03 三月

负荷和轴承寿命

主轴行业新闻

负荷和轴承寿命

在工业应用中，轴承的尺寸通常由它与负荷相关的承载能力、应用要求的寿命和可靠性决定。机床应用中，轴承尺寸通常是由其他因素决定，如系统刚度或主轴直径的固定尺寸以及应用的转速和进给参数。 机床的计算机程序，用于确定实际负荷尤其复杂，因为它涉及许多影响因素。SKF开发了专用的计算机程序，用于分析不稳定主轴轴承配置。要了解更多的信息，请与SKF联系。 本样本阐述了关于高精密轴承的承载能力和计算寿命的基本知识。它使极限负荷和轴承寿命的人工计算和SKF轴承综合型录中的公式结合了起来。这里描述的计算用SKF互动工程型录（www.skf.com）在线可以很容易地完成。

许用静负荷

当机床不工作时，静负荷或附近其他机床产生的振动会使滚动体和滚道间产生永久接触变形。低速冲击负荷也会造成永久的变形。对于精密轴承配置，一定不能产生永久变形。为确保静负荷不引起永久变形，可将轴承的基本额定静负荷和当量静负荷加以比较，以确定轴承是否有永久变形的风险。 

基本额定静负荷

在ISO 76:2006中定义了基本额定静负荷 \(C_0\)。它等于承受最重负荷的滚动体/滚道产生大约为滚动体直径的0.0001的永久变形时接触中心的计算接触应力。对于径向轴承，负荷为纯径向的；对于推力轴承，负荷为轴向且作用在轴向中心。 基本额定静负荷 \(C_0\) 列于产品列表中。

轴承当量静负荷

为了比较实际负荷和基本额定静负荷，必须把实际负荷转换成当量负荷 \(P_0\)。它定义为：假设的一个在轴承上产生的最大滚动体负荷和轴承所受的实际负荷一样的负荷（径向轴承承受纯径向负荷和推力轴承的轴向负荷）。 计算轴承当量静负荷的必需的信息和数据见各产品章节的介绍性内容。 ### 校核静负荷承载能力 \[ P_0 \le \frac{C_0}{s_0} \] 可以得到一个避免轴承发生永久变形的足够的安全系数。 式中： - \(P_0\) = 轴承当量静负荷，kN； - \(C_0\) = 基本额定静负荷，kN； - \(S_0\) = 静安全系数。 对于全钢精密角接触球轴承（包括推力球轴承），\(S_0 \ge 3\)； 对于全钢精密圆柱滚子轴承，\(S_0 \ge 5\)； 对于混合陶瓷轴承，静安全系数应该增大10%。 对于丝杠用角接触推力球轴承，静安全系数的指导值为3，但静安全系数下降到 \(S_0=1\) 也可以使用。 --- ## 负荷和寿命 SKF轴承综合型录中的关于轴承寿命计算和基本额定负荷的通用数据也适用于高精密轴承。应该注意的是基于ISO 281:2007的所有寿命计算适用于“普通”速度范围的轴承。对于速度系数 \(A \ge 500000\) 的应用，应该考虑额外的影响因素。速度系数为 \[ A = n d_m \] 式中： - \(A\) = 速度系数，mm/min； - \(n\) = 转速，r/min； - \(d_m\) = 为轴承的平均直径 = 0.5(\(D+d\))，mm。 了解更多的信息，请与SKF联系。 基于统计假设，可以计算轴承的疲劳寿命。关于详细情况，请参考SKF轴承综合型录或www.skf.com上的SKF互动工程型录。 计算轴承寿命的简单方法是用ISO中典型的公式计算轴承的基本额定寿命。但SKF推荐用SKF额定寿命公式，它可以更精确的预测轴承寿命。两种计算方法均基于基本额定动负荷和当量动负荷。

基本额定动负荷

在ISO 281:2007中，将基本额定动负荷 \(C\) 定义为：轴承的基本额定寿命达到 \(10^6\) 转时所承受的负荷。其假设为：负荷大小和方向不变，径向轴承承受径向负荷，推力轴承承受轴向负荷且作用在轴向中心。 基本额定动负荷 \(C\) 列于产品表中。 

轴承当量动负荷 

为了计算基本额定动负荷下轴承的寿命，需要把轴承所承受的实际负荷转换成当量动负荷。轴承的当量动负荷 \(P\) 为一个大小和方向不变的恒定负荷，且径向轴承承受径向负荷，推力轴承承受轴向负荷并作用在轴向中心。假定 \(P\) 用于表示实际负荷对轴承寿命的影响。 计算轴承当量动负荷需要的信息见各产品章节的介绍性内容。 ### 基本额定寿命 预测轴承寿命的近似方法是利用ISO 281:2007中的基本额定寿命公式。 \[ L_{10} = \left( \frac{C}{P} \right)^p \] 式中： - \(L_{10}\) = 基本额定寿命（90%可靠性），百万转； - \(C\) = 基本额定动负荷，kN； - \(P\) = 当量动负荷，kN； - \(p\) = 寿命公式中的指数（球轴承为3；滚子轴承为10/3）。

 SKF额定寿命

对于精密轴承，基本额定寿命可能明显偏离了给定应用中的实际寿命。某一应用中的实际寿命取决于各种各样的影响因素。SKF额定寿命使用了一个考虑了润滑、污染和材料的疲劳负荷极限 \(P_u\) 的寿命修正系数。SKF额定寿命的计算方法与ISO 281:2007中的计算方法一致。 疲劳负荷极限 \(P_u\) 列在产品表中。关于计算方法的更多信息，请参考SKF轴承综合型录（“轴承选择和应用原则”中的“轴承尺寸的选择”部分）。www.skf.com上的SKF互动工程型录提供了易于使用的计算功能。 

混合陶瓷轴承的额定寿命 当计算混合陶瓷轴承的额定寿命时，可以利用与全钢轴承相同的寿命值。混合陶瓷轴承中陶瓷滚动体比全钢轴承中钢制滚动体的硬度和刚度都要高很多。尽管硬度和刚度的增加会在陶瓷滚动体和钢制滚道间产生高的接触应力，但现场经验和实验室试验表明两种轴承可以使用同一额定寿命。 大量的经验和试验表明，在常用的机床中，混合陶瓷轴承的工作寿命明显长于全钢轴承的工作寿命。混合陶瓷轴承有更长的工作寿命是由于其硬度、低的密度和表面光洁度。陶瓷滚动体的硬度使其更加耐磨，同时低密度使离心力和惯性力变的最小；表面光洁度使轴承润滑效果最大化。

必要的最小负荷

高速工作或承受大的加速度或负荷方向迅速变化的轴承中，滚动体的惯性力和润滑剂的摩擦对其滚动状态有不利的影响。可能会使滚动体和滚道间发生有害的滑动。为使轴承运转良好，应总是对滚动轴承施加一个给定的最小负荷。 一般光轴轴承，该轴承必要的最小负荷应为0.01\(C\)；而滚子轴承为0.02\(C\)。

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