SKF軸承壽命載荷定義與計(jì)算

如需估計(jì)軸承的預(yù)期壽命，您可以使用基本額定壽命，L10，或SKF額定壽命，L10m。如果您對(duì)與潤滑和污染相關(guān)的工況有經(jīng)驗(yàn)并且知道您所處的工作條件不會(huì)對(duì)軸承的壽命產(chǎn)生劇烈的影響，請(qǐng)使用基本額定壽命計(jì)算法；不然，SKF推薦使用SKF額定壽命。軸承壽命定義軸承壽命的定義是，在內(nèi)圈或外圈滾動(dòng)體或滾道首次出現(xiàn)金屬疲勞（剝落）跡象之前，軸承以一定速度運(yùn)行所能夠達(dá)到的旋轉(zhuǎn)次數(shù)或（工作小時(shí)數(shù)）。

在相同的工況下，對(duì)外表看起來相同的軸承進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果在周期數(shù)以及導(dǎo)致金屬疲勞所需時(shí)間上產(chǎn)生了巨大差異。因此，基于滾動(dòng)接觸疲勞（RCF）估計(jì)的軸承壽命不夠精確，因此需要使用統(tǒng)計(jì)方法來確定軸承尺寸。

基本額定壽命，L10是基于某一足夠大數(shù)量表面上完全相同的軸承在相同的工況下運(yùn)行，其中90%能夠達(dá)到或超過的疲勞壽命。

如需用此處給出的定義確定相關(guān)的軸承尺寸，請(qǐng)根據(jù)之前可用的尺寸標(biāo)注經(jīng)驗(yàn)，將計(jì)算出的額定壽命與軸承應(yīng)用的預(yù)期服務(wù)壽命進(jìn)行對(duì)比。否則，請(qǐng)使用\o""表

1

和\o""表

2中列出的有關(guān)不同軸承應(yīng)用約定壽命的指南。

鑒于軸承疲勞壽命的統(tǒng)計(jì)分布，只要特定軸承失效概率的確定與相似條件下運(yùn)行的一組軸承相關(guān)，單個(gè)軸承可觀察到的失效時(shí)間就可根據(jù)其額定壽命進(jìn)行評(píng)估。

在各種應(yīng)用中，對(duì)軸承失效進(jìn)行的眾多調(diào)查已確認(rèn)，基于90%可靠性的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則和采用動(dòng)態(tài)安全系數(shù)，可以設(shè)計(jì)出可避免典型疲勞失效的、堅(jiān)固耐用的軸承解決方案?；绢~定壽命如果您只考慮載荷和速度，您可以使用基本額定壽命，L10。

軸承的基本額定壽命按ISO

281標(biāo)準(zhǔn)表示為

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算"進(jìn)行計(jì)算

如果速度保持不變，最好用工作小時(shí)計(jì)算壽命值，可通過以下公式獲得

當(dāng)L10基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]L10h基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬小時(shí)]C基本額定動(dòng)載荷[kN]P軸承等效動(dòng)載荷[kN]n轉(zhuǎn)速[r/min]p壽命公式的指數(shù)

3表示球軸承

10/3表示滾子軸承SKF額定壽命由于現(xiàn)代軸承的質(zhì)量提高不少，在某些應(yīng)用中，軸承的實(shí)際工作壽命可能明顯偏離其計(jì)算得出的基本額定壽命。在特定應(yīng)用中，軸承的工作壽命不僅取決于載荷和軸承尺寸，還受諸多因素影響，包括潤滑、污染程度、安裝情況和其他環(huán)境條件。

ISO

281使用壽命修正系數(shù)來彌補(bǔ)基本額定壽命的不足。SKF壽命修正系數(shù)aSKF采用疲勞載荷限制P的相同概念u（→

疲勞載荷限制，Pu），如在ISO

281中使用的P值u列于產(chǎn)品表。與在ISO

281中一樣，如需反映出三種重要的工況，SKF壽命修正系數(shù)aSKF取潤滑條件（粘度比κ→

潤滑條件–粘度比，κ），與軸承疲勞載荷限制相關(guān)的載荷水平，以及系數(shù)ηc

對(duì)于污染水平（→

污染系數(shù)，ηc）考慮使用

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算"進(jìn)行計(jì)算

如果速度恒定，可通過下面的方程式獲得用工作時(shí)間表示的壽命值

當(dāng)LnmSKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]LnmhSKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[工作小時(shí)]L10基本額定壽命（90%的可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]a1壽命可靠性調(diào)整系數(shù)（\o""表3，值符合ISO281）aSKFSKF壽命修正系數(shù)C基本額定動(dòng)載荷[kN]P軸承當(dāng)量動(dòng)載荷[kN]n轉(zhuǎn)速[r/min]p壽命公式的指數(shù)

3表示球軸承

10/3表示滾子軸承

1)系數(shù)n表示失效概率，是所需可靠性與100%之差。

對(duì)于90%可靠性：

Lnm=SKF額定壽命（在100–n1)%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]

成為：

L10m=SKF額定壽命[百萬轉(zhuǎn)]

因?yàn)閴勖拚禂?shù)a1與疲勞相關(guān)，與載荷水平的相關(guān)性較小，P，低于疲勞載荷限制Pu帶壽命修正系數(shù)的尺寸標(biāo)注反映出極高的可靠性（例如99%），結(jié)果將選出適用于給定載荷的大型軸承。在這種情況下，必須根據(jù)軸承最小載荷要求檢查軸承載荷。最小載荷的計(jì)算方法，請(qǐng)參考\o""必需最小載荷。

表4

提供了除百萬轉(zhuǎn)以外的表示軸承壽命單位的常用換算系數(shù)。變化工作條件、浮動(dòng)載荷下的軸承壽命計(jì)算在某些應(yīng)用-例如工業(yè)齒輪箱、汽車變速箱或風(fēng)車中-工作條件（例如載荷大小和方向、速度、溫度以及潤滑條件）是不斷變化的。在這些類型的應(yīng)用中，首先應(yīng)將載荷變化的模式或工作周期減至有限數(shù)量的、較簡單的載荷條件，才可以計(jì)算軸承壽命（\o"恒定軸承載荷P和轉(zhuǎn)數(shù)N工作段"圖

1）。

對(duì)于不斷變化的載荷，每個(gè)不同載荷水平可累計(jì)，載荷譜可簡化為恒定載荷區(qū)的矩形圖。每一個(gè)載荷段都以運(yùn)行時(shí)間的百分比或分段時(shí)間來表示。重載荷和正常載荷消耗軸承壽命的速度比輕載荷快。因此在載荷圖表中，必須把峰值載荷獨(dú)立分辨出來，即使這些載荷出現(xiàn)得很少且時(shí)間相對(duì)較短。

在每一工作段內(nèi)，可以把軸承載荷和工作條件平均為具有代表性的恒定值來表示。此外，還應(yīng)根據(jù)每一工作段所需的工作小時(shí)或轉(zhuǎn)數(shù)，計(jì)算該載荷條件下的分段壽命。因此，如果N1等于載荷條件P所需的轉(zhuǎn)數(shù)1，N表示完成所有可變載荷周期的預(yù)期轉(zhuǎn)數(shù)，那么分段周期U1=N1/N由載荷條件P使用1，其擁有計(jì)算壽命L10m1在變化的工作條件下，軸承的壽命可用以下公式估算

式中L10mSKF額定壽命（90%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]L10m1,L10M2,...恒定條件1、2、…下SKF額定摩擦壽命（90%可靠性）[百萬轉(zhuǎn)]U1,U2,...條件1、2、…下的分段壽命周期

U1+U2+...Un=1

此計(jì)算方法特別適用于已知時(shí)間段，載荷水平和速度會(huì)變化的應(yīng)用條件。表1-不同設(shè)備類型的約定壽命參考值設(shè)備類型規(guī)范壽命工作小時(shí)家用機(jī)器、農(nóng)業(yè)機(jī)器、儀器、醫(yī)療設(shè)備300...3000短期或者間歇工作的機(jī)器:電子手動(dòng)工具、車間起重設(shè)備、建筑

設(shè)備和機(jī)械3000...8000短時(shí)間或間歇使用但運(yùn)行可靠性要求較高的機(jī)械：用于包裝產(chǎn)品或鼓輪吊索的升降機(jī)（電梯）、

起重機(jī)等。8000...12000供每天8小時(shí)使用的機(jī)械，但并不總是全負(fù)荷運(yùn)行：一般用途的齒輪驅(qū)動(dòng)、工業(yè)用途的

電機(jī)、旋轉(zhuǎn)粉碎機(jī)10000...25000每天8小時(shí)滿負(fù)荷工作的機(jī)器:機(jī)床、木材機(jī)械、

重型起重機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、輸送帶、印刷設(shè)備、分離機(jī)、

離心機(jī)20000...30000連續(xù)使用24小時(shí)的機(jī)器：軋鋼廠用齒輪箱、中型電機(jī)、壓縮機(jī)、

采礦用起重機(jī)、泵、紡織機(jī)械40000...50000風(fēng)電機(jī)械的設(shè)備，包括：主軸、擺動(dòng)結(jié)構(gòu)、齒輪箱、發(fā)電機(jī)軸承30000...100000自來水廠用的機(jī)械、轉(zhuǎn)爐、電纜絞股機(jī)、遠(yuǎn)洋輪的推進(jìn)機(jī)械60000...100000大型電機(jī)、發(fā)電廠設(shè)備、礦井水泵、礦用通風(fēng)風(fēng)機(jī)、

遠(yuǎn)洋輪的隧道軸軸承100000

...200000表2-約定壽命參考值—鐵路機(jī)車軸箱軸承車輛類型規(guī)范壽命百萬公里符合UIC規(guī)格的貨車，基于連續(xù)作用的最大軸載荷0,8車輛的轉(zhuǎn)向架：郊區(qū)列車、地鐵、輕軌和有軌電車1,5干線客運(yùn)機(jī)車3干線柴油或電動(dòng)車組3...4干線柴油或電力機(jī)車3...5表3-壽命修正系數(shù)a1可靠性故障

概率SKF額定壽命系數(shù)nLnma1%%百萬轉(zhuǎn)–9010L10m1955L5m0,64964L4m0,55973L3m0,47982L2m0,37991L1m0,25表4-軸承壽命單位的換算系數(shù)全擺動(dòng)

=

4

γ

（=從0點(diǎn)到4點(diǎn)）基本單元轉(zhuǎn)換系數(shù)百萬轉(zhuǎn)工作小時(shí)百萬

公里

百萬

擺動(dòng)

周期1)1百萬轉(zhuǎn)1工作小時(shí)1百萬公里1百萬擺動(dòng)圈數(shù)1)D=車輪直徑[m]

n=轉(zhuǎn)速[r/min]

γ=擺動(dòng)幅度（偏離中心位置的最大角度）,單位為度[°]1)對(duì)于小幅值（y<10°）無效。圖

1-恒定軸承載荷P和轉(zhuǎn)數(shù)N工作段軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，P

在計(jì)算軸承額定壽命時(shí)，軸承基本壽命和SKF軸承壽命等式中都需要軸承當(dāng)量動(dòng)載荷值。作用于軸承上的載荷根據(jù)使用外力的力學(xué)定律計(jì)算得出-例如已知或可被計(jì)算得出的動(dòng)力傳輸產(chǎn)生的力、工作壓力、重力或慣性力。在現(xiàn)實(shí)條件下，作用于軸承的載荷可能不為恒定，既可以從徑向也可以從軸向作用，且兩者都受限于要求修改或簡化（在某些情況下）載荷計(jì)算公式的其他系數(shù)。計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷用于軸承額定壽命等式中的載荷值P是指軸承當(dāng)量動(dòng)載荷。軸承當(dāng)量動(dòng)載荷被定義為：一個(gè)假定大小和方向不變，對(duì)徑向軸承作徑向運(yùn)動(dòng)，對(duì)推力軸承作軸向和中心運(yùn)動(dòng)的載荷。

施加該假定載荷時(shí)，會(huì)與軸承所承受的實(shí)際載荷造成一樣的影響（\o"等效動(dòng)載荷"圖

1）

如果軸承承受同時(shí)作用的徑向載荷Fr和軸向載荷Fa其大小和方向是固定的，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷P可從以下的通用公式得出

\o"選擇產(chǎn)品并使用SKF軸承計(jì)算器進(jìn)行計(jì)算"進(jìn)行計(jì)算

當(dāng)P軸承當(dāng)量動(dòng)載荷[kN]Fr實(shí)際徑向軸承載荷[kN]Fa實(shí)際軸向軸承載荷[kN]X軸承的徑向載荷系數(shù)Y軸承的軸向載荷系數(shù)

單列徑向軸承只有在比率F超過特定的限定系數(shù)e時(shí)，a/Fr軸向負(fù)荷才會(huì)影響到當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷P。如果是雙列軸承，即使軸向載荷很輕也會(huì)影響當(dāng)量載荷且應(yīng)當(dāng)被納入考慮。

以上的通用公式也適用于能同時(shí)承受軸向與徑向載荷的球面滾子推力軸承。

某些推力軸承（如推力球軸承和圓柱與滾針推力軸承）只能承受純軸向載荷。對(duì)于這些軸承，只要載荷作用在軸承的中心，公式簡化為

P=Fa

相關(guān)產(chǎn)品章節(jié)中提供計(jì)算不同類型軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷所需的信息和數(shù)據(jù)。\o"等效動(dòng)載荷"圖

1當(dāng)量平均載荷其他載荷可能會(huì)隨著時(shí)間發(fā)生變化。對(duì)于此類情況，必須計(jì)算當(dāng)量平均載荷。工作段內(nèi)的平均載荷在每一個(gè)工作段中，工作條件可與其公稱值有小許偏差。假設(shè)某工作制的工作條件，諸如轉(zhuǎn)速和載荷的方向是較為固定的，而載荷的大小只在最小值F最小和最大值F最大（\o"平均載荷"圖1），平均載荷可通過以下獲得：

圖

1-等效動(dòng)載荷旋轉(zhuǎn)載荷如果，如\o"旋轉(zhuǎn)載荷"圖

2所示，軸承上的載荷由載荷F1（其大小和方向?yàn)楹愣ǎ甾D(zhuǎn)子的重量）和旋轉(zhuǎn)恒定載荷F2（如不平衡的載荷，平均載荷可從以下獲得）構(gòu)成

Fm=fm(F1+F2)

系數(shù)f的值m于\o"旋轉(zhuǎn)載荷"圖3。圖

2-旋轉(zhuǎn)載荷圖3-旋轉(zhuǎn)載荷峰值載荷短時(shí)作用的高載荷（\o"短時(shí)峰值載荷"圖

4）可能不會(huì)影響疲勞壽命計(jì)算中所有的平均載荷。根據(jù)軸承額定靜載荷C評(píng)估該峰值載荷0，使用合適的靜載荷安全系數(shù)s0.→

基于靜載荷的尺寸選擇

圖

4-短時(shí)峰值載荷計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷時(shí)的考量為實(shí)現(xiàn)簡化，當(dāng)計(jì)算支撐軸的軸承負(fù)荷的分力時(shí)，軸是被看成由剛性和無力矩作用的支點(diǎn)所支承的靜定梁。軸承、軸承座或機(jī)械結(jié)構(gòu)的彈性變形，軸撓曲導(dǎo)致在作用軸承上的力矩，全不考慮在簡化的計(jì)算中。如果您不借助于相關(guān)的計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行軸承配置計(jì)算，就需要這些簡化。實(shí)際上，計(jì)算基本額定載荷和當(dāng)量軸承載荷的標(biāo)準(zhǔn)方法，也是根據(jù)類似的假設(shè)。

利用先進(jìn)和復(fù)雜的計(jì)算程序（→

SKFSimProQuick和SKFSimProExpert），可以不用上述的假設(shè)，而根據(jù)彈性力學(xué)理論來計(jì)算軸承的載荷。在這些計(jì)算程序中，軸承、軸以及軸承座都是被考慮為系統(tǒng)中具彈性的部分。

如果由軸及其部件的重量導(dǎo)致的外力和載荷（諸如慣性力或載荷）未知，通?？梢杂?jì)算得出。然而，在確定工作力和載荷（諸如碾壓力、力矩、非平衡載荷以及沖擊載荷）時(shí)，通常要依靠類似機(jī)器或軸承配置的經(jīng)驗(yàn)才能確定。齒輪傳動(dòng)對(duì)于齒輪傳動(dòng)，齒輪在理論上產(chǎn)生的作用力可以根據(jù)傳輸功率以及齒輪的類型算出。但也有其它動(dòng)態(tài)力由齒輪、輸入軸與輸出軸產(chǎn)生。此外，齒輪的間距或形狀誤差和旋轉(zhuǎn)部件的不平衡也會(huì)造成附加的動(dòng)態(tài)力。專為高精度生產(chǎn)的齒輪具有可被忽視的附加作用力。對(duì)于精度較低的齒輪，請(qǐng)使用以下齒輪載荷系數(shù)：間距或形狀誤差

<

0.02mm：1,05至1,1間距或形狀誤差在0.02至0.1mm之間：1,1至1,3應(yīng)用齒輪傳動(dòng)的機(jī)器，只有在工作條件、傳動(dòng)系統(tǒng)慣性以及聯(lián)軸器或其他接頭行為已知的情況下，才能確定根據(jù)其運(yùn)行形式和模式所產(chǎn)生的附加作用力。通過采用將系統(tǒng)動(dòng)態(tài)作用納入考慮的“運(yùn)行”系數(shù)，其對(duì)軸承額定壽命的影響被包括。皮帶傳動(dòng)在皮帶驅(qū)動(dòng)型應(yīng)用中計(jì)算軸承載荷時(shí)，必須考慮“皮帶拉力”。皮帶拉力是一種切向載荷，其取決于傳遞的力矩。皮帶拉力必須乘以一個(gè)系數(shù)，該系數(shù)的值取決于皮帶類型、皮帶張力以及任何額外的動(dòng)態(tài)力。皮帶制造商通常會(huì)公布該值。但是，若無法得到相關(guān)的系數(shù)，可用以下：齒形皮帶=1.1至1.3V型皮帶=1.2至2.5平皮帶=1.5至4.5更大的值適用于:軸間距離較短用于重載或峰值載荷類型的操作皮帶張力較高

所需最小載荷在軸承尺寸由系數(shù)而不是載荷決定的應(yīng)用中-例如軸徑受限于關(guān)鍵速度-軸承相對(duì)于其尺寸和承載能力來說可能處于輕載狀態(tài)。在承受極輕載荷的情況下，如滾道打滑和粘污或保持架損壞等失效機(jī)制通常是主導(dǎo)原因，而不是疲勞。為使軸承獲得良好運(yùn)行，滾動(dòng)軸承必須始終承受一定的最小載荷。根據(jù)一般法則，球軸承的最小載荷為0.01C，滾子軸承的最小載荷相當(dāng)于0.02C。更精確的最小載荷要求，請(qǐng)參見產(chǎn)品章節(jié)。如果在某應(yīng)用中，需要快速加速、或快速啟動(dòng)與停止，且轉(zhuǎn)速超過產(chǎn)品表中所列極限速度的50%，增加最小載荷就更為重要（→

速度限值）。如果無法滿足最小載荷的要求，可以做出的改進(jìn)為：使用帶更小尺寸系列的軸承?？紤]特殊潤滑或跑合過程。考慮永不磨損軸承?？紤]施加\o""預(yù)載荷。存在以下條件中的任何一種，應(yīng)根據(jù)其可承受的靜載荷選擇或檢驗(yàn)軸承尺寸，同時(shí)將永久變形可能產(chǎn)生的影響納入考慮：軸承未處于旋轉(zhuǎn)并承受連續(xù)的高載荷或間歇性的峰值載荷。軸承在載荷作用下緩慢地?cái)[動(dòng)。軸承是轉(zhuǎn)動(dòng)的，但除了需要承受正常的疲勞壽命標(biāo)明的工作載荷外，還要承受瞬時(shí)的高峰載荷。軸承在載荷作用下以低速旋轉(zhuǎn)（n

<

10

r/min）且要求只有一個(gè)限定壽命。在這種情況下，對(duì)于給定的當(dāng)量載荷P，額定壽命公式將給出很低的所需基本額定動(dòng)載荷

C，因此以疲勞壽命為基礎(chǔ)選出的軸承將在工作中嚴(yán)重過載。在如此條件下，所造成的變形可能包括滾動(dòng)體上的變平區(qū)域或滾道中的凹陷。滾道上凹陷的分布可能不規(guī)則，或與滾動(dòng)體的位置相對(duì)應(yīng)地均勻分布。靜止或緩慢擺動(dòng)的軸承所支撐的載荷若足以導(dǎo)致永久變形，則其將在持續(xù)旋轉(zhuǎn)中產(chǎn)生高水平的振動(dòng)和摩擦。另外，也可能會(huì)導(dǎo)致游隙的增加或影響到軸承座和軸的配合特性。額定靜載荷基本額定靜載荷C0在ISO

76中被定義為會(huì)在大部分重載滾動(dòng)體/滾道的接觸中心位置導(dǎo)致一定接觸壓力的載荷。接觸應(yīng)力值為：

自調(diào)心球軸承為4

600MPa所有其它球軸承為4

200MPa所有滾子軸承為4

000MPa。在這一應(yīng)力下會(huì)造成滾動(dòng)體和滾道的永久變形，約為滾動(dòng)體直徑的0.0001。對(duì)于徑向軸承而言，載荷為純徑向載荷，對(duì)于推力軸承而言，載荷為作用于中心的軸向載