軸承壽命系數(shù)

由于空間環(huán)境的特殊性，空間中所用的軸承多為固體潤滑軸承，其產(chǎn)生的失效主要有以下幾個方面：加工過程造成的失效、安裝方面造成的失效、潤滑膜引 起的失效及溫度引起的失效。

其中加工過程產(chǎn)生的失效主要與組件的波紋度、 粗糙度、滾動體形貌和套圈制造精度等因素有關(guān)；安裝方面造成的失效 主要與配合公差、預(yù)緊力、工作間隙及壓裝過程有關(guān)；潤滑膜引起的失效主要是因為潤滑膜發(fā)生微動磨損、剝落磨損及滾動體滑移；溫度引起的失效主要 是由于軸承工作環(huán)境溫差的變化及處于極端溫度中所引起的。

除結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，主要還有材料、制造、使用和潤滑技術(shù)四方面的影響

(1)材料的影響：在軸承材料技術(shù)方面，主要通過材料選用、材質(zhì)保證和熱處理等手段，來保證 軸承壽命的提高。滾動軸承一般都用高碳鉻軸承鋼制造，化學(xué)成分也幾乎不變。但是，不同的冶煉方法材料的純凈度不同，對壽命的影響很大在同等接觸應(yīng) 力條件下，甄Ⅳ4陶瓷軸承接觸疲勞壽命優(yōu)于軸承鋼軸承；在高速、輕載和沖擊載 荷小的情況下，可優(yōu)先選用陶瓷球軸承。由此可見，材料對軸承疲勞壽命的影響是非常顯著的。

2)表面粗糙度的影響：疲勞裂紋通常起源于表面，因此表面對零件壽命有很大的影響。表面越光滑，疲勞裂紋的萌生時間越長。滾動軸承滾動體和套圈的表面處理技術(shù)可以改變滾動體表層的硬度、殘余應(yīng)力分布和材料的整體強度，從而提高軸承壽命。

(3)溫度的影響：不管是基于表面下應(yīng)力的疲勞模型，還是以表面上缺陷為起點的模型，都沒考慮到軸承接觸區(qū)的發(fā)熱對疲勞壽命的影響。實際上，軸承在經(jīng)過持續(xù)的運轉(zhuǎn)后， 必然會伴隨有一定的溫升，這種溫升的幅度應(yīng)與接觸副之間的潤滑油膜厚度、接觸零件的表面特征以及載荷、運轉(zhuǎn)速度等參量有關(guān)。同時，溫度升高后，軸承套圈和滾動體內(nèi)必然存在一個溫度分布，而且會由于熱膨脹的影響產(chǎn)生熱變形，影 響軸承的運轉(zhuǎn)精度。所以溫升和熱量對疲勞壽命的影響也是不容忽視的。

(4)潤滑技術(shù)的影響：在軸承潤滑技術(shù)方面，主要通過潤滑劑和潤滑方式的選用，來提高軸承的壽 命。潤滑技術(shù)已成為提高軸承壽命的最關(guān)鍵的因素之一。特別是對于密封軸承，潤滑脂壽命已成為軸承使用壽命的另一“代名詞”，即潤滑脂壽命就是軸承使用壽命。

(5)運轉(zhuǎn)速度的影響：軸承疲勞壽命與瞬時接觸時間有關(guān)。瞬時接觸時間是指在最大載荷下滾動體在套圈上滾過和套圈滾道接觸橢圓寬度所需的時問。隨著轉(zhuǎn)速的增大，瞬時接觸 時間增加，軸承的疲勞壽命就降低。運轉(zhuǎn)速度越慢的軸承，其以轉(zhuǎn)數(shù)計的壽命越長。而另一方面，瞬時接觸時間的長短還會影響表面殘余應(yīng)力，從而間接對疲勞壽命產(chǎn)生影響。

（6)載荷的影響：滾動體參數(shù)及曲率系數(shù)對深溝球軸承疲勞壽命的影響，研究表明載荷的大小對軸承的疲勞有非常大的影響。滾動軸承的疲勞壽命在 很大程度上取決于最大滾動體載荷。因此，載荷增大導(dǎo)致最大滾動體載荷顯著增 大，疲勞壽命減小。

軸承失效一般可分為止動失效和精度喪失兩種。

止動失效就是軸承因失去工作能力而終止轉(zhuǎn)動，通常是由于卡死、斷裂等因素引起；精度喪失是指軸承 因尺寸變化，失去了原設(shè)計要求的精度，雖尚能繼續(xù)轉(zhuǎn)動，但屬非正常運轉(zhuǎn)，突出表現(xiàn)為摩擦力矩、振動和溫度上升，通常是由于疲勞剝落、銹蝕、磨損、膠合 等因素引起。在空間服役的滾動軸承及空間滾動軸承的失效形式多為精度喪失。

滾動軸承常見的失效形式主要有以下幾類：

(1)疲勞剝落：滾動軸承內(nèi)外套圈和滾動體在接觸載荷的作用下，接觸表面金屬從金屬母體呈現(xiàn)點 狀或者片狀發(fā)生剝落。點蝕往往是疲勞剝落的初始形式，是由于材料疲勞引起的一種疲勞現(xiàn)象，點蝕最終擴展為疲勞剝落。 疲勞剝落與軸承材料、熱處理和制造加工工藝有關(guān)，同時，軸承的選型、安裝、配合、潤滑、密封、維護(hù)等使用情況也是導(dǎo)致疲勞剝落的重要原因。

(2)表面塑性變形：表面塑性變形分為一般表面塑形變形和局部表面塑性變形。前者是由于兩個粗糙表 面接觸導(dǎo)致兩者之間沒有形成動壓潤滑膜，后者是由于材料表面壓坑、劃傷等原有缺陷導(dǎo)致的局部塑形變形在其周圍發(fā)生。

(3)磨損：疲勞磨損、黏著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損屬于磨損的基本形式。磨損的產(chǎn)生主要 與軸承的密封性不良、潤滑不當(dāng)、接觸面材料顆粒脫落和銹蝕等因素有關(guān)，可以通過改 善裝配和加工工藝、增強潤滑和避免污染物侵入等措施減少磨損的發(fā)生。

(4)腐蝕：金屬腐蝕可以分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，軸承的腐蝕主要是由軸承內(nèi)部或者是潤 滑劑中含有堿、酸等腐蝕物質(zhì)，密封裝置失效導(dǎo)致腐蝕物質(zhì)的侵入以及軸承使用環(huán)境濕度大和軸承清洗、存放不當(dāng)導(dǎo)致的。

(5)燒傷：滑不當(dāng)、預(yù)緊載荷過大、游隙選擇不當(dāng)以及溝道表面接觸不良等因素導(dǎo)致的。

(6)裂紋和缺損：軸承部件所能承受的應(yīng)力超出材料的斷裂極限應(yīng)力時，材料的內(nèi)部或者表層發(fā)生整 體和局部斷裂。裂紋和斷裂主要是由原材料，熱處理和加工工藝等原因?qū)е碌?，對于?材料肉眼看不見的裂紋應(yīng)進(jìn)行無損檢測。

不同的軸承疲勞壽命計算方法產(chǎn)生不同的計算結(jié)果，以下給出兩種計算方法：L.P理論算法和ISO國際標(biāo)準(zhǔn)理論算法。ISO國際標(biāo)準(zhǔn)算法是對L.P理論算法的簡化，將軸承支承套圈作為剛性，而實際套圈為非剛性體且在相同載荷下球軸承具有更大的接觸變形，SO標(biāo)準(zhǔn)則忽略離心力和陀螺力矩。在徑向負(fù)荷作用下，ISO標(biāo)準(zhǔn)基于軸承內(nèi)部游隙為零且滾動體與溝道的接觸負(fù)荷保持均勻分布假設(shè)，因此球軸承計算結(jié)果相對誤差較大.L。P理論和傳統(tǒng)ISO國標(biāo)理論均忽略了滾動體的疲勞壽命。

1．增多滾動體數(shù)量：滾動體數(shù)量增多，每個滾動體所承受的徑向載荷減小，每個滾動體的接觸載荷也越小，軸承疲勞壽命提高。

2．增大滾動體直徑：滾動體直徑增大，相當(dāng)于承載結(jié)構(gòu)增大，軸承的承載能力增大，所以軸承壽命隨著滾動體直徑的增大而提高。

3．合理設(shè)置滾動體與滾道接觸參數(shù)：對于深溝球軸承，軸承的內(nèi)溝曲率系數(shù)Z≤0.52，外溝曲率系數(shù)Z≤0．53。還應(yīng)注意

緊力，在高速時，滾動體采用陶瓷材料代替鋼制材料。2100433B

我國軸承壽命試驗工作，相對于SKF、INA/FAG、Timken、NSK、NTN、KOYO等國外軸承公司而言起步較晚、規(guī)模較小。已在洛陽軸承研究所、杭州軸承試驗研究中心等單位建立了各自的軸承壽命及可靠性和性能試驗基地，承擔(dān)了我國軸承行業(yè)的軸承壽命及可靠性和性能試驗工作。當(dāng)前正處于大量積累試驗數(shù)據(jù)的階段，以便在未來的適當(dāng)時機，正式提出國產(chǎn)軸承壽命計算各修正系數(shù)的推薦值。

從上世紀(jì)80年代中期開始，各軸承科研及生產(chǎn)單位，先后自主開發(fā)和引進(jìn)了國外軸承公司的一些新型軸承測試設(shè)備，填補了國內(nèi)某些軸承測試領(lǐng)域的空白。如杭州軸承試驗研究中心以聯(lián)合國援助資金高價從美國引進(jìn)了B型軸承壽命強化試驗機。在引進(jìn)、消化和吸收的基礎(chǔ)上，自主創(chuàng)新成功研發(fā)了ABLT型系列軸承壽命強化試驗機，這對促進(jìn)我國軸承壽命和性能試驗技術(shù)的提高起到了一定的作用。

但是，大部分設(shè)備還屬于模擬或功能試驗的范疇，其試驗內(nèi)容與結(jié)果有局限性。而對軸承壽命的各種影響因素及軸承失效機理等基礎(chǔ)性理論研究尚嫌不足，與世界先進(jìn)水平仍有較大差距。隨著我國加快建設(shè)軸承強國的步伐，用戶提高對軸承壽命和性能的要求，軸承試驗設(shè)備和試驗方法將不斷推陳出新，軸承壽命試驗技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)十分樂觀的前景。