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●轴承加上负载使其回转时,内外轮的沟道及沟道面受不断重复的负荷、材料疲劳,导致发生表面脱落。我们把到此为至的总回转数称回转疲劳寿命。
●轴承的寿命:材料、尺寸、热处理加工方法相同并在同一条件下使其运转,其寿命也有较大的波动,因此总体来说,90%的轴承不发生表面脱落、可旋转的回转数称为额定疲劳寿命。
基本额定动负荷
在内轮回转、外轮静止时,额定疲劳寿命为100万转的方向和大小,把一定的负荷称为基本额定动负荷。径向轴承是中心径向负荷,尺寸表的Cr是高碳素铬轴承钢的值。且不锈钢是轴承钢的85%。另外2个不同宽度的组合轴承用单体轴承时,按约1.62倍进行计算。
寿命计算公式
滚动轴承的基本额定动负荷、当量动负荷、额定疲劳寿命间的关系。
| 总回转数 | L10=(Cr/P)3*106(回转) |
| 时间 | L10h=(Cr/P)3*16667/n(时间) |
| 距离 | L10d=*D*L10*10-6 (km) |
| 对于使用条件的 最低基本额定负荷 | Cmin=P*(L10h*n/16667)(1/3) (N) |
L10h=基本额定寿命(h)
L10d=基本额定寿命(km)
| P=当量动负荷(N) | Cr=基本额定动负荷(N) Cmin=最低基本额定动负荷(N) n=回转数(1/min) D=回转体外径尺寸(mm) |
| 机械的运转状况 | 额定寿命时间L10h |
| 使用频率少时 | 500 |
| 短时间或间断使用的机械,即使故障也没大的影响时 | 4,000~8,000 |
| 间断使用,有故障有大的影响时 | 8,000~12,000 |
| 1天8小时使用,不常时间满运转时 | 12,000~20,000 |
| 1天8小时满运转时 | 20,000~30,000 |
| 1天24小时连续运转时 | 40,000~60,000 |
| 1天24小时连续运转,绝对不允许因故障停止时 | 100,000~200,000 |
一般用前面的公式可计算出使用寿命,但根据用途在要求90%以上的高可靠性时是不够的。最近对轴承钢进行了改良,疲劳寿命变长,也明确了润滑剂和轴承寿命的关系,因此根据ISO281:1990使用下面的修整寿命计算公式。
Lna=a1*a2*a3
| *L10 | Lna:修整额定寿命(可靠性等级为(100-n)%时的寿命) L10:基本额定三姐妹(rev) a1:可靠性系数 a2:轴承特性系数 a3:使用条件系数 |
要求可靠性90%以上的寿命时,可高峻下面的关系a1修正。
●可靠性系数a1的值
| 可靠性(%) | 寿命 Lna | 可靠性系数 a1 |
| 90 | L10a | 1.00 |
| 91 | L9a | 0.92 |
| 92 | L8a | 0.84 |
| 93 | L7a | 0.77 |
| 94 | L6a | 0. |
| 95 | L5a | 0.62 |
| 96 | L4a | 0.53 |
| 97 | L3a | 0.44 |
| 98 | L2a | 0.33 |
| 99 | L1a | 0.21 |
| (99.6) | (L0.4a) | (0.10) |
| (99.9) | (L0.1a) | (0.037) |
经过轴承材料的制造方法和热处理条件等的改良,疲劳寿命延长时,轴承特性系数a2修整。标准轴承材料使用着经严格挑选了的高品质真空脱气轴承钢,与以往的轴承钢相比,通过各种实验及实绩,明确知道其寿命长。样本的基本额定动负荷是考虑了这寿命延长效果的值。与以往相比,在时间上约增加2.2倍,负荷约增加1.3倍。当然这时的轴承特性系数a3=1就可以了。
(3) 使用条件系数 ··· a3
在轴承的使用条件下,把因润滑、温度、负荷等的条件作修正的系数称使用条件系数a3。良好的润滑条件下,沟道面和钢球间有油膜,金属间不接触,并且润滑剂的动粘度>13mm2/s(13cst)时采用a3=1。另外,润滑条件不良时(dmn=10000、润滑剂劣化、内外轮倾斜大),a3<1。如果使用温度超过120℃时,尺寸变化变大,而且硬度变低,由此寿命也变短,此时使用温度和寿命修正系数如下表。
●温度系数ft的值
| 轴承温度(℃) | 125 | 150 | 175 | 200 | 225 | 250 | 275 | 300 | |
| 温度系数 (ft) | 轴承钢 | 1.00 | 0.90 | 0.85 | 0.75 | 0.65 | 0.60 | 0.52 | 0.45 |
| 不锈钢 | 1.00 | 0.95 | 0.90 | 0.86 | 0.82 | 0.78 | 0.74 | 0.70 | |
●尺寸稳定性处理
| 尺寸稳定性处理记号 | S0 | S1 | S2 | S3 |
| 使用温度范围(℃) | 100?`150 | 150?`200 | 200?`250 | 250?`300 |
各轴承的额定寿命是保持90%的概率。复合的轴承综合寿命,比各轴承的额定寿命的最短还要短,把使用的轴承当作全体一只轴承来考虑的话,其额定寿命由以下公式求得。
1/L(10/9)=1/L1(10/9)+1/L2(10/9)+L3(10/9) ··· Ln
| 10/9 |
| L=轴承综合额定寿命 L1、L2、L3 ··· Ln=各轴承的额定寿命 |
在轴承上加了静止负荷时,钢球和沟道面的接触部分面产生局部的压痕状的永久变形。由于这永久变形,会造成回转情况不良,音响、振动也变大,因此作为可允许的静止负载的基准,基本额定静负荷Cor如下规定。径向球轴承的基本额定静负荷在钢球和沟道的接触部,最大接触应力4200MPa(429kgf/mm2)以下的静负荷,钢球和沟道间所产生的永久变形量之和是钢球直径的约1/10000的值。
轴承负荷的计算
作用于轴承的负载,有发生在齿轮等传动负荷、运转中的机械负荷、轴承支持装置的自重等。实际上使用轴承时,加上大小不同的振动和冲击负荷,这些所有的作为轴承负载很难求出,通常,理论上所求得的计算负荷值再乘上依据以往经验得到的各种系数求得。
(1) 负载系数、齿轮系数、皮带系数
加在轴承上的轴向负荷和径向负荷,即使由理论上计算求得的,实际加上的负荷因装置的振动和冲击比计算值大,因此乘上下面的系数求得。
| (齿轮传动)··· | F=fw·fg·Fc |
| (皮带、链轮传动)··· | F=fw·fb·Fc |
| F=实际加上的负荷(N) Fc=理论上的计算负荷(N) | fw=负载系数 fg=齿轮系数 fb=皮带系数 |
| 运转条件 | 举例 | fw |
| 无冲击时 | 电动机、工作机、计器类、输送机 | 1~1.2 |
| 轻微冲击时 | 送风机、吊车、空压机、泵、电梯、造纸机械 | 1.2~1.5 |
| 强冲击时 | 压延机、碎矿机、打桩锤、振动筛 | 1.5~3 |
| 齿轮的种类 | fg |
| 精密齿轮 (间距误差0.02mm、形状误差0.02mm) | 1.0~1.1 |
| 普通齿轮 (间距误差0.1mm、形状误差0.1mm) | 1.1~1.3 |
| 皮带的种类 | fb |
| 平皮带(有张紧皮带轮) | 4.0~5.0 |
| 平皮带(无张紧皮带轮) | 2.5~3.0 |
| V型皮带轮 | 2.0~2.5 |
| 带齿皮带轮 | 1.3~2.0 |
| 链轮 | 1.2~1.5 |
如图所示,径向负荷F1、F2加上时,被分配到轴承I、II上的负荷根据下式求得。
FR1=c/a*F1-e/a*F2
FR2=b/a*F1+d/a*F2
加在轴承上的负荷的大小和方向变动时,需求得其负荷条件与轴承寿命相等的平均负荷。
径向当量动负荷
实际上使用轴承时的负荷条件不一定,但一般径向负荷和轴向负荷的合成负荷很多。方向和大小一定了的径向当量动负荷由下式表示。
轴向负荷比
| Fa/iZDw2 | e | 单列、复列轴承 | |||
| Fa/Fre | Fa/Fre | ||||
| X | Y | X | Y | ||
| 0.172 | 0.19 | 1 | 0 | 0.56 | 2.30 |
| 0.345 | 0.22 | . | . | . | 1.99 |
| 0.6 | 0.26 | . | . | . | 1.71 |
| 1.03 | 0.28 | . | . | . | 1.55 |
| 1.38 | 0.30 | . | . | . | 1.45 |
| 2.07 | 0.34 | . | . | . | 1.31 |
| 3.45 | 0.38 | . | . | . | 1.15 |
| 5.17 | 0.42 | . | . | . | 1.04 |
| 6. | 0.44 | . | . | . | 1.00 |
| +YFa | |
| P=径向当量动负荷(N) Fr=径向负荷(N) Fa=轴向负荷(N) i=钢球列数 | X=径向负荷系数 Y=轴向负荷系数 Dw=钢球直径(mm) Z=1列的钢球数 |
同时承受径向负荷和轴向负荷的轴承,把方向和大小一定的径向静止负荷称为径向当量静负荷,由下式的大的数值表示。
Po=0.6*Fr+0.5*Fa.....Po
| =Fr |
轴承所容许的当量静负荷由基本额定静负荷决定,根据使用条件和要求性能不同,轴承的使用限度也不同。因此,为了考虑安全性能,采用经验所得的安全系数,可由下式求得。
fs=Cor/Po
| ...... | fs=安全系数 Cor=基本额定静负荷(N) Po=当量静负荷(N) |
| 使用条件 | fs |
| 普通运转条件下 | 1.0 |
| 冲击负荷下 | 1.5 |
| 需要静止的高精度回转时 | 2.0 |
普通负荷把基本额定动负荷的12%考虑为最大值的话,在径向当量动负荷的计算式P=0.12*Cr时,求Fa(max)用下式。
Fa(max)=(0.12*Cr-X*Fr
| )/Y |
| 但 Dw>2时 Fa(max)0.2*Cor ... Dw2时 Fa(max)0.5*Cor |
钢球受轴向负荷,考虑到不加载到沟道的肩径向游隙Co时,由下式求得。
Fao(max)=0.2*(Cor-0.6*Fr
| )... | 但 Dw>2时 |
| Fao(max)=0.5*(Cor-0.6*Fr) | 但 Dw2时 |