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文檔簡介
如需估計軸承的預期壽命,您可以使用基本額定壽命,L10,或SKF額定壽命,L10m。如果您對與潤滑和污染相關的工況有經驗并且知道您所處的工作條件不會對軸承的壽命產生劇烈的影響,請使用基本額定壽命計算法;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,在內圈或外圈滾動體或滾道首次出現金屬疲勞(剝落)跡象之前,軸承以一定速度運行所能夠達到的旋轉次數或(工作小時數)。在相同的工況下,對外表看起來相同的軸承進行試驗,結果在周期數以及導致金屬疲勞所需時間上產生了巨大差異。因此,基于滾動接觸疲勞(RCF)估計的軸承壽命不夠精確,因此需要使用統計方法來確定軸承尺寸。基本額定壽命,Lio是基于某一足夠大數量表面上完全相同的軸承在相同的工況下運行,其中90%能夠達到或超過的疲勞壽命。如需用此處給出的定義確定相關的軸承尺寸,請根據之前可用的尺寸標注經驗,將計算出的額定壽命與軸承應用的預期服務壽命進行對比。否則,請使用表1和表2中列出的有關不同軸承應用約定壽命的指南。鑒于軸承疲勞壽命的統計分布,只要特定軸承失效概率的確定與相似條件下運行的一組軸承相關,單個軸承可觀察到的失效時間就可根據其額定壽命進行評估。在各種應用中,對軸承失效進行的眾多調查已確認,基于90%可靠性的設計準則和采用動態安全系數,可以設計出可避免典型疲勞失效的、堅固耐用的軸承解決方案。基本額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,Lio。軸承的基本額定壽命按ISO281標準表示為進行計算如果速度保持不變,最好用工作小時計算壽命值,可通過以下公式獲得
當L10基本額定壽命(90%的可靠性)[百萬轉]L10h基本額定壽命(90%的可靠性)[百萬小時]C基本額定動載荷[kN]P軸承等效動載荷[kN]n轉速[r/min]p壽命公式的指數3表示球軸承10/3表示滾子軸承10s10s麗nLl°SKF額定壽命由于現代軸承的質量提高不少,在某些應用中,軸承的實際工作壽命可能明顯偏離其計算得出的基本額定壽命。在特定應用中,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、安裝情況和其他環境條件。ISO281使用壽命修正系數來彌補基本額定壽命的不足。SKF壽命修正系數aSKF采用疲勞載荷限制P的相同概念(t疲勞載荷限制,P),如在ISO281中使用的P值列于產品表。與在ISO281中一樣,如需反映出三種u重要的工況,SKF壽命修正系數aSKF取潤滑條件(粘度比kt潤滑條件-粘度比,k),與軸承疲勞載荷限制相關的載荷水平,以及系數n對于污染水平'c(t污染系數,n)考慮使用■c進行計算進行計算如果速度恒定,可通過下面的方程式獲得用工作時間表示的壽命值當LnmSKF額定壽命(在100-ni)%可靠性)[百萬轉]LnmhSKF額定壽命(在100-ni)%可靠性)[工作小時]L10基本額定壽命(90%的可靠性)[百萬轉]a1壽命可靠性調整系數(表3,值符合ISO281)aSKFSKF壽命修正系數C基本額定動載荷[kN]P軸承當量動載荷[kN]n轉速[r/min]P壽命公式的指數3表示球軸承10/3表示滾子軸承i)系數n表示失效概率,是所需可靠性與100%之差。對于90%可靠性:Lnm=SKF額定壽命(在100-nn%可靠性)[百萬轉]成為:Ll0m=SKF額定壽命[百萬轉]因為壽命修正系數ai與疲勞相關,與載荷水平的相關性較小,P,低于疲勞載荷限制P帶壽命修正系數的尺寸標注反映出極高的可靠性(例如99%),結果將u選出適用于給定載荷的大型軸承。在這種情況下,必須根據軸承最小載荷要求檢查軸承載荷。最小載荷的計算方法,請參考必需最小載荷。表4提供了除百萬轉以外的表示軸承壽命單位的常用換算系數。變化工作條件、浮動載荷下的軸承壽命計算在某些應用-例如工業齒輪箱、汽車變速箱或風車中-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。在這些類型的應用中,首先應將載荷變化的模式或工作周期減至有限數量的、較簡單的載荷條件,才可以計算軸承壽命(圖1)。對于不斷變化的載荷,每個不同載荷水平可累計,載荷譜可簡化為恒定載荷區的矩形圖。每一個載荷段都以運行時間的百分比或分段時間來表示。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,必須把峰值載荷獨立分辨出來,即使這些載荷出現得很少且時間相對較短。在每一工作段內,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,還應根據每一工作段所需的工作小時或轉數,計算該載荷條件下的分段壽命。因此,如果N1等于載荷條件P所需的轉數1,N表示完成所有可變載荷周期的預期轉數,那么分段周期U1=N/N由載荷條件P使用〔,其擁有計算壽命L101在變化的工作條件下,軸承的壽命可用以下公式估算10m1LiomiLioin2Li葉3式中L10mSKF額定壽命(90%可靠性)[百萬轉]L10m15L10M2‘…恒定條件1、2、…下SKF額定摩擦壽命(90%可靠性)[百萬轉]U1,U2,...條件1、2、…下的分段壽命周期U1+U2+...U=112n此計算方法特別適用于已知時間段,載荷水平和速度會變化的應用條件。表1-不同設備類型的約定壽命參考值設備類型規范壽命工作小時家用機器、農業機器、儀器、醫療設備300...3000短期或者間歇工作的機器:電子手動工具、車間起重設備、建筑設備和機械3000...8000短時間或間歇使用但運行可靠性要求較高的機械:用于包裝產品或鼓輪吊索的升降機8000...12000(電梯)、起重機等。供每天8小時使用的機械,但并不總是全負荷運行:一般用途的齒輪驅動、工業用途10000...25000電機、旋轉粉碎機每天8小時滿負荷工作的機器:機床、木材機械、20000...30000重型起重機、通風設備、輸送帶、印刷設備、分離機、離心機連續使用24小時的機器:軋鋼廠用齒輪箱、中型電機、壓縮機、40000...50000采礦用起重機、泵、紡織機械風電機械的設備,包括:主軸、擺動結構、齒輪箱、發電機軸承30000...100000自來水廠用的機械、轉爐、電纜絞股機、遠洋輪的推進機械60000...100000大型電機、發電廠設備、礦井水泵、礦用通風風機、100000...200000遠洋輪的隧道軸軸承000表2-約定壽命參考值—鐵路機車軸箱軸承規范壽命車輛類型規范壽命百萬公里符合UIC規格的貨車,基于連續作用的最大軸載荷0,8車輛的轉向架:郊區列車、地鐵、輕軌和有軌電車1,5干線客運機車3...3...43...3...5表3-壽命修正系數a1可靠性故障概率SKF額定壽命系數nLnLnma1百萬轉9010L10m955L5m964L4m973L3m982L2m991L1m0,640,550,470,370,25表4-軸承壽命單位的換算系數D=車輪直徑[m]n=轉速[r/min]Y=擺動幅度(偏離中心位置的最大角度),單位為度[°(=從0點到4點)全擺動=4Y基本單元轉換系數百萬轉工作小時百萬公里百萬擺動周期1)1百萬轉1106ITD180&On10a2?1工作小時創仃160rittDISOx60n2¥ia61百萬公里1O360fittD11B0x103nD10°2-ynD1百萬擺動圈數1)ix2丫1062YrD1180ISOx60n180x1031.1)對于小幅值(y<10°)無效。100%100%2.圖1-恒定軸承載荷P和轉數N工作段p23NN2UiU2U3U4pIPd■vDutyinterval軸承當量動載荷,P在計算軸承額定壽命時,軸承基本壽命和SKF軸承壽命等式中都需要軸承當量動載荷值。作用于軸承上的載荷根據使用外力的力學定律計算得出-例如已知或可被計算得出的動力傳輸產生的力、工作壓力、重力或慣性力。在現實條件下,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)載荷計算公式的其他系數。計算軸承當量動載荷用于軸承額定壽命等式中的載荷值P是指軸承當量動載荷。軸承當量動載荷被定義為:一個假定大小和方向不變,對徑向軸承作徑向運動,對推力軸承作軸向和中心運動的載荷。施加該假定載荷時,會與軸承所承受的實際載荷造成一樣的影響(圖1如果軸承承受同時作用的徑向載荷F和軸向載荷F其大小和方向是固定的,軸ra承當量動載荷P可從以下的通用公式得出P=XFr+VFfl進行計算當P軸承當量動載荷[kN]Fr實際徑向軸承載荷[kN]Fa實際軸向軸承載荷[kN]X軸承的徑向載荷系數Y軸承的軸向載荷系數單列徑向軸承只有在比率F超過特定的限定系數e時,/F軸向負荷才會影響到ar當量動負荷P。如果是雙列軸承,即使軸向載荷很輕也會影響當量載荷且應當被納入考慮。以上的通用公式也適用于能同時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。對于這些軸承,只要載荷作用在軸承的中心,公式簡化為相關產品章節中提供計算不同類型軸承的當量動載荷所需的信息和數據。圖1當量平均載荷其他載荷可能會隨著時間發生變化。對于此類情況,必須計算當量平均載荷。工作段內的平均載荷在每一個工作段中,工作條件可與其公稱值有小許偏差。假設某工作制的工作條件,諸如轉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和最大最小值F(圖1),平均載荷可通過以下獲得:最大?Fniin亠2°幣鮎Fm=
圖1-等效動載荷旋轉載荷如果,如圖2所示,軸承上的載荷由載荷F1(其大小和方向為恒定,例如轉子的重量)和旋轉恒定載荷f2(如不平衡的載荷,平均載荷可從以下獲得)構成Fm=fm(F1+F2)系數f的值于圖3圖2-旋轉載荷圖3-旋轉載荷峰值載荷短時作用的高載荷(圖4)可能不會影響疲勞壽命計算中所有的平均載荷。根據軸承額定靜載荷C評估該峰值載荷°,使用合適的靜載荷安全系數s0.—基于靜載荷的尺寸選擇計算軸承當量動載荷時的考量為實現簡化,當計算支撐軸的軸承負荷的分力時,軸是被看成由剛性和無力矩作用的支點所支承的靜定梁。軸承、軸承座或機械結構的彈性變形,軸撓曲導致在作用軸承上的力矩,全不考慮在簡化的計算中。如果您不借助于相關的計算機軟件進行軸承配置計算,就需要這些簡化。實際上,計算基本額定載荷和當量軸承載荷的標準方法,也是根據類似的假設。利用先進和復雜的計算程序(―SKFSimProQuick和SKFSimProExpert),可以不用上述的假設,而根據彈性力學理論來計算軸承的載荷。在這些計算程序中,軸承、軸以及軸承座都是被考慮為系統中具彈性的部分。如果由軸及其部件的重量導致的外力和載荷(諸如慣性力或載荷)未知,通常可以計算得出。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,通常要依靠類似機器或軸承配置的經驗才能確定。齒輪傳動對于齒輪傳動,齒輪在理論上產生的作用力可以根據傳輸功率以及齒輪的類型算出。但也有其它動態力由齒輪、輸入軸與輸出軸產生。此外,齒輪的間距或形狀誤差和旋轉部件的不平衡也會造成附加的動態力。專為高精度生產的齒輪具有可被忽視的附加作用力。對于精度較低的齒輪,請使用以下齒輪載荷系數: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應用齒輪傳動的機器,只有在工作條件、傳動系統慣性以及聯軸器或其他接頭行為已知的情況下,才能確定根據其運行形式和模式所產生的附加作用力。通過采用將系統動態作用納入考慮的“運行”系數,其對軸承額定壽命的影響被包括。皮帶傳動在皮帶驅動型應用中計算軸承載荷時,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系數,該系數的值取決于皮帶類型、皮帶張力以及任何額外的動態力。皮帶制造商通常會公布該值。但是,若無法得到相關的系數,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而不是載荷決定的應用中-例如軸徑受限于關鍵速度-軸承相對于其尺寸和承載能力來說可能處于輕載狀態。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制通常是主導原因,而不是疲勞。為使軸承獲得良好運行,滾動軸承必須始終承受一定的最小載荷。根據一般法則,球軸承的最小載荷為0.01C,滾子軸承的最小載荷相當于0.02C。更精確的最小載荷要求,請參見產品章節。如果在某應用中,需要快速加速、或快速啟動與停止,且轉速超過產品表中所列極限速度的50%,增加最小載荷就更為重要(一速度限值)。如果無法滿足最小載荷的要求,可以做出的改進為:?使用帶更小尺寸系列的軸承。?考慮特殊潤滑或跑合過程。?考慮永不磨損軸承?考慮施加預載荷存在以下條件中的任何一種,應根據其可承受的靜載荷選擇或檢驗軸承尺寸,同時將永久變形可能產生的影響納入考慮:?軸承未處于旋轉并承受連續的高載荷或間歇性的峰值載荷。?軸承在載荷作用下緩慢地擺動。?軸承是轉動的,但除了需要承受正常的疲勞壽命標明的工作載荷外,還要承受瞬時的高峰載荷。?軸承在載荷作用下以低速旋轉(n<10r/min)且要求只有一個限定壽命。在這種情況下,對于給定的當量載荷P,額定壽命公式將給出很低的所需基本額定動載荷C,因此以疲勞壽命為基礎選出的軸承將在工作中嚴重過載。在如此條件下,所造成的變形可能包括滾動體上的變平區域或滾道中的凹陷。滾道上凹陷的分布可能不規則,或與滾動體的位置相對應地均勻分布。靜止或緩慢擺動的軸承所支撐的載荷若足以導致永久變形,則其將在持續旋轉中產生高水平的振動和摩擦。另外,也可能會導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ISO76中被定義為會在大部分重載滾動體/滾道的接觸中心位置導致一定接觸壓力的載荷。接觸應力值為:?自調心球軸承為4600MPa?所有其它球軸承為4200MPa?所有滾子軸承為4000MPa。在這一應力下會造成滾動體和滾道的永久變形,約為滾動體直徑的0.0001。對于徑向軸承而言,載荷為純徑向載荷,對于推力軸承而言,載荷為作用于中心的軸向載荷。
當量靜載荷由徑向和軸向部件組成的載荷將相對于額定靜載荷C進行評估0,必須轉化為軸承當量靜載荷。當量靜載荷是指作用在軸承上的假設載荷(徑向作用于徑向軸承上,或軸向作用于推力軸承上),它
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