新的滚动轴承寿命理论计算方法
发布时间：2015-07-14杨洁
（长江大学机械系，湖北荆州 434023）
摘 要：介绍了滚动轴承寿命计算方法的三个阶段，着重阐述了新的滚动轴承寿命计算方法及其应用。
关键词：滚动轴承；寿命；计算方法
滚动轴承大量用于各种生产设备和机械中，是重要的支撑部件，它的寿命是衡量机械产品性能的主要技术指标，因此对于滚动轴承寿命的计算极为重要。
1 传统计算方法
计算滚动轴承寿命的传统方法是建立在瑞典科学家G.Lundberg和A.Palmgren的滚动接触疲劳理论基础上的。方法规定，轴承或轴承组的基本额定寿命为可靠度90%时的寿命，它以轴承工作表面出现疲劳剥落之前所完成的工作转数，或一定转速下的工作小时数来计算。这时，
L10=（C/P）ε
式中：L10———轴承的基本额定寿命，106r；
C———轴承的额定动载荷（由轴承的材料和结构决定），N；
P———轴承的当量动载荷（由轴承结构和载荷特性决定），N；
ε———寿命指数，球轴承为3，滚子轴承为10/3。
2 修正计算方法
然而，20世纪60～70年代滚动轴承的应用实践证实，试验所确定的轴承实际寿命与计算寿命出入很大。因此，对兰德贝格—帕尔姆格林理论进行了补充，而C值大大提高，其理由如下：轴承生产中已采用组织均匀、非金属夹杂物含量极少的优质钢；通过轴承可靠性统计数据的积累，能将轴承寿命与其破坏概率（以%计）联系起来；接触—流体动力学润滑理论有了发展，而该理论能够分析评价润滑材料性能对轴承寿命的影响。修正的滚动轴承寿命理论引入了三个修正系数：a1是可靠度系数，a2为材料系数，a3为工作条件系数。计算式为：
Lan=a1a2a3L10
式中：n———所需轴承的可靠度与100%可靠度间的差值。
a1决定可靠度非90%的轴承的寿命：当使用并非用于确定额定载荷的材料时，必须应用材料系数a2；a3取决于轴承的润滑剂温度和工作速度。
3 新的计算方法
3.1新的计算方法
如果采用上述修正寿命计算方法和增大额定动载荷c，便可缩小计算数据与试验数据的差距。但是，在下述情况下，它们之间的差别仍然很大。，载荷较小时，从已达到的实际试验时数来看，轴承的实际寿命已超过计算寿命，而试验终止时轴承并未破坏（“无限寿命”）。第二，污染严重时，轴承疲劳破坏寿命要比计算结果大为缩短，或磨粒磨损严重———这主要是精密支承（金属切削机床主要部件、仪表）失效的缘由。因此，有必要对修正计算方法进行补充。新的修正理论引入了系数aSKF，该系数综合考虑了原修正理论中的a2、a3两修正系数，此外还考虑到润滑剂中的杂质因素和轴承的疲劳载荷极限Pu。其计算式为：
Lnaa=a1aSKFL10
确定系数aSKF，其复杂关系可应用图1来解决。该图给出了在不同粘度比k下修正系数aSKF数值随杂质修正系数ηc和疲劳载荷极限Pu的变化关系，粘度比k等于正常工作温度下润滑剂实际动力粘度ν与工作所需粘度ν1的比值。工作所需粘度ν1取决于轴承的几何尺寸和转速。其数值可以从手册中的有关曲线上查出。
图1 推力球轴承额定寿命修正系数
3.2应用举例
例如现在我们研究涡轮钻具中所用四支点推力球轴承的寿命问题，已知：轴承在400r/min工作时承受40kN的恒定轴向载荷作用，正常工作温度下润滑剂粘度为50mm2/s，可靠度为90%，已知润滑剂为轻度污染的情况。从手册有关表格中查出的轴承额定动载荷88102N。
该轴承的基本额定寿命
L10=（88102/40000）3=11百万转。
原标准轴承修正寿命Lna=L10a
由题意可知a1=1
从手册轴承表格中查出的该轴承内径为150mm，外径190mm。此几何尺寸及工作转速下所需润滑剂粘度为80mm2/s，从原标准修正曲线中查得a1a3=1.6。
故此，L10a=1.6L10=17.6百万转。
由于本文所介绍的新寿命修正理论仍以90%可靠度为基础，所以a1=1。从手册有关表格中查得此情况下轴承的疲劳载荷极限Pu=13215N。由此Pu/P=13215/88102=0.17。又根据轴承润滑剂的清洁条件查得ηc=0.5。由于k=2，从图1中查得aSKF=15，因此L10na=165百万转。
若改变本例润滑剂的清洁条件，使ηc=0.02，则aSKF就会变为0.3，此时轴承的额定寿命就只有3.3百万转。
上例表明当考虑更多因素时，轴承的额定寿命会出现显著变化。本文所介绍的这种新寿命修正公式可以使设计人员更加精确地选择轴承。例如本例所选用的轴承在实际应用中可能并不需要具有165百万转这样高的寿命，这时就可以选择成本比较低的轴承来代替。
要从本文新寿命修正理论中受益，设计人员必须清楚地了解轴承的具体工作条件。某些新的计算机程序目前已采用了这一理论。此外，本文所给出的球轴承额定寿命修正系数曲线亦适用于径向球轴承和径向与推力滚子轴承。
本曲线用于确定径向轴承不同粘度比值（k）下的修正系数aSKF，为了确定aSKF，须首先求出x轴上的η（Pu/P）的数值，并由此点向上引直线与k曲线相交，然后从y轴上读出对应数值。粘度比值>4的采用k=4曲线。
参考文献：
[1]丁仲明.滚动轴承寿命计算系数[J].轴承,1998,2.
[2]Daniel R.Suyder,P.E,孙新学,荣茜.轴承寿命计算的新修正理论[J].哈尔滨轴承,1992.
[3]A.B.HITKIITLLH,王令文.新的滚动轴承寿命计算方法[J].国外 轴承技术,1995.
[4]孙旖.轴承寿命的新理论计算方法[J].煤矿机械,1995.
[5]北京轴承研究所.简明滚动轴承手册[J].中国农业机械,1982.
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[4]孙旖.轴承寿命的新理论计算方法[J].煤矿机械,1995.
[5]北京轴承研究所.简明滚动轴承手册[J].中国农业机械,1982.
来源：《西部探矿工程》2004年第11期