原创 受损伤轴承的疲劳强度衰减计算方式

摘 要：滚动 轴承在非稳定载荷作用下，逐步受损，承载能力也逐渐下降。根据疲劳损伤累积理论，对这一过程进行了讨论，使定量确定受损伤滚动 轴承的剩余寿命和许用当量动负荷，较为方便和简洁。

关键词：疲劳损伤；寿命；当量动负荷

1、引言

滚动 轴承在非稳定的变载荷下循环运转，其疲劳强度在不断地衰减下降，这是一个长期疲劳损伤的累积连续过程。掌握滚动 轴承在运转中的实际受损情况，能保证 轴承的中后期可靠的工作，在设备大修时，可对滚动 轴承是否拆换，做出正确的判断。

滚动 轴承工作时，其各部件处在交变应力下工作，其接触疲劳强度的下降是导致 轴承受损失效的主要原因。基于滚动 轴承寿命与载荷之间关系（P-L），结合受损伤 轴承已经历的工作情况，如各阶段承受的当量动负Pi和运转li，对滚动 轴承在其逐步受损过程中，疲劳强度不断下降的情况予以讨论，给出了受损伤滚动 轴承疲劳强度具体的计算公式。

2、疲劳强度衰减递推

轴承的寿命L与其所承受的负荷大小有关，工作负荷越大，寿命越短。滚动 轴承疲劳点蚀前运转的总转数称为寿命L。在可靠度为90%的情况下，其寿命L与当量动负荷P之间的关系，可写为：



式中，P为当量动负荷，N；L为基本额定寿命，106r；ε为寿命指数，球 轴承ε=3，滚子 轴承ε=10/3；C为基本额定动负荷，N。

根据线性疲劳损伤累积来说，应力每循环一次，都将使零件造成一次寿命损失。针对某次的应力循环，其载荷为Pi，实际运转次数li，相应载荷Pi，作用下的寿命Li，其造成的寿命损失率可写为“li/Li”。对于 轴承理论上达到疲劳寿命极限时，即：



对于每种 轴承、额定动负荷C是常量，从式（3）可看出，滚动 轴承在各组次应力循环的作用下，疲劳强度在逐步衰减。当公式（3）为零时，即可视为 轴承完全疲劳失效。

3、受损伤滚动 轴承疲劳强度衰减计算

对于滚动 轴承疲劳强度的衰减，。在 轴承经历了各组次应力循环后，可分两种型式来考虑：（1）可根据 轴承将要承受的当量动负荷Pk来确定受损后 轴承可运行的总转数，即 轴承的剩余寿命Lk；（2）根据 轴承后期工作需要，设定受损滚动 轴承预期寿命Lk，来确定此时 轴承能承受的最大当量动负荷，即许用当量动负荷Pk。

将公式（3）写成：



若设定 轴承已运转了（K-1）组次的应力循环，那么根据公式（4）可得如下公式：



式（5）用来计算受损滚动 轴承的剩余寿命Lk；式（6）根据设定的预期寿命计算 轴承的许用当量动负荷Pk。

4、算例

某机床主轴箱中间轴上装有206 轴承，其前期工作情况如表1所示。（1）已知此后 轴承要承受的当量动负荷Pk=7800 N，计算该 轴承的剩余寿命Lk。（2）设定此后所需的预期寿命为Lk=3.5×106次，计算该 轴承后期的许用当量动负荷Pk。



查表已知该 轴承的额定动负荷C=15200 N，寿命指数ε=3。用公式（5）计算，剩余寿命为：



5、结论

（1）这里提供的计算方法，定量地揭示了 轴承在工作过程中疲劳强度衰减情况。物理意义明确，使用简洁方便。

（2）公式可用来计算损伤滚动 轴承的中后期许用当量动负荷或剩余寿命。有较强的实用价值。

（3）计算公式中,NTN轴承型号，较好地显示了疲劳损伤累积理论。即各组次的运转都对 轴承造成损伤，滚动 轴承的疲劳强度在逐步下降。

参考文献

［1］濮良贵，纪名刚. 机械设计［M］. 第七版. 北京：高等教育出版社，2001.

［2］王振华. 实用 轴承手册［S］. 上海：科学技术文献出版社，1991.

［3］程帆. 零件疲劳强度可靠性设计中的强度衰减估计［J］. 机械设计与制造. 1997（3）：15-16.