軸承壽命系數(shù)過(guò)程

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

其中加工過(guò)程產(chǎn)生的失效主要與組件的波紋度、 粗糙度、滾動(dòng)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(guò)程有關(guān)；潤(rùn)滑膜引起的失效主要是因?yàn)闈?rùn)滑膜發(fā)生微動(dòng)磨損、剝落磨損及滾動(dòng)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。

滾動(dòng)軸承常見的失效形式主要有以下幾類：

(1)疲勞剝落：滾動(dòng)軸承內(nèi)外套圈和滾動(dòng)體在接觸載荷的作用下，接觸表面金屬?gòu)慕饘倌阁w呈現(xiàn)點(diǎn) 狀或者片狀發(fā)生剝落。點(diǎn)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(diǎn)蝕最終擴(kuò)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(shí)，軸承的選型、安裝、配合、潤(rùn)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(gè)粗糙表 面接觸導(dǎo)致兩者之間沒有形成動(dòng)壓潤(rùn)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(rùn)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(guò)改 善裝配和加工工藝、增強(qiáng)潤(rùn)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(rùn) 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(guò)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(shí)，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碌模瑢?duì)于原 材料肉眼看不見的裂紋應(yīng)進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

軸承失效一般可分為止動(dòng)失效和精度喪失兩種。

止動(dòng)失效就是軸承因失去工作能力而終止轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)要求的精度，雖尚能繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，但屬非正常運(yùn)轉(zhuǎn)，突出表現(xiàn)為摩擦力矩、振動(dòng)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(dòng)軸承及空間滾動(dòng)軸承的失效形式多為精度喪失。

除結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之外，主要還有材料、制造、使用和潤(rùn)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(guò)材料選用、材質(zhì)保證和熱處理等手段，來(lái)保證 軸承壽命的提高。滾動(dòng)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(duì)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(duì)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(duì)零件壽命有很大的影響。表面越光滑，疲勞裂紋的萌生時(shí)間越長(zhǎng)。滾動(dòng)軸承滾動(dòng)體和套圈的表面處理技術(shù)可以改變滾動(dòng)體表層的硬度、殘余應(yīng)力分布和材料的整體強(qiáng)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(diǎn)的模型，都沒考慮到軸承接觸區(qū)的發(fā)熱對(duì)疲勞壽命的影響。實(shí)際上，軸承在經(jīng)過(guò)持續(xù)的運(yùn)轉(zhuǎn)后， 必然會(huì)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(rùn)滑油膜厚度、接觸零件的表面特征以及載荷、運(yùn)轉(zhuǎn)速度等參量有關(guān)。同時(shí)，溫度升高后，軸承套圈和滾動(dòng)體內(nèi)必然存在一個(gè)溫度分布，而且會(huì)由于熱膨脹的影響產(chǎn)生熱變形，影 響軸承的運(yùn)轉(zhuǎn)精度。所以溫升和熱量對(duì)疲勞壽命的影響也是不容忽視的。

(4)潤(rùn)滑技術(shù)的影響：在軸承潤(rùn)滑技術(shù)方面，主要通過(guò)潤(rùn)滑劑和潤(rùn)滑方式的選用，來(lái)提高軸承的壽 命。潤(rùn)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(duì)于密封軸承，潤(rùn)滑脂壽命已成為軸承使用壽命的另一“代名詞”，即潤(rùn)滑脂壽命就是軸承使用壽命。

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

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

不同的軸承疲勞壽命計(jì)算方法產(chǎn)生不同的計(jì)算結(jié)果，以下給出兩種計(jì)算方法：L.P理論算法和ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)理論算法。ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)算法是對(duì)L.P理論算法的簡(jiǎn)化，將軸承支承套圈作為剛性，而實(shí)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(dòng)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(jì)算結(jié)果相對(duì)誤差較大.L。P理論和傳統(tǒng)ISO國(guó)標(biāo)理論均忽略了滾動(dòng)體的疲勞壽命。

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

2．增大滾動(dòng)體直徑：滾動(dòng)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(dòng)體直徑的增大而提高。

3．合理設(shè)置滾動(dòng)體與滾道接觸參數(shù)：對(duì)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(shí)，滾動(dòng)體采用陶瓷材料代替鋼制材料。2100433B

我國(guó)軸承壽命試驗(yàn)工作，相對(duì)于SKF、INA/FAG、Timken、NSK、NTN、KOYO等國(guó)外軸承公司而言起步較晚、規(guī)模較小。已在洛陽(yáng)軸承研究所、杭州軸承試驗(yàn)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(yàn)基地，承擔(dān)了我國(guó)軸承行業(yè)的軸承壽命及可靠性和性能試驗(yàn)工作。當(dāng)前正處于大量積累試驗(yàn)數(shù)據(jù)的階段，以便在未來(lái)的適當(dāng)時(shí)機(jī)，正式提出國(guó)產(chǎn)軸承壽命計(jì)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(guó)外軸承公司的一些新型軸承測(cè)試設(shè)備，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)某些軸承測(cè)試領(lǐng)域的空白。如杭州軸承試驗(yàn)研究中心以聯(lián)合國(guó)援助資金高價(jià)從美國(guó)引進(jìn)了B型軸承壽命強(qiáng)化試驗(yàn)機(jī)。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(qiáng)化試驗(yàn)機(jī)，這對(duì)促進(jìn)我國(guó)軸承壽命和性能試驗(yàn)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(yàn)的范疇，其試驗(yàn)內(nèi)容與結(jié)果有局限性。而對(duì)軸承壽命的各種影響因素及軸承失效機(jī)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(guó)加快建設(shè)軸承強(qiáng)國(guó)的步伐，用戶提高對(duì)軸承壽命和性能的要求，軸承試驗(yàn)設(shè)備和試驗(yàn)方法將不斷推陳出新，軸承壽命試驗(yàn)技術(shù)發(fā)展將呈現(xiàn)十分樂觀的前景。