多列組合滾動軸承的壽命計算探討

王立堅，龍有生，何偉

（貴陽險峰機床有限責任公司，貴州 惠水 550601）

0 引 言

對于工程技術人員來說，單個軸承疲勞壽命的計算是經常遇到的，對此類計算也比較熟悉，但在實際的工程計算和工作中，往往需要對機床全部軸承的使用壽命進行計算。為此，本文僅介紹一種組合軸承的壽命計算方法。

1 單個滾動軸承疲勞壽命的計算

1.1 軸承疲勞壽命的定義

軸承承受負荷運轉，內圈、外圈的滾道面及滾動體的轉動面由于不斷反復承載，材料疲勞，在滾道面或滾動面出現叫做Flaking 的魚鱗狀損傷。把截止到最早出現Flaking 的總旋轉次數叫做滾動疲勞壽命。

即使同樣尺寸、結構、材料、熱處理、加工方法的軸承，在同一條件下運轉，軸承的疲勞壽命也具有很大的離散性，這是由于材料自身疲勞特性存在離散性。因此，將這種疲勞的離散性用統計方法處理，就產生了一個叫基本額定壽命的說法。

1．2 基本額定疲勞壽命

基本額定疲勞壽命是指將一組同一型號的軸承，依次在同一運轉條件下運轉，其中90%的軸承能夠不出現因滾動疲勞而引起Flaking 的總運轉次數。在旋轉速度一定的情況下，多用總旋轉時間來表示基本額定壽命。

1．3 基本額定負荷

我們在計算單個軸承滾動疲勞壽命時會用到基本額定負荷，它是指在內圈旋轉、外圈靜止的條件，基本額定壽命為100 萬轉（106），負荷方向及大小不變。

1．4 單個滾動軸承基本額定壽命的計算

滾動軸承的基本額定動負荷、軸承負荷及基本額定壽命之間的關系，可以使用下列公式表示：

球軸承：

滾子軸承：

式中：P 為當量動負荷，N；C 為基本額定動負荷，N。N 為回轉速度，r/min。利用上面的公式比較容易計算出單個滾動軸承的使用壽命。

2 當量動負荷的提出和計算表達

在計算軸承壽命時，實際情況大多是軸向負荷與徑向負荷同時作用形成合成負荷，其大小、方向也在變動。此時因無法直接使用作用于軸承的負荷，所以在各種旋轉條件、負荷條件下，考慮使軸承得到與實際疲勞壽命相同、大小一定、作用于軸承中心的假定負荷，也就是當量負荷Pr。

軸向負荷以Pr、徑向負荷以Fa、接觸角以α 表示時，當量負荷公式為Pr=XFr+YFa。式中，X 為徑向負荷系數，Y為徑向負荷系數，見表1。

表1 系數X 及Y 的值

在同時承受軸向負荷與徑向負荷的接觸角α≠90°時，該當量負荷公式為Pa=XFr+YFa。

3 多列滾動組合軸承的壽命計算

一臺機器上使用若干個滾動軸承時，如果知道每個軸承所承受的負荷，可由此計算出每個軸承的疲勞壽命。但是，一般情況下只要機器上的某個軸承損壞，整個機器運行就出現了問題，因此必須要將整個機床的所有軸承作為一個整體來計算和分析其疲勞壽命情況。

單個軸承的疲勞壽命計算公式只有90%的準確率，但是對于多列軸承在某期間內達到的概率是每個軸承在同一期內達到概率的累積，因此多列軸承的實際壽命比最短單個軸承壽命要短。

下面以DBB 組合為例介紹多列組合滾動軸承的壽命計算，如圖1 所示。

圖1 DBB 組合示意圖

在考慮外部徑向負荷Fre、外部軸向負荷Fae及預緊力Fao時，多列組合軸承壽命就必須計算出每個軸承的負荷分配。

具體公式如下：

假定每個軸承所承受的總徑向負荷為Fr，總軸向負荷為Fa。在承受外部徑向負荷Fre時，總預緊力Fap由以下公式計算： Fap=（Fre×1.2×tanα+Fao）/4。

此時，如果Fap＜Fao/2,記為Fap=Fao/2。

每個軸承都承受外部徑向負荷時的總軸向負荷Fa1=Fae/3+Fap，Fa2=Fap-Fae/6。

在Fa2＜0，表示沒有預緊力，則Fa1=Fae/2，Fa2=0e。

根據當量動負荷計算公式：Pr1=XFr1+YFa1，Pr2=XFr2+YFa2。

X、Y 值依據表1 得出。

各軸承的基本額定壽命計算公式參照式（2）可得。因此，DBB 組合軸承整體壽命可以通過以下公式計算：

4 結 語

由于在計算多列組合軸承的疲勞使用壽命時，考慮到徑向和軸向的負荷以及接觸角等的變化，該計算方法可以為機床軸承整體使用壽命的計算提供一個可靠性比較高的計算方法，可以為相關工作提供借鑒。