摘 要：軸承是傳動(dòng)系統(tǒng)的重要零件之一，軸承選擇的好壞與否往往影響著減速器的使用壽命及成本。在實(shí)際應(yīng)用中，滾動(dòng)軸承的壽命受多種因素，如潤滑條件、軸承材料、熱處理、載荷等的影響。本文應(yīng)用Romax軟件基于ISO281理論進(jìn)行仿真分析，分析了不同的潤滑條件下的軸承壽命，給軸承選型提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：Romax；滾動(dòng)軸承；壽命；潤滑條件

中圖分類號(hào)：TH133.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）17-0240-02

1 前 言

滾動(dòng)軸承在現(xiàn)代工業(yè)中起著不可忽略的作用，是減速器重要的零部件之一。在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)使用條件選擇合適的軸承，如軸承選擇不當(dāng)，使用壽命過短，會(huì)增加減速器的使用成本?，F(xiàn)有的軸承壽命一般是指可靠度90%、常用材料和加工質(zhì)量、常規(guī)運(yùn)轉(zhuǎn)條件下的壽命[1]。軸承的實(shí)際壽命與軸承材料、潤滑條件、熱處理、可靠度要求、載荷狀況均相關(guān)。工程實(shí)際中，軸承的壽命往往通過試驗(yàn)得出，但試驗(yàn)周期長、成本高。Romax軟件是通用的傳動(dòng)系統(tǒng)分析軟件，集建模、設(shè)計(jì)、分析于一體，可在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)初期對(duì)軸承進(jìn)行分析，為后續(xù)的試驗(yàn)提供理論基礎(chǔ)，減少設(shè)計(jì)成本[2]。本文利用Romax軟件，分析不同的潤滑條件對(duì)軸承壽命的影響，通過選用合適的潤滑油，提高軸承的設(shè)計(jì)壽命，使軸承壽命滿足設(shè)計(jì)要求。

2 額定壽命計(jì)算

可靠度為90%，滾動(dòng)軸承的的基本額定壽命L10的計(jì)算公式如下：

L = ε106r（1）

公式（1）中，C為軸承額定動(dòng)載荷，P為軸承當(dāng)量動(dòng)載荷；指數(shù)ε為壽命指數(shù)，球軸承時(shí)ε為3，滾子軸承時(shí)ε為10/3。

但對(duì)于具有特殊軸承性能、特殊運(yùn)轉(zhuǎn)條件或可靠度要求不是90%的滾動(dòng)軸承，應(yīng)在公式（1）的基礎(chǔ)上修正其基本額定壽命。修正額定壽命可按下式計(jì)算[1，3]：

L =a a a L （2）

公式（2）中，a 為可靠性壽命修正系數(shù)。在一定載荷下工作的滾動(dòng)軸承，要求的可靠度不同時(shí)，計(jì)算壽命不同，可靠度要求越低，計(jì)算壽命越長。試驗(yàn)證明，滾動(dòng)軸承的可靠度與壽命的關(guān)系符合韋布爾分布曲線[1]。

a 為特殊軸承性能壽命修正系數(shù)。通過軸承設(shè)計(jì)、采用優(yōu)良的材料或特殊的制造工藝可提高軸承的耐疲勞性能，熱處理也會(huì)影響軸承的疲勞系數(shù)。

a 為運(yùn)轉(zhuǎn)條件壽命修正系數(shù)。運(yùn)轉(zhuǎn)條件包括潤滑條件、外來有害物質(zhì)影響等。在相同的工況下，如潤滑條件良好，則軸承的滾動(dòng)體與滾道可以被潤滑油膜隔開。膜厚比是大致估計(jì)潤滑狀態(tài)的簡單判據(jù)[1，3]，它是最小油膜厚度與表面粗糙度之比，常用λ表示：

λ= （3）

公式（3）中，h 表示最小油膜厚度；R 表示接觸表面輪廓的均方根偏差，R 與算術(shù)平均偏差R 之間具有下列近似關(guān)系：R =1.20R ～1.25R 。

一般認(rèn)為：λ>3為完全彈性流體動(dòng)力潤滑或流體潤滑狀態(tài)；1<λ<3為部分彈性流體動(dòng)力潤滑或混合潤滑狀態(tài)；λ≤1為邊界潤滑狀態(tài)。膜厚比λ越大，相對(duì)壽命越大。

除了膜厚比，潤滑劑的污染也會(huì)縮短軸承疲勞壽命。潤滑油中的污染物如齒輪磨損顆粒等，會(huì)在滾道和滾動(dòng)體上壓出印痕，破壞隔開滾動(dòng)道和滾動(dòng)體表面的油膜，縮短軸承疲勞壽命。良好的潤滑劑過濾可顯著地改進(jìn)軸承壽命。Hamer等人指出，顆粒直徑與油膜厚度的比值可作為產(chǎn)生壓痕的判據(jù)參數(shù)[3]。

不同的使用情況，油膜厚度與接觸體的綜合曲率半徑、材料的泊松比、綜合彈性模量、載荷狀況、橢圓參數(shù)等相關(guān)[1，3]。在實(shí)際的工程計(jì)算中中，由于涉及到的參數(shù)多，工況多，采用手工計(jì)算工作量巨大，可利用Romax軟件進(jìn)行仿真計(jì)算。

目前，a 、a 一般由軸承廠家給出。

可見，在進(jìn)行軸承的具體設(shè)計(jì)時(shí)，要綜合考慮軸承本身的結(jié)構(gòu)、材料、熱處理、承載能力、作用載荷、潤滑條件等多個(gè)參數(shù)[3，4]。

3 實(shí)例計(jì)算

以某減速器為例，要求軸承滿足1500h的設(shè)計(jì)壽命。應(yīng)用Romax軟件基于ISO281標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算減速器中各滾動(dòng)軸承在可靠度為90%的情況下的壽命。以4號(hào)軸承為例進(jìn)行分析。

采用SAE75w潤滑油，根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，在70℃的工作溫度下，內(nèi)圈滾道最小油膜厚度為0.091μm，外圈滾道最小油膜厚度為0.099μm，污染系數(shù)ec為0.7165，4號(hào)軸承壽命的計(jì)算結(jié)果為1414.5h。不滿足設(shè)計(jì)壽命1500h的設(shè)計(jì)要求。

根據(jù)公式（1）、（2）和（3），可通過更換承載能力更大的軸承、改進(jìn)軸承、改善軸承的潤滑條件等途徑來使軸承壽命達(dá)到1500h的設(shè)計(jì)要求。

如采取更換承載能力更大的軸承、改進(jìn)軸承等則可能影響減速器的內(nèi)部其它結(jié)構(gòu)，且周期較長，成本較高。經(jīng)分析[1，3]，通過采取更換潤滑油的方式來改善軸承的潤滑條件，提高軸承的壽命。

將潤滑油由SAE75W替換為SAE80W，其余條件保持不變。利用Romax軟件重新計(jì)算，由結(jié)果可知，在70℃的工作溫度下，內(nèi)圈滾道最小油膜厚度為0.1366μm，外圈滾道最小油膜厚度為0.1486μm，污染系數(shù)ec為0.862，軸承壽命達(dá)到了3104h，滿足1500h的設(shè)計(jì)要求。

對(duì)1、2、3號(hào)軸承進(jìn)行同樣的分析，在保持加載工況和軸承不進(jìn)行更換的情況下，僅僅將潤滑油由SAE75w更換為SAE80w，內(nèi)外圈滾道最小油膜厚度、污染系數(shù)均有了不同程度的增加，壽命也得到了提高。1號(hào)軸承的壽命由原來的1215.8h提高到了2097.2h，2號(hào)軸承的壽命由原來的838.3h提高到了1555.9h，3號(hào)軸承的壽命由原來的910.1h提高到了1561.7h，均達(dá)到了1500h的設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)束語

綜上，在軸承的設(shè)計(jì)初期，利用romax軟件進(jìn)行仿真分析，對(duì)軸承在不同潤滑條件下的使用壽命進(jìn)行分析?？梢姡x擇合適的潤滑油，可增加軸承滾動(dòng)體與滾道之間的油膜厚度，降低污染物對(duì)軸承壽命的影響，有效提高軸承的壽命，為軸承選型及后續(xù)試驗(yàn)提供理論依據(jù)，降低減速器設(shè)計(jì)成本，加快減速器設(shè)計(jì)進(jìn)度。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-5-15

作者簡介：張玲玲（1986-），女，漢族，江蘇鹽城人，工程師，研究方向?yàn)閭鲃?dòng)設(shè)計(jì)。