原理——疲勞理論

根據(jù)ISO 281計(jì)算額定壽命的基礎(chǔ)是Lundberg和Palmgren的疲勞理論，根據(jù)該理論計(jì)算軸承的最終額定壽命。

然而，現(xiàn)代高質(zhì)量軸承在有利的運(yùn)行條件下，可以大大超過基本額定壽命的計(jì)算值。Ioannides和Harris進(jìn)一步開發(fā)了滾動接觸疲勞模型，該模型擴(kuò)展了Lundberg和Palmgren理論，更好地描述了現(xiàn)代軸承的性能。

“調(diào)整后額定壽命的擴(kuò)展計(jì)算”方法考慮了以下影響：

軸承負(fù)載

材料的疲勞極限

表面被潤滑劑分開的程度

潤滑間隙的清潔度

潤滑劑中的添加劑

軸承內(nèi)部載荷分布和摩擦條件

影響因素，特別是與污染有關(guān)的因素極其復(fù)雜，因此大量的經(jīng)驗(yàn)對于準(zhǔn)確評估必不可少，本章中的表格和圖表只能提供指導(dǎo)值。

滾動軸承尺寸

在選用滾動軸承時(shí)，詳細(xì)的尺寸取決于對其提出的要求，包括額定壽命、承載能力和軸承運(yùn)行可靠性。

動態(tài)承載能力和壽命

基本動態(tài)負(fù)載額定值

動態(tài)負(fù)載承載能力是根據(jù)基本的動態(tài)負(fù)載額定值來計(jì)算的。基本動態(tài)負(fù)載額定值基于DIN ISO 281。

材料的疲勞性能決定了滾動軸承的動態(tài)承載能力。

動態(tài)承載能力

動載承載能力是根據(jù)基本動載額定值和基本額定壽命來計(jì)算的。

影響疲勞壽命的因素

疲勞壽命取決于：

負(fù)載

運(yùn)行速度

首次出現(xiàn)故障的統(tǒng)計(jì)概率

基本額定動載荷C

基本額定動載荷C適用于旋轉(zhuǎn)滾動軸承，包括：

徑向軸承的恒定徑向載荷Cr

軸向軸承的恒定、同心作用的軸向載荷Ca

基本額定動載荷C是恒定大小和方向的載荷，足夠多的明顯相同的軸承可以承受一百萬轉(zhuǎn)的基本額定壽命。

額定壽命計(jì)算

計(jì)算方法

額定壽命的計(jì)算方法如下：

基本額定壽命

L10或L10h

以百萬轉(zhuǎn)（L10）為單位的基本額定壽命計(jì)算以及以運(yùn)行小時(shí)（L10h）為單位的基本額定壽命計(jì)算如下：

額定壽命（以轉(zhuǎn)數(shù)為單位）

額定壽命（以工作小時(shí)為單位）

參數(shù)

等效軸承動載荷

基本額定壽命L10是為在恒定方向上作用的恒定大小的載荷定義的。在徑向軸承的情況下，這是一個(gè)純徑向載荷，而在軸向軸承的情況中，這是純軸向載荷。

等效動載荷P與實(shí)際中出現(xiàn)的組合載荷相同

如果負(fù)載和速度不是恒定的，則可以確定等效操作值，該等效操作值會引起與實(shí)際負(fù)載條件相同的疲勞。

等效動態(tài)徑向軸承載荷

參數(shù)

根據(jù)計(jì)算，不能應(yīng)用于徑向滾針軸承、軸向滾針軸承和軸向圓柱滾子軸承。這些軸承不允許使用組合載荷。

用于徑向滾針軸承的等效動態(tài)徑向軸承載荷

參數(shù)

等效動態(tài)軸向軸承載荷

在α=90°的軸向軸承中，只有軸向載荷

標(biāo)稱接觸角α=90°的軸向深溝球軸承、軸向圓柱滾子軸承、軸向滾針軸承和軸向圓錐滾子軸承只能承受純軸向力。

等效動態(tài)軸向軸承載荷

參數(shù)

在α≠90°的軸向軸承中，可能存在軸向和徑向載荷

標(biāo)稱接觸角α≠90°的軸向角接觸球軸承、軸向調(diào)心滾子軸承和軸向圓錐滾子軸承不僅能承受軸向力Fa，還能承受徑向力Fr。

等效動態(tài)軸向軸承載荷

參數(shù)

擴(kuò)展調(diào)整額定壽命

擴(kuò)展調(diào)整額定壽命Lnm的計(jì)算在DIN ISO 281附錄1中標(biāo)準(zhǔn)化，并于2007年納入全球標(biāo)準(zhǔn)ISO 281。它取代了以前使用的調(diào)整額定壽命Lna。自2008年起，ISO/TS 16281中規(guī)定了DIN ISO 281附錄4的計(jì)算機(jī)輔助計(jì)算，并自2010年起在DIN 26281中標(biāo)準(zhǔn)化。

擴(kuò)展的調(diào)整額定壽命

參數(shù)

疲勞極限載荷Cu

根據(jù)ISO 281，疲勞極限載荷Cu被定義為在實(shí)驗(yàn)室條件下，低于該載荷，材料不會發(fā)生疲勞。疲勞極限載荷Cu用作確定壽命調(diào)整系數(shù)aISO的計(jì)算值，而不是用作設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。特別是在潤滑劑潤滑不良或污染的情況下，材料也可能在明顯低于疲勞極限載荷Cu的載荷下發(fā)生疲勞。

壽命調(diào)整系數(shù)a1

ISO 281:2007中重新定義了壽命調(diào)整系數(shù)a1的值，與之前的數(shù)據(jù)不同

壽命調(diào)整系數(shù)a1

壽命調(diào)整系數(shù)aISO

計(jì)算壽命調(diào)整系數(shù)aISO的標(biāo)準(zhǔn)化方法基本上考慮了：

軸承上的負(fù)載

潤滑條件（潤滑劑的粘度和類型、速度、軸承尺寸、添加劑）

材料的疲勞極限

軸承的類型

材料中的殘余應(yīng)力

環(huán)境條件

潤滑劑污染

運(yùn)行條件下的壽命調(diào)整系數(shù)

參數(shù)

考慮潤滑劑中的EP添加劑

根據(jù)ISO 281，潤滑劑中的EP添加劑可按以下方式考慮：

對于粘度比κ＜1和污染系數(shù)eC≥0,2，可以使用κ=1值對已證明有效的含有EP添加劑的潤滑劑進(jìn)行計(jì)算。在嚴(yán)重污染（污染系數(shù)eC＜0.2）的情況下，必須證明添加劑在這些污染條件下的有效性。EP添加劑的有效性可以在實(shí)際應(yīng)用中或在符合DIN 51819-1的滾動軸承試驗(yàn)臺FE8上證明。

如果EP添加劑被證明是有效的，并且使用值κ=1進(jìn)行計(jì)算，則壽命調(diào)整系數(shù)必須限制在aISO≤3。如果為實(shí)際值κ計(jì)算的值aISO大于3，則該值可用于計(jì)算

出于實(shí)際目的，壽命調(diào)整系數(shù)應(yīng)限制在aISO≤50。如果eC·Cu/P＞5，該限值也適用。對于粘度比κ＞4，應(yīng)使用值κ=4；如果κ＜0,1，則計(jì)算無效。

壽命調(diào)整系數(shù)aISO可根據(jù)軸承類型確定

徑向滾子軸承的壽命調(diào)整系數(shù)aISO aISO=壽命調(diào)整系數(shù) Cu=疲勞極限載荷 eC=污染系數(shù) P=等效動態(tài)軸承載荷 κ=潤滑狀態(tài)參數(shù)（粘度比）

軸向滾子軸承的壽命調(diào)整系數(shù)aISO aISO=壽命調(diào)整系數(shù) Cu=疲勞極限載荷 eC=污染系數(shù) P=等效動態(tài)軸承載荷 κ=潤滑狀態(tài)參數(shù)（粘度比）

徑向滾珠軸承的壽命調(diào)整系數(shù)aISO aISO=壽命調(diào)整系數(shù) Cu=疲勞極限載荷 eC=污染系數(shù) P=等效動態(tài)軸承載荷 κ=潤滑狀態(tài)參數(shù)（粘度比）

軸向滾珠軸承的壽命調(diào)整系數(shù)aISO aISO=壽命調(diào)整系數(shù) Cu=疲勞極限載荷 eC=污染系數(shù) P=等效動態(tài)軸承載荷 κ=潤滑狀態(tài)參數(shù)（粘度比）

粘度比κ

粘度比κ表示潤滑劑膜形成的質(zhì)量

粘度比

參數(shù)

參考粘度

根據(jù)平均軸承直徑dM=（D+d）/2和運(yùn)行速度n確定參考粘度ν1

標(biāo)稱粘度

在+40°C時(shí)，油的標(biāo)稱粘度由所需的工作粘度ν和工作溫度?確定，如果是潤滑脂，則為基礎(chǔ)油的工作粘度。

在具有高比例滑動接觸的重載軸承的情況下，滾動元件的接觸區(qū)域中的溫度可以比在固定環(huán)上測量的溫度高出高達(dá)20K（不受任何外部熱源的影響）。

在計(jì)算擴(kuò)展調(diào)整額定壽命Lnm時(shí)考慮EP添加劑

n ＜ 1000 min^-1 或 n ≧ 1?000 min^-1下的ν1

參考粘度

參考粘度

參數(shù)

用于合成油的ν1

參考粘度ν1 ν1=參考粘度 dM=平均軸承直徑；（D+d）/2 n=運(yùn)行速度

ν/? 礦物油圖表 ν=工作粘度 ?=工作溫度 ν40=+40°C時(shí)的粘度

污染的壽命調(diào)整系數(shù)

污染系數(shù)eC

污染的壽命調(diào)整系數(shù)eC考慮了潤滑間隙中的污染對額定壽命的影響

額定壽命因潤滑間隙中的固體顆粒而減少，具體取決于：

顆粒的類型、大小、硬度和數(shù)量

相對潤滑膜厚度

軸承尺寸

由于這些影響因素非常復(fù)雜且相互之間會發(fā)生不可預(yù)知的變化，因此只能給出近似的指導(dǎo)值。表中的值適用于固體顆粒污染（系數(shù)eC）。沒有考慮其他污染，例如由水或其他流體引起的污染。嚴(yán)重污染（eC→ 0）軸承可能因磨損而失效。在這種情況下，使用壽命大大小于計(jì)算壽命。

下表中顯示了污染系數(shù)eC的指導(dǎo)值。這些值在DIN ISO 281中給出。DIN ISO 281附錄3提供了選擇適當(dāng)清潔度等級的幫助。本附錄還提供了實(shí)現(xiàn)軸承清潔等級的指導(dǎo)。

污染系數(shù)eC的指導(dǎo)值

必要最小負(fù)載

為了防止滑動造成的損壞，必須對軸承施加最小的徑向或軸向載荷

滾動軸承的推薦最小徑向和軸向載荷

軸承類型	建議的最小負(fù)載
深溝球軸承	P ＞ C0/100
角接觸球軸承	P ＞ C0/100
自調(diào)心球軸承	P ＞ C0/100
圓柱滾子軸承	P ＞ C0/60
圓錐滾子軸承	P ＞ C0/60
滾筒軸承	P ＞ C0/60
調(diào)心滾子軸承	P ＞ C0/100
環(huán)形滾子軸承，滿裝型或帶保持架型	P ＞ C0/75
滾針軸承	P ＞ C0/60
軸向深溝球軸承
軸向圓柱滾子軸承
軸向滾針軸承
軸向調(diào)心滾子軸承

軸向圓柱滾子軸承的系數(shù)ka

軸向調(diào)心滾子軸承的系數(shù)ka

等效工作值

非恒定負(fù)載和速度的等效運(yùn)行值

額定壽命方程假定恒定的軸承載荷P和恒定的軸承速度n。如果載荷和速度不是恒定的，則可以確定等效工作值，該等效工作值會引起與實(shí)際載荷條件相同的疲勞。

此處計(jì)算的操作值已經(jīng)考慮了壽命調(diào)整系數(shù)aISO。在計(jì)算調(diào)整后的額定壽命時(shí)，不得再次應(yīng)用它們。

可變負(fù)載和速度

如果負(fù)載和速度在時(shí)間段T內(nèi)變化，則速度n和等效軸承負(fù)載P的計(jì)算如下。如果只計(jì)算基本額定壽命，等式中可以省略1/aISO項(xiàng)

等效速度

等效軸承載荷

步長的變化

如果負(fù)載和速度在時(shí)間段T內(nèi)以步長變化，則n和P計(jì)算如下

等效速度

等效軸承載荷

恒速可變負(fù)載

如果函數(shù)F描述了負(fù)載在時(shí)間段T上的變化，并且速度是恒定的，則P計(jì)算如下

等效軸承載荷

負(fù)載以恒定速度逐級變化

如果負(fù)載在時(shí)間段T內(nèi)逐步變化，并且速度恒定，則P計(jì)算如下

等效軸承載荷

可變速度下的恒定負(fù)載

如果速度變化但負(fù)載保持不變，則以下情況適用

等效速度

速度步進(jìn)變化的恒定負(fù)載

如果速度逐級變化，則適用以下情況

等效速度

回轉(zhuǎn)運(yùn)動

如果旋轉(zhuǎn)角度小于滾動元件節(jié)距角的兩倍，則存在假邊緣化的風(fēng)險(xiǎn)。

等效速度

參數(shù)

旋轉(zhuǎn)角度

旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，旋轉(zhuǎn)角度 完成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動= 2·φs φs=軸承的旋轉(zhuǎn)角度 φa=外滾道上的每個(gè)點(diǎn)被過度滾動的旋轉(zhuǎn)角度

尺寸標(biāo)注指導(dǎo)值

額定壽命的指導(dǎo)值

推薦額定壽命值是正常操作條件下的指導(dǎo)值，此外，這些表格給出了在實(shí)踐中通常在不同安裝位置實(shí)現(xiàn)的使用壽命值。

機(jī)動車輛

軌道車輛

船舶工業(yè)

農(nóng)業(yè)機(jī)械

工程機(jī)械

電動機(jī)

軋機(jī)、鋼鐵廠設(shè)備

機(jī)床

木工機(jī)械

普通機(jī)械中的齒輪箱

輸送設(shè)備

泵、風(fēng)扇、壓縮機(jī)

離心機(jī)、攪拌器

紡織機(jī)械

塑料加工

破碎機(jī)、磨機(jī)、篩網(wǎng)

紙張和印刷機(jī)械

靜態(tài)承載能力

塑性變形限制了靜態(tài)承載能力

如果發(fā)生高靜態(tài)或沖擊載荷，滾道和滾動元件可能會發(fā)生塑性變形。這種變形限制了滾動軸承在軸承運(yùn)行期間相對于允許噪聲水平的靜態(tài)承載能力。

基本靜態(tài)負(fù)載額定值

如果滾動軸承僅在不頻繁的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動或完全沒有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的情況下運(yùn)行，則其尺寸根據(jù)基本靜態(tài)額定載荷C0確定。

根據(jù)DIN ISO 76，這是：

徑向軸承的恒定徑向載荷C0r

軸向軸承的恒定、同心作用的軸向載荷C0a

基本靜態(tài)額定載荷C0是滾動元件和滾道之間最重負(fù)載點(diǎn)處的赫茲壓力達(dá)到以下值的載荷：

滾子軸承，4?000 N/mm²

滾珠軸承，4?200 N/mm²

自調(diào)心球軸承，4?600 N/mm²

在正常接觸條件下，該載荷會在接觸點(diǎn)處造成約1/10000滾動元件直徑的永久變形。

靜載荷安全系數(shù)

除了根據(jù)疲勞壽命確定尺寸外，還建議檢查靜載荷安全系數(shù)。

靜載荷安全系數(shù)

參數(shù)

靜載荷安全系數(shù)的指導(dǎo)值

DIN ISO 76:2009-01和軸向調(diào)心滾子軸承和高精度軸承的指導(dǎo)值見相應(yīng)的產(chǎn)品說明。對于沖壓外圈滾針軸承，S0≥3。

滾珠軸承和滾子軸承的靜載荷安全系數(shù)S0——指導(dǎo)值

等效軸承靜載荷

等效靜態(tài)負(fù)載P0是一個(gè)計(jì)算值。它對應(yīng)于徑向軸承中的徑向載荷和軸向軸承中的同心軸向載荷。

P0在滾動元件和滾道之間的最重負(fù)載接觸點(diǎn)的中心點(diǎn)處引起與實(shí)際中發(fā)生的組合負(fù)載相同的負(fù)載。

等效靜態(tài)軸承載荷

參數(shù)

該計(jì)算不適用于徑向滾針軸承、軸向滾針軸承和軸向圓柱滾子軸承。這些軸承不允許使用組合載荷。

對于徑向滾針軸承和所有徑向圓柱滾子軸承：P0=F0r。

對于軸向滾針軸承和軸向圓柱滾子軸承：P0=F0a。

使用壽命

工作壽命定義為軸承實(shí)際達(dá)到的壽命。它可能與計(jì)算的壽命有很大不同。

影響使用壽命的可能因素

可能是由于以下原因造成的磨損或疲勞：

偏離運(yùn)行數(shù)據(jù)

軸和殼體之間的錯(cuò)位

操作間隙不足或過大

污染

潤滑不足

工作溫度過高

軸承擺動，旋轉(zhuǎn)角度很?。倜蹋?/p>

高振動和假浸滲

極高沖擊載荷（靜態(tài)過載）

安裝過程中的先前損壞

無法計(jì)算使用壽命

由于可能的安裝和操作條件多種多樣，不可能精確地預(yù)先確定使用壽命。得出接近估計(jì)的最可靠方法是參考類似的應(yīng)用。