浅议轴承的寿命与可靠性分析
发布时间：2013-04-18 浏览次数：731
韩金元
（天津市天铁轧二制钢有限公司）
摘 要：现代机器上只要涉及到运动的部位都会应用到轴承，轴承在不同的工作状况下所承受的载荷也是不同的，这将会对轴承的使用寿命提出极大的挑战，一个好的轴承能够使机器设备平稳的工作，因此轴承的寿命也是评定机器可靠性程度一项重要检测指标，本论文就影响轴承的寿命及其可靠性的因素，轴承的选材，轴承寿命计算方法进行分析。
关键词：轴承；疲劳强度；寿命；可靠性；润滑
一、影响轴承寿命和可靠性的主要因素
1、磨粒磨损
由于轴承的工作状况的不同，轴承的磨损情况也不尽相同，在正常工作下也会有灰尘、沙粒等坚硬的微粒进入到轴承的表面，轴承工作时，会将轴承表面当作研磨的平面，使表面受到损害。出现轴承性能在预期寿命前就急剧恶化的情况，主要是在启动、停车或轴颈与轴承发生边缘接触时，导致几何形状改变、精度丧失，轴承间隙加大。
2、刮伤
较大的坚硬杂质进入到轴承间隙中，当发生相对运动时，杂质不会以同等的速度进行运动，速度差的出现会使轴瓦表面划出浅痕甚至深沟。
3、胶合
轴承长时间连续工作或者保养不当，以及承重过大都会使轴承整体温度急剧升高，润滑油膜破裂，在缺少润滑和重载的情况下，轴承表面就会出现粘粘在一起的现象，在发生相对运动时，会使轴承表面破裂或者轴承不能运转。
4、疲劳剥落
长时间重载工作，会使轴承表面金属达到其疲劳极限，表面会出现裂纹，一般疲劳裂纹与运动方向垂直，严重后逐渐扩大。
5、腐蚀
轴承工作时产生的高温会使轴承表层的润滑油膜燃烧，燃烧产物具有酸性，长期如此，轴承的金属表面便会受到腐蚀。
二、轴承材料选择及其制造技术
1、针对上述影响轴承寿命的因素，轴承材料性能应着重满足以下要求：
（1）良好的减磨性、耐磨性和抗胶合性；
（2）良好的摩擦顺应性、嵌入性和磨合性；
（3）足够的强度和抗腐蚀能力；
（4）良好的导热性、经济型和工艺性。
2、轴承的选材：
应该指出，没有一种材料能够同时具备上述性能。常用的轴承材料可分为：
（1）金属材料，如轴承合金、铜合金、铝基合金、铸铁等；
（2）多孔质金属材料；
（3）非金属材料，如工程材料、碳—石墨等。
3、轴承的制造技术：
轴承寿命的长短一方面在于平常的维护保养，另一方面在于它的制造过程中对材料的硬化加工以及细节加工的手段。
（1）轴承中套圈是使轴承滚子运转平顺的重要部件，对套圈进行冷扩加工，可使套圈的流线性更好，材料更加致密，以此提高轴承寿命。
（2）对轴承滚子、套圈、轴承表面进行硬化处理，以此来延长轴承的寿命。
（3）采用二次精加工技术，对轴承滚道进行再次加工，改变滚道角度，进而增大滚子所受压力。
（4）采用精细研磨技术，使轴承工作表面尽可能的光滑，降低表面粗糙值，以减小运动中的摩擦力。
（5）严格保证轴承的制造精度，避免不同心部件的出现。
（6）滚子与套圈的硬度值要有一定的匹配度，不可出现两者硬度相差太大的问题。
（7）避免裂纹、斑点等缺陷出现在轴承表面。
三、轴承寿命计算及可靠性
1、轴承寿命计算：
轴承的工作状态决定了它的工作寿命，当轴承所承受的载荷越大，滚子与轴承表面的接触应力也就越大，单位时间内的应力变化频率也就越大，长期如此轴承寿命急剧缩短。基于疲劳损伤累积假说，有效寿命疲劳极限（δrn）mN=C，C为一个常数。通过大量实验得出载荷---寿命曲线。用公式表示二者的关系为：L10=(C/P)ɡ。实际计算中，用小时数表示寿命数比较方便，故以小时数表示的滚轮的额定寿命LH=106/60n(C/P)ɡ。
轴承可靠性分析：轴承的可靠性是指轴承在某一工作状况下（比如相同的转速、载荷、温度等条件）,不会丧失工作能力的可靠程度。进行机械强度的可靠性分析时应作出如下假设：假设轴承的设计参量（如载荷、尺寸、应力集中系数等）均为随机变量，分别跟从某一概率分布，通过计算可以求得合成的应力分布。假设轴承的强度与材料的力学性能、尺寸因子、表面系数等因素有关，它们也分别服从某一概率分布，也可以求得合成的应力分布。轴承内部尺寸设计的不合理会引起轴承不同形式的震动，并且轴承的震动是不可能通过设计避免的。只能在设计过程中对内部或外形尺寸进行优化，减小震动的幅度。震动对轴承的可靠性影响也是极大的，这种震动会加速相关零件的损坏。应用逆向设计思想，通过分析不同情况下的震动来优化滚子的各个设计参数，但是震动对套圈的影响十分的复杂，不能通过简单的分析模拟就可以做好。
参考文献：
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来源：《科技天地》
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