滚动轴承疲劳寿命及可靠性强化试验技术现状及发展.doc

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1、滚动轴承疲劳寿命及可靠性强化实验技术现状及发展--------------------------------------------------------------------------------2007.11.29来源:《现代零部件》作者:李兴林关键词:轴承,机械零部件阅读：337次滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件，其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映，在中国轴承行业“十一五”发展规划中，重点要求开展提高滚动轴承寿命和可靠性项目技术攻关。低载荷、高转速的传统轴承寿命实验方法周期长、费用高且实验结果的可靠性差，而

2、强化实验则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下，大大地缩短实验时间，降低了实验成本，从而加快了产品的开发周期和改进步伐，因此轴承寿命强化实验受到越来越多的关注、研究和应用。轴承快速寿命实验包含了比轴承寿命强化实验更为广泛的内涵，它不仅在寿命实验方面，而且在寿命实验的设计，寿命数据的处理、分析，寿命的预测评估，轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术方面具有更新更广的内容。轴承寿命理论的现状及发展早在1939年，Weibull提出滚动轴承的疲劳寿命服从某一概率分布，这就是后来以其名字命名的Weibull分布，认为疲劳裂纹产生于滚动表面下最大剪切应力处，扩展到表面，

3、产生疲劳剥落，Weibull给出了生存概率S与表面下最大剪切应力τ、应力循环次数N和受应力体积V的关系：<1）瑞典科学家Palmgren经过数十年的数据积累，于1947年和Lundberg一起提出了滚动轴承的载荷容量理论，又经过五年的实验研究，该理论才得以完善。该理论认为接触表面下平行于滚动方向的最大交变剪切应力决定着疲劳裂纹的发生，考虑到材料冶炼质量对寿命的影响，同时指出：应力循环次数越多、受力体积越大，则材料的疲劳破坏概率就越大，提出了统计处理接触疲劳问题的指数方程：<2）式中S——轴承使用寿命τ0——最大动态剪切应力振幅z0——最大动态剪切应力所在的深度

4、c、e、h——待定指数，由轴承实验数据确定V——受应力体积N——应力循环次数，以万次计经过推导和大量轴承实验数据分析，获得Lundberg-Palmgren额定寿命计算公式：(3>式中L10——基本额定寿命，百万转Cr——基本额定动载荷，NP——当量动载荷，Nε——寿命指数，球轴承取3，滚子轴承取10/3该公式1962年已由ISO列为推荐标准，并于1977年修正为正式的国际标准ISO281/1－1977。L-P模型能很好地解释滚动轴承失效机理和预测寿命，但是随着技术的发展，特别是炼钢技术的极大提高，使得轴承的实际寿命比计算寿命大很多，人们经过研究发现轴承经过长

5、时间的运转后，也可以从表面产生裂纹，然后向深处扩展。20世纪70年代初，ChiuP和TallianTE提出了考虑表面的裂纹生成方式的接触疲劳项目模型，该模型可以解释一些L-P模型难以解释的问题，例如表面粗糙度、弹流油膜厚度、切向摩擦牵引力以及润滑介质存在污染物等情况对接触疲劳的影响。20世纪80年代，IoannidesE和HarrisTA在引进了材料疲劳极限应力和考虑应力体积内各点应力及其深度的情况下，给出了I-H模型，该模型比L-P模型考虑的更加细致和接近实际情况。但ZaretskyEV认为该模型高估了轴承的寿命。ZaretskyEV提出的基于Weibull

6、模型基础上的修正模型、ChengWQ和ChengHS提出的用疲劳裂纹产生的时间来表示轴承寿命的C-C模型、TallianTE提出的T模型、YuWK和HarrisTA提出的Y-H模型都从不同的角度提出了对寿命的预测方法。20世纪80年代，瑞典SKF轴承公司的研究人员在L-P理论的基础上得出了通用的轴承寿命计算模型，而L-P模型仅是该理论模型的一种特殊情况。该新寿命理论数学模型在1984年ASME/ASCE联合润滑会议上发表。该理论可用下式表示：(4>式中σu——为材料疲劳极限应力σ——疲劳裂纹产生的诱发应力，可为最大交变剪切应力，最大静态剪应力，最大八面剪切应力

7、VR——受应力体积区域Z'——为应力σ所在的平均深度N——应力循环次数，以百万次计S其中aSKF为寿命调整系数，它包括了润滑、污染、疲劳极限和轴承当量动载荷之间的复杂关系，它的值由污染系数ηc、轴承疲劳极限载荷Pu、当量动载荷P和粘度系数K之间的函数关系给出。ηc系数则考虑了润滑剂的污染及其对轴承寿命的影响。目前这一理论仅在SKF内部使用。在国际标准

8、ISO281:1990中也给出了修订的