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摘要：本文针对工作中常见的轴承故障我们从滚动轴承的设计准则和轴承的寿命的计算的角度进行分析研究。这样能更好的服务于生产，减少故障的发生。
关键词：震动 噪声 设计准则 基本额定寿命 校核计算
0 引言
滚动轴承在现在机械工业中是非常重要的零件，在各个机械部门都少不了轴承的使用。然而在机械工业中最易损坏的零件之一就有滚动轴承，有数据显示，在旋转机械中有极大的比例是由滚动轴承故障引起的，如果不能及时更换必将导致整个机械装置的故障，进而引发更严重的后果。所以在这里我们对滚动轴承做深入的研究，包括轴承常见故障，轴承设计的准则及基本额定寿命的计算等，从而达到避免较大事故发生的目的。
1 滚动轴承的常见故障
从实际的工作中我们看到常见滚动轴承的损坏征状有以下几点：
1.1 轴承座圈裂纹、保持架碎裂。轴承座圈产生裂纹的原因可能是轴承配合过紧，轴承外圈或内圈松动，轴承的包容件变形，安装轴承的表面加工不良等。保持架碎裂其原因是润滑不足，滚动体破碎， 座圈歪斜等。
1.2 轴承烧伤。由于润滑不良，或润滑油不符合要求，以及轴承间隙调得过小，轴承工作时迅速发热，工作表面因受高温而退火。在外表观察时，可发现工作表面的颜色发生变化。
1.3 滚动轴承隔离圈磨损和松旷。在工作中隔离圈和滚动体相互摩擦，若润滑不良，则加快磨损。隔离圈磨损以后，滚动体松动，严重时会造成隔离圈散架，滚动体脱落。
1.4 轴承内外圈的配合表面磨损。由于轴承内外圈与轴和壳体孔装配时没有配合好，破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系，进一步加速了轴承本身和与之配合的轴或壳体上配合表面磨损(俗称走内圈或走外圈)。
1.5 塑性变形。轴承的滚道与滚子接触面上出现不均匀的凹坑，说明轴承产生塑性变形。其原因是軸承在很大的静载荷或冲击载荷作用下，工作表面的局部应力超过材料的屈服极限，这种情况一般发生在低速旋转的轴承上。
1.6 承受负荷的内外圈、滚动体(滚珠、滚柱等)表面磨损和剥落。造成滚动轴承的径向间隙、轴向间隙增大，滚动轴承在工作中发出噪声和发热，并且破坏了与其配合轴的正确工作位置，出现振动。表面疲劳剥落的初期是表面上出现麻点状的小凹坑，最后发展成片状的表层脱落。轴承滚动体和内、外圈滚道面上均承受周期性脉动载荷的作用，从而产生周期变化的接触应力。当应力循环次数达到一定数值后，在滚动体或内、外圈滚道工作面上就产生疲劳剥落。如果轴承的负荷过大，会使这种疲劳加剧。
我们把上述的故障的现象归类为滚动轴承的几种失效形式。
①疲劳点蚀。②塑性变形。③磨粒磨损和粒着磨损。
从以上轴承故障的现象我们不得不追述到滚动轴承设计的准则和寿命的计算。
2 滚动轴承的计算准则
为了保证避免轴承失效，以保证它在规定的期限内正常工作，应该进行相应的校核计算。一般轴承在不同的工况下主要的失效形式不同。对于中速旋转的轴承，主要的失效形式是疲劳点蚀，为避免疲劳点蚀，应保证轴承具有足够的疲劳寿命，计算准则要按疲劳寿命金相校核计算:对于高速轴承，由于发热大，常产生过度磨损和灼伤，为避免轴承产生失效，除保证轴承有足够的疲劳寿命，还应该限制它的转速不超过极限值，所以计算准则是除了进行寿命计算外，还要校核它的极限转速。对于不转动或及低速的转动的轴承，主要失效形式是塑性变形。计算准则是进行强度校核计算。
3 滚动轴承的预期计算寿命
由于对滚动轴承故障的分析，我们不得不对它的基本额定寿命的大小进行计算，以帮助我们进行判断，在出现故障之前进行更换，降低事故的发生率。对于轴承的寿命，我们不能按照同一批实验轴承中寿命最长或最短作为标准，因为前者很不安全，在实际应用中，提前破坏的可能性几乎100%；而后者又过于保守，这样几乎所有的轴承都可以超过标准寿命继续工作。所以规定：一组相同条件下运转的近似相同的轴承，将其可靠度为90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，90%不发生点蚀破坏前的转数作为轴承的寿命，并把这个寿命定为基本额定寿命。基本额定寿命与破坏概率有关，所以在实际上按基本额定寿命计算而选择出的轴承，可能有10%的轴承发生提前破坏：同时也可能有90%的轴承超过额定受命后还能继续工作。对于一个轴承来说，它能顺利的在基本额定寿命期内正常工作的概率为90%，而在未达到基本额定寿命之前发生点蚀破坏的概率仅为10%。所以在做轴承寿命计算时，必须先根据机器的类型、使用条件及对可靠性的要求，确定一个恰当的预期计算寿命（即设计机器是所要求的轴承寿命，通常可以参照机器的大修期限去定）。如表1是推荐的轴承预期计算寿命Lh′。
4 滚动轴承寿命的计算公式
首先了解轴承的基本额定动载荷，就是指轴承的基本额定寿命恰好为106r时，轴承所承受的载荷，用字母C代表。对于一个具有基本额定动载荷C的轴承，当它所承受的载荷P恰好为C时，其额定寿命就是106r。当P不等于C时，轴承的寿命计算如下：如图1所示：
图1：轴承的载荷-寿命曲线是在大量的实验研究的基础上得出的代号为6207的轴承的载荷-寿命曲线。该曲线表示这类轴承的载荷P与基本额定寿命L10之间的关系。曲线上相应于寿命L10=1*106的载荷是25.5KN，即为6207轴承的基本额定动载荷C。其他型号的轴承也与上述曲线的函数规律完全一样的载荷-寿命曲线。此曲线的公式表示为L10=(C/P)εL10的单位是106r。ε为指数。对于球轴承ε=3；对于滚子轴承ε=10/3实际计算时，用小时表示寿命比较方便。如果令n代表轴承的转速（单位r/min），则以小时数表示的轴承的基本额定寿命公式为：Lh=（106/60n）*(C/P)ε。
所以当我们了解了轴承的额定寿命公式后，在生产中重要部位的轴承可以适当根据公式判断，在未发生故障之前及时更换，避免大的事故的发生，对实际的生产有重要意义。
参考文献：
[1]杨明忠.基机械设计[M].武汉理工大学，2001.
[2]李国华.机械故障诊断[M].化学工业出版社，2002.
[3]曾海平.基于经验模态分解法的滚动轴承故障诊断系统研究[D].浙江大学，2005.
[4]程光友.时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用[J].中国设备工程，2005(12):34-35.
[5]王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[M].西安:西北工业大学出版
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词：震动 噪声 设计准则 基本额定寿命 校核计算
0 引言
滚动轴承在现在机械工业中是非常重要的零件，在各个机械部门都少不了轴承的使用。然而在机械工业中最易损坏的零件之一就有滚动轴承，有数据显示，在旋转机械中有极大的比例是由滚动轴承故障引起的，如果不能及时更换必将导致整个机械装置的故障，进而引发更严重的后果。所以在这里我们对滚动轴承做深入的研究，包括轴承常见故障，轴承设计的准则及基本额定寿命的计算等，从而达到避免较大事故发生的目的。
1 滚动轴承的常见故障
从实际的工作中我们看到常见滚动轴承的损坏征状有以下几点：
1.1 轴承座圈裂纹、保持架碎裂。轴承座圈产生裂纹的原因可能是轴承配合过紧，轴承外圈或内圈松动，轴承的包容件变形，安装轴承的表面加工不良等。保持架碎裂其原因是润滑不足，滚动体破碎， 座圈歪斜等。
1.2 轴承烧伤。由于润滑不良，或润滑油不符合要求，以及轴承间隙调得过小，轴承工作时迅速发热，工作表面因受高温而退火。在外表观察时，可发现工作表面的颜色发生变化。
1.3 滚动轴承隔离圈磨损和松旷。在工作中隔离圈和滚动体相互摩擦，若润滑不良，则加快磨损。隔离圈磨损以后，滚动体松动，严重时会造成隔离圈散架，滚动体脱落。
1.4 轴承内外圈的配合表面磨损。由于轴承内外圈与轴和壳体孔装配时没有配合好，破坏了轴承与壳体、轴承与轴的配合关系，进一步加速了轴承本身和与之配合的轴或壳体上配合表面磨损(俗称走内圈或走外圈)。
1.5 塑性变形。轴承的滚道与滚子接触面上出现不均匀的凹坑，说明轴承产生塑性变形。其原因是軸承在很大的静载荷或冲击载荷作用下，工作表面的局部应力超过材料的屈服极限，这种情况一般发生在低速旋转的轴承上。
1.6 承受负荷的内外圈、滚动体(滚珠、滚柱等)表面磨损和剥落。造成滚动轴承的径向间隙、轴向间隙增大，滚动轴承在工作中发出噪声和发热，并且破坏了与其配合轴的正确工作位置，出现振动。表面疲劳剥落的初期是表面上出现麻点状的小凹坑，最后发展成片状的表层脱落。轴承滚动体和内、外圈滚道面上均承受周期性脉动载荷的作用，从而产生周期变化的接触应力。当应力循环次数达到一定数值后，在滚动体或内、外圈滚道工作面上就产生疲劳剥落。如果轴承的负荷过大，会使这种疲劳加剧。
我们把上述的故障的现象归类为滚动轴承的几种失效形式。
①疲劳点蚀。②塑性变形。③磨粒磨损和粒着磨损。
从以上轴承故障的现象我们不得不追述到滚动轴承设计的准则和寿命的计算。
2 滚动轴承的计算准则
为了保证避免轴承失效，以保证它在规定的期限内正常工作，应该进行相应的校核计算。一般轴承在不同的工况下主要的失效形式不同。对于中速旋转的轴承，主要的失效形式是疲劳点蚀，为避免疲劳点蚀，应保证轴承具有足够的疲劳寿命，计算准则要按疲劳寿命金相校核计算:对于高速轴承，由于发热大，常产生过度磨损和灼伤，为避免轴承产生失效，除保证轴承有足够的疲劳寿命，还应该限制它的转速不超过极限值，所以计算准则是除了进行寿命计算外，还要校核它的极限转速。对于不转动或及低速的转动的轴承，主要失效形式是塑性变形。计算准则是进行强度校核计算。
3 滚动轴承的预期计算寿命
由于对滚动轴承故障的分析，我们不得不对它的基本额定寿命的大小进行计算，以帮助我们进行判断，在出现故障之前进行更换，降低事故的发生率。对于轴承的寿命，我们不能按照同一批实验轴承中寿命最长或最短作为标准，因为前者很不安全，在实际应用中，提前破坏的可能性几乎100%；而后者又过于保守，这样几乎所有的轴承都可以超过标准寿命继续工作。所以规定：一组相同条件下运转的近似相同的轴承，将其可靠度为90%时的寿命作为标准寿命，即按一组轴承中10%的轴承发生点蚀破坏，90%不发生点蚀破坏前的转数作为轴承的寿命，并把这个寿命定为基本额定寿命。基本额定寿命与破坏概率有关，所以在实际上按基本额定寿命计算而选择出的轴承，可能有10%的轴承发生提前破坏：同时也可能有90%的轴承超过额定受命后还能继续工作。对于一个轴承来说，它能顺利的在基本额定寿命期内正常工作的概率为90%，而在未达到基本额定寿命之前发生点蚀破坏的概率仅为10%。所以在做轴承寿命计算时，必须先根据机器的类型、使用条件及对可靠性的要求，确定一个恰当的预期计算寿命（即设计机器是所要求的轴承寿命，通常可以参照机器的大修期限去定）。如表1是推荐的轴承预期计算寿命Lh′。
4 滚动轴承寿命的计算公式
首先了解轴承的基本额定动载荷，就是指轴承的基本额定寿命恰好为106r时，轴承所承受的载荷，用字母C代表。对于一个具有基本额定动载荷C的轴承，当它所承受的载荷P恰好为C时，其额定寿命就是106r。当P不等于C时，轴承的寿命计算如下：如图1所示：
图1：轴承的载荷-寿命曲线是在大量的实验研究的基础上得出的代号为6207的轴承的载荷-寿命曲线。该曲线表示这类轴承的载荷P与基本额定寿命L10之间的关系。曲线上相应于寿命L10=1*106的载荷是25.5KN，即为6207轴承的基本额定动载荷C。其他型号的轴承也与上述曲线的函数规律完全一样的载荷-寿命曲线。此曲线的公式表示为L10=(C/P)εL10的单位是106r。ε为指数。对于球轴承ε=3；对于滚子轴承ε=10/3实际计算时，用小时表示寿命比较方便。如果令n代表轴承的转速（单位r/min），则以小时数表示的轴承的基本额定寿命公式为：Lh=（106/60n）*(C/P)ε。
所以当我们了解了轴承的额定寿命公式后，在生产中重要部位的轴承可以适当根据公式判断，在未发生故障之前及时更换，避免大的事故的发生，对实际的生产有重要意义。
参考文献：
[1]杨明忠.基机械设计[M].武汉理工大学，2001.
[2]李国华.机械故障诊断[M].化学工业出版社，2002.
[3]曾海平.基于经验模态分解法的滚动轴承故障诊断系统研究[D].浙江大学，2005.
[4]程光友.时域指标在滚动轴承故障诊断中的应用[J].中国设备工程，2005(12):34-35.
[5]王江萍.机械设备故障诊断技术及应用[M].西安:西北工业大学出版
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