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SKF额定寿命
SKF额定寿命
对现代高质量的轴承来说,其名义或基本额定寿命可能与某一特定应用中的实际使用寿命有很大的差别。
在某一特定应用中,使用寿命受各种不同因素的影响,包括润滑、污染程度、不对中程度、安装正确与否和环境因素等。
因此ISO 281:
1990/Amd 2:
2000包含了一个修正过的寿命方程式来补充基本额定寿命的计算。
这个寿命计算法采用了一个修正系数,把轴承的润滑、污染和材料的疲劳极限计算在内。
ISO 281:
1990/Amd 2:
2000也允许轴承制造商推荐适当的方法,来根据运行条件计算可用的轴承寿命修正系数。
SKF修正系数aSKF采用了疲劳负荷极限Pu的概念,类似用于其他机器部件的算法。
疲劳负荷极限的数值载于产品列表中。
此外,SKF寿命修正系数aSKF也采用了润滑状况(粘度比)和一个表示污染程度的系数ηc来反映使用中的操作条件。
SKF额定寿命的方程式:
SKF额定寿命的方程式
Lnm=a1aSKFL10=a1aSKF(C/P)p
如果速度是恒定的,寿命可以运用方程式,以工作小时数来表示
Lnmh=a1aSKF106/(60n)L10
其中
Lnm
=
SKF额定寿命(可靠度为100-n1) %,百万转
Lnmh
=
SKF额定寿命(可靠度为100-n1) %,运行小时数
L10
=
基本额定寿命(可靠度为90%),百万转
a1
=
寿命可靠性系数(表1)
aSKF
=
SKF寿命修正系数
C
=
基本额定动负荷,KN
P
=
等效动负荷,KN
n
=
旋转速度,r/min
p
=
寿命计算方程式的指数
3用于球轴承
10/3用于滚子轴承
SKF寿命修正系数aSKF
这个系数表示疲劳负荷极限比率(Pu/P)、润滑条件(粘度比)和轴承内污染程度(ηc)三者之间的关系。
系数aSKF的值可以根据轴承型号从四个图表中获得,作为SKF标准轴承及SKFExplorer轴承的ηc(Pu/P)与不同粘度比值的一个函数κ:
–
图1:
径向球轴承
–
图2:
径向滚子轴承
–
图3:
推力球轴承和
–
图4:
推力滚子轴承
粘度比κ
润滑剂的有效性主要取决于滚动接触表面之间的表面隔离程度。
如接触表面之间需形成充分的润滑膜,在应用设备达到其正常工作温度时,润滑剂必须保持最低的粘度。
润滑剂的状态用粘度比κ来表示,即实际粘度ν与充分润滑所需的额定粘度ν1之比,这是润滑剂在正常工作温度下都必须考虑的两个数值。
κ=ν/ν1
式中
κ
=
粘度比
ν
=
润滑剂的工作粘度,mm2/s
ν1
=
额定粘度取决于轴承平均直径和转速,mm2/s
为使滚动接触表面之间形成充分的润滑膜,润滑剂在正常工作温度下必须保持最低的粘度。
充分润滑所需的额定粘度ν1可从
图解5确定,即运用轴承平均直径dm=(D+d)/2(mm)和轴承转速(r/min)这两个值来计算。
如果根据经验或以其他方式可得知工作温度,则相应的粘度、即国际标准参照温度40°C下的粘度,可从
图解6查到
计算可运用“粘度”程序来完成。
计算示例
有一轴承,内孔径为d=340 mm,外孔径为D=420 mm,要求以n = 500r/min转速工作。
由于dm = 0,5 (d + D),dm = 380mm,从图解5得知,粘度ν1约为11 mm2/s,这是在工作温度下提供充分润滑所要求的最低粘度。
根据图解6,假设轴承工作温度为70ºC,则粘度等级为ISO VG 32的润滑剂在40ºC参照温度下的实际粘度ν至少必须保持为32mm2/s。
污染等级系数ηc
为了在轴承寿命计算中考虑到润滑剂的污染等级。
污染对轴承疲劳的影响取决于许多参数,包括轴承尺寸、润滑膜的相对厚度、固体污染颗粒的大小与分布、污染的类型(软、硬等)。
这些参数对于轴承寿命的影响是复杂的,并且许多参数难以量化。
因此不可能给ηc指定一个通用的有效精确值。
修正系数a23
在以前的SKF目录里,基本额定寿命是用材料和润滑的组合系数a23来修正的。
这个系数在1975年由SKF提出。
以a23是将作为更通用的寿命修正系数aSKF的一个特例来考虑的。
以a23修正,隐含了“污染-负荷比”c(Pu/P)23这一SKF寿命修正系数aSKF图中所用的特定值。
工作温度的影响
轴承在运转时因材料内部结构的变化而导致尺寸改变。
这些改变受温度、时间和压力的影响。
为了避免在运转中由于结构变化而产生不允许的尺寸改变,轴承材料应进行特殊的热处理(稳定性)工艺(表9)。
根据轴承类型的不同,使用整体淬硬及感应淬火钢而制成的标准轴承可达到建议的最高工作温度:
摄氏120至200度。
这些最高工作温度与热处理工艺有直接关系。
如果使用中的正常工作温度高于推荐的最高温度,则最好使用稳定等级高的轴承。
轴承在高温工作时要获得令人满意的效果,也取决于所选的润滑剂能否保持其润滑特性,以及密封件、保持架等所采用的材料是否合适
当确定轴承大小时,适当的做法是以若可应用的规格寿命来核实预测的SKF额定寿命。
这通常取决于机器类型以及对工作的持续时间与操作可靠性的要求。
轴承动载荷和寿命
基本额定动载荷C用于计算在动态应力下的轴承,即一个在受载状态下转动的轴承。
该数值表示根据ISO281:
1990标准,提供100万转基本额定寿命的轴承载荷。
假定载荷大小和方向不变,对径向轴承而言为径向载荷,对推力轴承而言为作用于中心的轴向载荷。
滚动轴承的寿命定义为:
–
轴承在轴承圈或滚动体上部件出现最初的金属疲劳迹象
–
(剥落或缺损)前
能够运行承受的转数或一定速度下的工作运行小时数。
其中一种是“使用寿命”,表示轴承在实际运行条件下出现失效前的实际寿命。
请注意,单个轴承的寿命只能以统计学的方式予以预计。
寿命计算仅适用于轴承总体概念全体以及一定程度的可靠性,即90%,而且轴承现场损坏故障一般不是由于金属疲劳造成的,在更多多数情况下是由于污染杂质、磨损、不对中、腐蚀或由于保持架损坏、润滑或密封失效损坏件故障引起的。
轴承动负荷-轴承动负荷的计算
如果外力(例如动力传输产生的力、工作压力或惯性力)是已知或可以算出的话,那么作用在轴承上的负荷可根据力学定律计算。
为简化起见,在计算单一轴承的负荷构成时,可将轴视为搁在刚性、无力矩支撑体上的一条梁。
不考虑轴承、轴承箱或机器结构中的弹性变形,也不考虑由轴偏斜引起的力矩。
基于弹力理论来计算轴承负荷,但这需要使用复杂的计算机程序。
在这些程序中,轴承、轴和轴承箱被视为一个系统中有弹性的部件。
例如,外力可来自轴及其所携带部件本身的重量、或者是车辆的重量,以及其它的惯性力;这些外力要么是已知,要么可以通过计算求出。
然而,在确定工作力(机床内的滚动力、剪切力等等)、冲击力和附加动态力(例如由不平衡产生的力)时,通常有必要依靠通过在类似机器或轴承配置上获得的经验而作出的估计。
轴承动负荷-当量轴承动负荷
首先需要计算当量轴承动负荷。
定义如下:
强度和方向不变的假设负荷径向作用于径向轴承或径向中心作用于推力轴承,如果施加上述负荷,如同轴承承受的实际负荷一样,会对轴承寿命有同样的影响(图2).
径向轴承经常同时承受径向和轴向负荷。
如果作为结果的负荷强度和方向不变,当量轴承动负荷P可从得自一般公式
P=XFr+YFa
其中
P
=
当量轴承动负荷,kN
Fr
=
实际径向轴承负荷,kN
Fa
=
实际轴向轴承负荷,kN
X
=
轴承的径向负荷系数
Y
=
轴承的轴向负荷系数
波动的轴承负荷
在多数情况下,负荷的强度会波动。
应采用可变工作条件下的寿命计算公式。
负荷周期内的平均负荷。
假定工作条件如速度和负荷方向相当稳定,而且负荷强度始终在最低值Fmin和最高值Fmax之间变化(图解13),可从以下公式得出平均负荷:
Fm=(F最小+2F最大)/3
旋转负荷
如果如图解14所示,轴承负荷由强度和方向不变的负荷F1(如转子的重量)和旋转定负荷F2(如不平衡负荷)组成,平均负荷可从Fm=fm(F1+F2)得出,系数fm的数值可从图解15得出。
Fm=fm(F1+F2)
系数fm的数值可从图解15得出。
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