原理——疲勞理論

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

然而，現(xiàn)代高質(zhì)量軸承在有利的運行條件下，可以大大超過基本額定壽命的計算值。Ioannides和Harris進一步開發(fā)了滾動接觸疲勞模型，該模型擴展了Lundberg和Palmgren理論，更好地描述了現(xiàn)代軸承的性能。

“調(diào)整后額定壽命的擴展計算”方法考慮了以下影響：

軸承負載

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，特別是與污染有關的因素極其復雜，因此大量的經(jīng)驗對于準確評估必不可少，本章中的表格和圖表只能提供指導值。

滾動軸承尺寸

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

動態(tài)承載能力和壽命

基本動態(tài)負載額定值

動態(tài)負載承載能力是根據(jù)基本的動態(tài)負載額定值來計算的。基本動態(tài)負載額定值基于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算的。

影響疲勞壽命的因素

疲勞壽命取決于：

負載

運行速度

首次出現(xiàn)故障的統(tǒng)計概率

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。

額定壽命計算

計算方法

額定壽命的計算方法如下：

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算以及以運行小時（L10h）為單位的基本額定壽命計算如下：

額定壽命（以轉(zhuǎn)數(shù)為單位）

額定壽命（以工作小時為單位）

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與實際中出現(xiàn)的組合載荷相同

如果負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際負載條件相同的疲勞。

等效動態(tài)徑向軸承載荷

參數(shù)

根據(jù)計算，不能應用于徑向滾針軸承、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)

擴展調(diào)整額定壽命

擴展調(diào)整額定壽命Lnm的計算在DIN ISO 281附錄1中標準化，并于2007年納入全球標準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的計算機輔助計算，并自2010年起在DIN 26281中標準化。

擴展的調(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被定義為在實驗室條件下，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的計算值，而不是用作設計標準。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

計算壽命調(diào)整系數(shù)aISO的標準化方法基本上考慮了：

軸承上的負載

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

材料中的殘余應力

環(huán)境條件

潤滑劑污染

運行條件下的壽命調(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添加劑的潤滑劑進行計算。在嚴重污染（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際應用中或在符合DIN 51819-1的滾動軸承試驗臺FE8上證明。

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

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

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和運行速度n確定參考粘度ν1

標稱粘度

在+40°C時，油的標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20K（不受任何外部熱源的影響）。

在計算擴展調(diào)整額定壽命Lnm時考慮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=運行速度

ν/? 礦物油圖表 ν=工作粘度 ?=工作溫度 ν40=+40°C時的粘度

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雜且相互之間會發(fā)生不可預知的變化，因此只能給出近似的指導值。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算壽命。

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

污染系數(shù)eC的指導值

必要最小負載

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

非恒定負載和速度的等效運行值

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際載荷條件相同的疲勞。

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

可變負載和速度

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

等效速度

等效軸承載荷

步長的變化

如果負載和速度在時間段T內(nèi)以步長變化，則n和P計算如下

等效速度

等效軸承載荷

恒速可變負載

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

等效軸承載荷

負載以恒定速度逐級變化

如果負載在時間段T內(nèi)逐步變化，并且速度恒定，則P計算如下

等效軸承載荷

可變速度下的恒定負載

如果速度變化但負載保持不變，則以下情況適用

等效速度

速度步進變化的恒定負載

如果速度逐級變化，則適用以下情況

等效速度

回轉(zhuǎn)運動

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險。

等效速度

參數(shù)

旋轉(zhuǎn)角度

旋轉(zhuǎn)運動，旋轉(zhuǎn)角度 完成旋轉(zhuǎn)運動= 2·φs φs=軸承的旋轉(zhuǎn)角度 φa=外滾道上的每個點被過度滾動的旋轉(zhuǎn)角度

尺寸標注指導值

額定壽命的指導值

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

機動車輛

軌道車輛

船舶工業(yè)

農(nóng)業(yè)機械

工程機械

電動機

軋機、鋼鐵廠設備

機床

木工機械

普通機械中的齒輪箱

輸送設備

泵、風扇、壓縮機

離心機、攪拌器

紡織機械

塑料加工

破碎機、磨機、篩網(wǎng)

紙張和印刷機械

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)負載額定值

如果滾動軸承僅在不頻繁的旋轉(zhuǎn)運動或完全沒有旋轉(zhuǎn)運動的情況下運行，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載點處的赫茲壓力達到以下值的載荷：

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值見相應的產(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——指導值

等效軸承靜載荷

等效靜態(tài)負載P0是一個計算值。它對應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載接觸點的中心點處引起與實際中發(fā)生的組合負載相同的負載。

等效靜態(tài)軸承載荷

參數(shù)

該計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際達到的壽命。它可能與計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：

偏離運行數(shù)據(jù)

軸和殼體之間的錯位

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，不可能精確地預先確定使用壽命。得出接近估計的最可靠方法是參考類似的應用。