提高滚动轴承疲劳寿命的主要技术措施

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

关于轴承疲劳寿命的研究，一直是轴承技术领域中最重要的课题之一。长期以来，在基础理论研究和实验验证方面，已经积累了丰富的成果及经验。从疲劳机理、失效形式等因果效应出发，可以采取相应的技术措施，以保证和提高轴承的疲劳寿命。二设计技术 在轴承设计技术方面，主要通过综合优化设计，以期保证轴承寿命的提高。 (1)增大滚动体尺寸(球直径Dw、滚子有效直径Dwe有效长度LWe (2)增多滚动体数量。 (3)选取合适的滚动体与沟(滚)道接触参数。例如，对于深沟球轴承，一般应使内沟曲率系数fi (4)调整获取较大的／c系数值。如对于深沟球轴承，将Dwcosa/DPw．18-0．20方向调整整；对于调心球轴承，将Dwcosa/DPW=0.36方向调整；对于a=球轴承，将Dwcos/Dpw rw加品量向o．22方向调整；对于向心96滚子轴承，将DJ。do／DP、尽量向o．18方向调整：对于其他类 ； 型轴承，将Dwcosa/Dpw调整。 (5)适当减小滚道油沟尺寸。 (6)在充分考虑剽余游隙(安装因素影响)、有效游隙(温度因素影响)和工作游隙(载荷因素影响)的基础上选取合适的初始游隙。工作游隙应尽可能小，以使轴承的裁荷区尽可能大。 研究结果表明，工作游隙赂为负值时，轴承寿命最长；一般使用时，为保险起见，取接近于零的正值游隙。 (7)紧配合的套圈，应取较大的壁厚。 (8)选取较小且最佳的保持架兜孔间隙(例如，对于中小型深沟球轴承，取0．1-0．15mm) (9)选用工程塑料保持架。工程塑料保持架具有重量轻、韧性高、有一定弹性、吸振、自润滑和磨粒软等优点，有利于轴承寿命的提高。尤其是高速运转时，较钢板冲压保持架可提高轴承命约1．5倍。 需要特别指出的是，在采用上述措施时，要注意避免“过犹不及”的负面效应。例如： (1)在追求额定动载荷强大时，①滚动体增大增多，会使得保持架过梁等部位变窄，从而导致保持架强度不够而先于滚动体或套圈沟道破坏；②滚动体增大，会使得套圈壁厚减薄。套圈过薄时，合由于刚度不够，从而导致轴承在轴上或座孔内安装后变形，使轴承寿命降低。 (2)在追求轴承游隙最小时，应考虑轴承内、外径加工偏差的离散性，特别是相配的轴、座孔的加工方式的粗放性和加工偏差的离散性；还应考虑工作温度和裁荷的极端状况，避免游隙过小甚至为负值，从面导致轴承过热卡死。三制造技术 在轴承制造技术方面，主要通过强化加工和精密加工等手段，来保证轴承寿命的提高。 (1)套圈采用冷辗扩加工，可使金属流线完整，材料致密度提高，从而提高轴承寿命。 (2)采用表面强化滚动体。 (3)采用光饰、液体润滑剂喷丸等表面强化工艺处理轴承套圈。 (4)利用磨超加工等终加工技术，尽量使沟(滚)道题型型必 (5)尽量降低轴承滚动接触表面的粗糙度，使油膜参数少达到1．5以上，最好达4以上提高轴承制造精度，特别是沟(滚)道圆度、壁厚差、滚道直线度、滚于与没道凸度和一组波动体的尺寸相互差等制造精度，以避免出现波动体载荷不均匀和偏心载荷的现象。否则，对于办G1轴承，额定动裁荷将会降低10%-38%对于推力轴承，额定动裁荷将会降低约60％。 )尽量将油沟加工尺寸控制在最小，以增长滚道有效尺寸。 )滚动体与套圈沟(滚)道的硬度要有合适的匹配。一般而言，波动体硬度最好高出套圈沟(滚)道硬度1-2HRC。 )对轴承内径、外径、游隙和沟(滚)道的尺寸与形位偏差，要尽量控制其离散度，以保证轴承寿命的稳定性。 防止在滚动接触表面出现裂纹、烧伤、擦伤、磕碰伤和磨削变质层等缺陷。对冲压钢板保持架进行碳氮共渗或氮化处理等表面强化处理，以免由于保持架的失效，使轴承不能实现其疲劳寿命。三、材料技术 "在轴承材料技术方面，主要通过材料选用、材质保证和热处理等手段，来保证轴承寿命的提高。 由于轴承材料是影响轴承寿命最重要的因索，一般可高达影响程度的50％以上，因此，所采取的措施如果得当，将是最有效的。 (1)采用氧含量低、夹杂物少、洁净度最高的其空脱气轴承钢。研究表明，采用真空脱气钢，当氧含量(质量分数，下同)为15×10-6左右时，轴承寿命较采用普通电炉钢(氧含量约为30×10-'左右)时，约提高3-5倍；当氧含量为6×10"左右时(如日本长寿命Z级钢及超长寿命EP钢)，轴承寿命可提高8-15倍；当氧含量为3×10-'左右时，轴承寿命约提高30倍。特别用途时，还可采用真空重熔或电渣重熔轴承钢，轴承寿命可稳定提高5倍以上。 (2)采用渗碳轴承钢。渗碳钢表面硬，心部韧，因而耐疲劳、耐磨损和耐冲击。特别是渗碳表层处于压应力状态，可有效地防止疲劳裂纹的扩展，非常有利于轴承寿命的提高。有关研究表明，表面硬度为60HRC以上，最大静态切应力作用处的硬度为58HRc以上，心部 硬度为39-45HRc时，材料具有最佳的疲劳强度。渗碳层有效深度要远大于最大交变剪应力深面须降零件横截面高度的20％时，才能保证渗碳钢表面硬、心部韧这一优良特性的实现。车辆轴承、内燃机轴承和轧机轴承等宜采用渗碳轴承钢制造。 (3)采用高强度(基体经强化的)轴承钢。如日本GT轴承钢，以SUJ2钢化学成分为基础，提高Ni含量至1．5％以提高韧性，提高si含量至1．o％以在强化基体的同时提高回火稳定性，可使轴承寿命提高2-6倍。 (4)采用控制气氛热处理或真空热处理。 (5)对轴承钢进行碳氮共渗，以形成表面压应力。 (6)轴承滚动接触表面硬度应高于58HRC以上。否则，根据经验公式CH＝(HRC／58)j?'，轴承额定动载荷将会降低。 (7)根据轴承的工作温度，进行相应的稳定热处理，以避免轴承使用时，发生尺寸与形状变形。需要特别指出的是，优质材料必须与良好润滑相结合，否则，再好的材料特性也难以发挥作用。这是因为，在滚动接触处若无足够厚润滑油脂相隔离，接触材料之间将会产生不同程度的直接接触；即出现混合摩擦现象。当润滑条件良好，即滚动接触处能产生足够厚的弹性流体动力润滑油膜时，失效原因主要是由于接触表面下的材料薄弱环节所致。而当润滑条件不良，即出现混合摩擦叭失效原因则主要命接触表面上的损伤所致。材料的优良特性被混合摩擦制约和抵消，即使洁净度再高的材料也难以提高疲劳寿命。这也是关于材料的寿命修正系gb：和关于运转条件的寿命修正系数d3一般需要联合使用，即a2*a3＝a23：：的原因。在IS0281／1即GB6391标准中，对此 也特别说明： "不能假定，性能经改善的材料能够克服润滑不足之缺陷"， "不能设想，润滑不充分可以由改进的材料来克服"。 润滑技术 在轴承润滑技术方面，主要通过润滑剂和润滑方式的选用，来保证轴承寿命的提高。 在轴承设计技术、制造技术和材料技术不断完善、普遍提高的现阶段，润滑剂作为轴承组成的"第五大件"已成为广泛共识，润滑技术已成为提高轴承寿命的最关键的因素之一。特别是对于密封轴承，润滑脂寿命已成为轴承使用寿命的另一"代名词"，即润滑脂寿命就是轴承使用寿命。 (1)根据不同的工况条件(转速、温度、载荷)及安装维护条件，选择合适的润滑方式，如 油润滑(包括油气和油雾润滑)、脂润滑和固体润滑。 (2)应保证在工作温度下或转速特别低(d6l．n＜10000)时，润滑剂的粘度：对于球轴 承，应大于13×10m/s；对于滚子轴承，应大于2×10"m2／s(其中对于推力调心滚于轴承，应大于32×10-6m2／s)。 (3)采用高清洁度润滑脂和润滑油。研究表明，无论污染物微粒尺寸如何，含量极高时，轴承寿命将降低至额定寿命的5％一10％；含量较低时，轴承寿命将降低至额定寿命的40％一60％。 N)采用系列化寿命润滑脂，如理基脂或聚腮脂，特别是带EP添加剂的理基脂或聚腮脂。组采用合适郎装脂量。例如，对于密封轴承，轴承内径小 结 轴承疲劳寿命是一个多因素综合影响的结果，以上仅从设计、制造、材料和润滑技术方面硷出了相应的保证与提高措施，但正确安装、良好使用和注意维护却是十分重要的前提条件，否则，再好的技术措施也将事倍功半。 (2)随着现代轴承综合技术水平的提高，轴承疲劳寿命向"长寿命化"发展已成为普遍现实。轴承具有"无限疲劳寿命"的新概念，即是基于大量的事实而提出的。近十几年来，有关轴承寿命的研究，在许多应用领域已超越疲劳寿命问题，而逐渐向磨损寿命、烧伤寿命、噪声寿命和精度寿命等方面发展。但是，疲劳寿命依然是轴承使用性能中的一个最重要的指标，有关疲劳寿命的研究依然是轴承技术领域中一个了最基本问题，不断提高轴承疲 劳寿命依然是长期不懈追求的目标。 提供者:宁波金百联轴承有限公司 NINGBO nsk BEARING COMPANY企业总机电话/TEL：86-022-58059063 87222422 58059053 58059268 13102005112 87220519 轴承销售电话/SALES TEL：86-022-58059063 87222422（直拨）58059268 58059053 13102005112 87220519（转分机）供应商开发部/TEL：86-022-87221977传真/FAX：86-022-23707785地址/ADD：天津市南开区华苑国际创业中心海泰信息广场B座212室E-mail：web@nskpc.com 网址/WEBSITE：www.nskpc.com www.nkspc.com金百联特种非标轴承网: www.skf365.com 商标 BRANDS:, 金百联 F&F