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中国轴承论坛第三届研讨会论文 轴承理论研究及设计方法的新动向 洛阳轴承集团有限公司 裴宏涛 滚动轴承作为重要的工业基础件，是各种机械中传递运动和承受载荷的重要支承零件，各类主机 的工作精度、性能、寿命、可靠性和各项经济指标，都与轴承有着密切的关系。白1880年英国率先生产 轴承至今，世界轴承工业，从无到有、由小到大，已经走过了漫长的124年的历程。随着科学技术的不 断进步，各类主机对轴承提出了越来越高的要求，这些要求不仅促进了轴承工业的发展，研制和生产出 许多特殊种类的轴承，同时也极大地推动了轴承理论研究和设计方法的不断创新。 目前，一些世界著名的轴承公司，如瑞典的SKF公司、德国的FAG公司、日本的NSK公司等，非常 重视轴承理论和设计方法的研究，设有专门的研究机构从事此项工作。一些研究成果被国际标准化组 织编制成国际标准。 一、轴承理论的发展动态 1．轴承寿命理论的发展动态 在滚动轴承发展的初期，轴承寿命的评价是以经验为依据的，直到20世纪40年代中期瑞典的G． 步，轴承寿命有较大提高，ISO适时地给出了含有可靠性、材料、运转条件和性能等修正系数的寿命计算 靠度有关的系数；a2一与轴承材料有关的系数；a3一与轴承润滑条件有关的系数。) 然而，经修正的寿命计算公式仍不能预测理想条件下进行耐久性试验所遇到的超长寿命。20世纪 70年代末，在SKF工程研究中心的轴承疲劳寿命试验中，观察到超长寿命现象。试验寿命远高于依据 ISO方程得出的标准额定计算寿命，甚至高于用1977年ISO修正公式得出的额定计算寿命。这表明， 轴承新的疲劳寿命模型的研究结果。新的寿命理论引入疲劳持久极限的概念。通过对表面下应力场 充分的试验研究和分析，能对观察到的轴承寿命的改善以及表面下应力场的应力分布提出合理的解 释。该模型还考虑了以前在滚动轴承疲劳寿命预测中被忽视的许多因素，如表面摩擦及材料局部缺陷 的影响。 疲劳持久极限定义如下：当轴承受载体材料在承受一个低于阀值(疲劳持久极限)应力载荷时，受 载体不会发生疲劳损坏。对此，试验结果与新寿命理论之间具有很好的一致性。新寿命理论具有引入 参数及材料存在的疲劳持久性极限载荷等确定。因此，aSK．F系数代表着上述诸多效应的综合影响，这种 影响已简化为一组图表列入SKF通用样本中，用于确定向心球轴承、向心滚子轴承、推力球轴承和推力 滚子轴承的aSKF值。 · 18· 中国轴承论坛第三届研讨会论文 和80年代初才获得了轴承存在无限寿命的例证。这表明，象其他机械和结构件一样，如果载荷够轻的 话，轴承不会发生疲劳损坏。SKF的新寿命理论从长远来看。为新的轴承设计注入了活力，并正在影响 着产品开发工作和质量管理。目前的轴承寿命理论仅限于对轴承疲劳寿命的预测。但是，在许多应用 场合，轴承的失效并不表现为套圈滚道或滚动体的疲劳剥落，而是以轴承必须具备的某项功能的丧失 为标志。例如，对于精密机床主轴轴承，如旋转精度丧失，则意味着轴承生命周期已结束；对静音轴承， 其振动或噪声超过允许值，则轴承已失去使用价值。目前，对这方面的研究还没有成熟的理论。 2．轴承额定静载荷理论的发展动态 允许轴承发生相当于万分之一滚动体直径的永久变形，一直是ISO额定静载荷标准的基础。必威体育精装版 的额定静载荷理论的贡献是给出了对应于这个永久变形的各类轴承的最大滚动体接触应力(表1)。 袭1 轴承类型 凋心球轴承 其他球轴承 滚子轴承 接触应力／(N·m以) 46∞ 42∞ 400D 二、轴承设计理论和方法的发展动态 轴承的设计是一个复杂的过程，其目的是使轴承满足主机对轴承的性能要求，同时使轴承具有更 长的寿命。随着科学技术的发展，人类对轴承的认识不断加深，在设计轴承时考虑的因素越来越多。 传统的轴承设计以其应用的理论和方法而言，多采用静力学和拟静力学设计方法。近50年来，轴承设 计理论有很大发展，先后提出和应用了有限差分法、有限元法、动力学及拟动力学、弹性流体动力润滑 理论，有力地促进了轴承产品设计和应用技术的研究与发展。 在轴承产品结构设计方面，一直将提高轴承载荷、延长使用