的载荷与基本额定寿命的关系曲线见图10-2，曲线方程为 常数 （10-4）当 时， ，则 常数即 （10-5）若用工作小时数表示轴承的基本额定寿命，则 （10-6）图10-2 轴承的 关系曲线式中：基本额定寿命；当量动载荷；寿命指数，球轴承 ，滚子轴承 ；轴承的转速。（1）在设计中，轴承转速 通常是已知的设计条件，当量动载荷 则可由设计者根据轴承所受外载荷和工作条件自行计算。这样，当选定轴承型号时（即确定出额定动载荷 值），利用公式很容易计算该轴承的使用寿命 ，以校验所选择的轴承是否满足预期的使用寿命 （2）反之，设计时如果已知当量动载荷 和转速 ，又选定了轴承的预期使用寿命 ， 式（10-6）又可改写为 （10-7）从而可根据上式计算的 值，在设计手册中选用所需的滚动轴承型号，使得 。3．向心角接触轴承的轴向力计算图10-3表示了向心角接触轴承的承载机理。由于向心角接触轴承存在接触角 ，无论轴承是否承受外加轴向载荷，只要承受径向载荷 ，在承载区内每个滚动体所受的反力 即可分解为径向分力 和轴向分力 。所有径向分力的合力与径向载荷 平衡，即 ；而所有轴向分力的合力为 ，即轴承的派生轴向力。图10-3 向心角接触轴承派生轴向力 派生轴向力 的大小由其轴承内部结构和承受的径向载荷所决定，与轴向外载荷无关。表10-1列出了派生轴向力的计算公式。派生轴向力的方向为由外圈的宽边指向窄边。表10-1向心角接触轴承派生轴向力S圆锥滚子轴承角接触球轴承型（ ）型（ ）型（ ）由于向心角接触轴承在工作过程中常常不仅要承受径向载荷 产生的派生轴向力 ，还要承受外部轴向载荷 。为此在计算轴向力之前，应先按轴承压力中心确定轴的支点，并以此求出轴的支点反力，即轴承的径向载荷 。轴向力的具体计算步骤如下：（1）画轴承组合结构受力简图。无论向心角接触轴承的安装形式如何，两个轴承的派生轴向力的方向总是由各自轴承外圈的宽边指向窄边；两轴承所受径向载荷 、 应分别画在各自的作用点 、 上；外部轴向载荷方向依照传动零件确定；（2）由 计算两轴承所受径向载荷 、 ；（3）参照表10-1计算派生轴向力 、 ；（4）确定“压紧”轴承和“放松”轴承。判明轴上全部轴向力（包括外部轴向载荷和轴承的派生轴向力）的合力的指向，确定“压紧”轴承和“放松”轴承。确定时必须要考虑轴承成对使用时的安装方式。向心角接触轴承的安装方式有两种，如图10-4所示。图（a）为外圈窄边相对安装，称为正装（面对面安装）；图（b）为外圈宽边相对安装，称为反装（背对背安装）。前者使轴的支点靠近，减小了轴的跨距；后者使轴的支点远离，增大了轴的跨距。图10-4 角接触轴承的轴向载荷（a）正装；（b）反装以图10-4（a）为例，如果 ，则轴系有向左移动的趋势，又由于轴承1的左侧已固定，所以轴承1被压紧，称为“压紧”轴承，轴承2被放松，称为“放松”轴承。反之，若 ，则轴系有向右移动的趋势，又由于轴承2的右侧已固定，所以轴承2称为“压紧”轴承，轴承1称为“放松”轴承。（5）计算各轴承承受的轴向载荷 、 以图10-4（a）为例，当 时，被压紧的轴承1所受的总轴向力 （10-8）被放松的轴承2承受的轴向力为其本身派生的轴向力 （10-9）当 时，被放松的轴承1所受的轴向力为其本身派生的轴向力 （10-10）被压紧的轴承2承受的总轴向力为 （10-11）