滚动轴承寿命性能试验技术现状及发展ppt课件

1、滚动轴承寿命性能实验技术现状及开展李兴林 教授博士后(:dr.lixinglinvip.163) 杭州轴承实验研讨中心结合国援助杭州轴承实验研讨中心 机械工业轴承产质量量检测中心杭州ISO/IEC 17025 国际互认新昌轴承区域名牌创建活动2021年10月20日.杭轴研简介 杭州轴承实验研讨中心是结合国援助中国轴承行业1980年创建的独一的质检及研讨机构，主要从事轴承动态性能和疲劳寿命等高新技术运用 研讨以及轴承相关产品开发、检测和实验等研讨任务。拥有国际上比较先进的测试仪器和设备，技术力量雄厚，20多年来有多项科研成果在全国推行运用，已构成了较为完善的开发、制造、检测和效力体系。 . 续2

2、002年根据政府要求在中国质量检验机构中率先胜利改制为科技民营股份制企业。2003年3月经中国实验室国家认可委员会(CNAL)和中国机械工业结合会(CMIF)评审，成为中国轴承行业首家经过ISO/IEC 17025的科技民营国家级检测实验室，且具有独立法人资历，检测实验数据能国际互认。 杭轴研简介.HBRC理念 HBRC ：High level/quality/technology高水准、高质量、高科技.HBRC理念 HBRC ：Benefit the customer forever永远利益客户.HBRC理念HBRC ：Research , development and productio

3、n through innovation创新研讨、开发及消费的综合才干.HBRC理念HBRC ：Concentration on people崇尚以人为本的管理.资历证书.资历证书.资历证书.资历证书.滚动轴承精度性能寿命可靠性.滚动轴承寿命精度寿命磨损寿命振动寿命噪音寿命疲劳寿命.滚动轴承寿命性能实验技术现状及开展引言轴承寿命实际的现状及开展 轴承寿命快速实验机的现状及开展 轴承快速寿命实验技术现状及开展 轴承寿命实验数据处置及开展 . 引 言 滚动轴承是广泛运用的重要机械根底件，其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命那么是轴承质量的综合反映，在中国轴承行业“十一五开展规划中，重

4、点要求开展提高滚动轴承寿命和可靠性工程技术攻关。低载荷、高转速的传统轴承寿命实验方法周期长、费用高且实验结果的可靠性差，而强化实验那么在坚持接触疲劳失效机理一致的前提下，大大地缩短实验时间，降低了实验本钱，从而加快了产品的开发周期和改提高伐，因此轴承寿命强化实验遭到越来越多的关注、研讨和运用。轴承快速寿命实验包含了比轴承寿命强化实验更为广泛的内涵，它不仅在寿命实验方面，而且在寿命实验的设计，寿命数据的处置、分析，寿命的预测评价，轴承失效的快速诊断、分析、处置等系统技术方面具有更新更广的内容。. 轴承寿命实际的现状及开展 1.Weibull分布：1939年，Weibull提出的以为疲劳裂纹产生于

5、滚动外表下最大剪切应力处，扩展到外表，产生疲劳剥落，Weibull给出了生存概率S与外表下最大剪切应力、应力循环次数N和受应力体积V的关系： .2.载荷容量实际：1947年，Palmgren和 Lundberg一同提出了滚动轴承的载荷容量实际。该实际以为接触外表下平行于滚动方向的最大交变剪切应力决议着疲劳裂纹的发生，思索到资料冶炼质量对寿命的影响，同时指出：应力循环次数越多、受力体积越大，那么资料的疲劳破坏概率就越大，提出了统计处置接触疲劳问题的指数方程： 轴承寿命实际的现状及开展 .3. L-P公式：该公式1962年已由ISO列为引荐规范，并于1977年修正为正式的国际规范ISO 281/1

6、1977。 轴承寿命实际的现状及开展 .4. SKF通用轴承寿命计算模型:该实际引入了部分应力和资料疲劳极限的概念，计算的出发点是部分应力，更加符合疲劳强度的设计思绪。L-P模型仅是该实际模型的一种特殊情况。该新寿命实际数学模型在1984年ASME/ASCE结合光滑会议上发表。 轴承寿命实际的现状及开展 .5. SKF通用轴承寿命计算简化式：其中：aSKF为寿命调整系数，它包括了光滑、污染、疲劳极限和轴承当量动载荷之间的复杂关系，它的值由污染系数c、轴承疲劳极限载荷Pu、当量动载荷P和粘度系数K之间的函数关系给出。c系数那么思索了光滑剂的污染及其对轴承寿命的影响。目前这一实际仅在SKF内部运用

7、。 轴承寿命实际的现状及开展 .6. ISO 281:1990修订的额定寿命计算式：该修订公式中的修正系数axyz思索到资料、光滑、环境、杂质颗粒、套圈中内应力、安装和轴承载荷等要素对轴承寿命的影响。目前该修正式已被我国正式援用并作为我国滚动轴承行业产品寿命的引荐性文件。 轴承寿命实际的现状及开展 .7.其他：20世纪70年代初，Chiu P和Tallian T E提出了思索外表的裂纹生成方式的接触疲劳工程模型，该模型可以解释一些L-P模型难以解释的问题，例如外表粗糙度、弹流油膜厚度、切向摩擦牵引力以及光滑介质存在污染物等情况对接触疲劳的影响。20世纪80年代，Ioannides E和Harr

8、is T A在引进了资料疲劳极限应力和思索应力体积内各点应力及其深度的情况下，给出了I-H模型，该模型比L-P模型思索的更加细致和接近实践情况。但Zaretsky E V以为该模型高估了轴承的寿命。Zaretsky E V提出的基于Weibull模型根底上的修正模型、Cheng W Q和Cheng H S提出的用疲劳裂纹产生的时间来表示轴承寿命的C-C模型、Tallian T E提出的T模型、Yu W K和Harris T A提出的Y-H模型都从不同的角度提出了对寿命的预测方法。科学准确地预测轴承疲劳寿命不断是机械工程学者关怀又难以处理的难题，三参数Weibull分布和修正的Palmgren-

9、Miner疲劳损伤累积法将是滚动轴承运用中亟待研讨的课题，同时建立关于轴承疲劳机理研讨、失效要素分析、资料冶炼加工工艺、实验数据分析等的数据库也是任重道远。 轴承寿命实际的现状及开展 .普通寿命计算公式实际根底； 瑞典哥德堡查尔默斯技术大学G.论德伯格Gustaf Lundberg教授和SKF的A.帕尔默哥莱Arvid Palmgren工程师于1947年提出的实际为根底，根据是1936年的Weibull的疲劳概率实际。1962年国际规范化组织ISO 281规范的滚动轴承寿命的计算公式L10=C/Pe式中；C轴承额定动载荷；C=fDW、Le、Z P 轴承当量动载荷； e 寿命计算系数；滚子轴承；

10、e10/3 、 球轴承；e=3理念表达； 轴承的载荷才干和轴承的实践载荷的大小是确定轴承寿命的独一要素。轴承产品市场的导向； 1) 轴承内部承载才干的开发轴承构造的优化设计； 2) 轴承构造改良偏向于滚动体的直径、长度和个数的添加； 3) 以调心滚子轴承为典型的构造与坚持架的开发、设计与改良；影响与效果； 大大提高轴承产质量量和轴承的载荷才干，优化轴承构造，完善轴承的优化设计；局限与缺乏； 寿命评价仅局限于对轴承的本身 ，改革仅涉及轴承制造业内。.轴承实践失效分析的启发1/3资料疲劳滚动轴承的失效资料的疲劳失效 34光滑失效 36污染失效 14安装失效 161/3光滑失效1/3安装污染滚动轴承

11、实践失效分析的启发好的轴承必需有良好的维护！轴承的失效并非完全是轴承的质量问题！.雷诺滑动雷诺滑动交变应力与雷诺滑动静态时滚动体与滚道接触处的弹性变形动态时滚动前方的资料被拉伸动态时滚动后方的资料被紧缩弹性恢复滞后产生摩擦 滚动轴承任务外表并非“刚性体，在滚动体与滚道接触处会发生弹性变形，部分资料会发生拉伸和紧缩，资料接受拉伸与紧缩的交变的应力作用的同时在滚开任务外表产生滑动摩擦。雷 诺 滑 动资料表层疲劳实际.资料表层疲劳实际的开展轴承资料疲劳剥离机理的开展和引深资料表层的疲劳剥离机理资料表层下的非金属夹杂物非金属夹杂物边缘的应力集中，出现的“蝶形非金属夹杂物边缘的资料疲劳裂纹处出现裂纹由资

12、料的表层向资料的外表扩展，最终导致资料的剥离。NSK.资料表层疲劳蝶影资料表层的非金属夹杂物在循环交变应力作用下构成的“蝶形NSK.资料外表疲劳剥离机理1轴承资料疲劳剥离机理的开展和引深资料外表的疲劳剥离机理 1应力分布接触应力凹痕裂纹由外表向内开展，再由内向外构成剥离裂纹的来源在资料外表的应力集中点外表形状缺陷引起的资料外表剥离NSK.资料外表疲劳剥离机理2轴承资料疲劳剥离机理的开展和引深资料外表的疲劳剥离机理 2由光滑与污染引起的资料外表剥离太大颗粒沉淀在底部，如沉淀在滚动外表，直接破坏外表形貌太小颗粒凝结和沉淀在滚动外表破坏光滑油膜的延续性正常颗粒悬浮在光滑油中，随光滑油流动大颗粒在滚动

13、外表直接产生压痕压痕处应力集中，裂纹由外表生成，向资料的表层扩展，并与资料表层的薄弱处偏析、非金属夹杂相连小颗粒在滚动外表破坏光滑油膜的延续性NSK.1.引言20世纪早期，我国轴承行业不断沿用前苏联的ZS型轴承寿命实验机进展轴承寿命实验，这种实验机的性能已明显落后于实验开展需求。从美国引进的F&M 5新型滚动轴承疲劳寿命实验机除了价钱昂贵外，还采用气动高压动力源和60Hz的电频率，不太适宜中国的国情。因此在20世纪的90年代，在汲取国外先进实验机的根底上，杭州轴承实验研讨中心研制了新一代自动控制滚动轴承疲劳寿命强化实验机B10-60R及其改良的ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化实验机，大大地推进

14、了中国轴承行业轴承寿命实验系统技术的提高。 轴承寿命快速实验机的现状及开展 . 轴承寿命快速实验机的现状及开展 2. ZS型滚动轴承疲劳寿命实验机的主要性能参数：试验机型号ZS1530ZS3060ZS60120试验轴承（mm）内径1530306060120外径356262110110215活塞面积（cm2）径向2570200轴向1525100工作温度（）2070，不得超过90试验轴承转速（r/min）320016000100050007753860试验轴承最大载荷（kN/套）径向7.3524.598轴向3.4314.768.6润滑方式循环润滑驱动电机功率（kW）2.82.8/2.14.5转速（

15、r/min）28701420/29501440.3. ZS型和F&M 5型滚动轴承疲劳寿命实验机的性能比较： 轴承寿命快速实验机的现状及开展 比较项目ZS型F&M 5”型试验头单个试验头，单机尺寸小两套试验头，开启式试验轴承装拆封闭式，不便装拆采用开启式，观察方便，便于装拆加载性能手动带温度补偿和蓄能油缸砝码和减压阀，连续补偿，精度高但占用空间大且成本高润滑性能封闭式强制循环润滑，油温不可控，浇灌式润滑，油路通畅，油温可控，提高了精度.4. ABLT系列滚动轴承疲劳寿命强化实验机主要性能参数 轴承寿命快速实验机的现状及开展 试验机类型项目ABLT-1AABLT-2ABLT-3ABLT-4ABL

16、T-5球轴承和滚子轴承（尤其是汽车轮毂轴承）球轴承球轴承和滚子轴承试验轴承内径/mm10 6060 1205 12120 180180 240试验轴承数量2 4套试验轴承转速r / min1000 10000(可调)500 5000(可调)5000 36000(可调)500 3000(可调)300 2500(可调)最大径向载荷/kN1002501.5400800最大轴向载荷/kN501250.4200300电源主轴电机3 kW7.5 kW1.5 kW10 kW15 kW油泵电机0.37 kW0.75 kW40 W1.5 kW2 kW功率消耗 / kW约3.5约9约1.8约15约20环境温度10

17、 40总质量/kg约1000约2000约500约3500约4500整机尺寸/mm150072012001750900120011006501000200010001500220011001600.5. 实验机的开展：在继续消化吸收和改良各种轴承寿命实验机的根底上，我国自行设计研制的ABLTAccelerated Bearing Life Tester系列滚动轴承疲劳寿命强化实验机，具有完全自主知识产权的新型轴承寿命实验技术和方法，经过个性化的设计，根天性满足大多数滚动轴承疲劳寿命强化实验的需求。其主要性能参数如表4所示。上世纪90年代以前，我国的轴承行业不断沿用前苏联的ZS型实验机和实验规范进

18、展轴承的寿命实验，该实验技术实验精度低、加载系统不稳定、没有自动控制系统，远远不能满足大量实验任务的需求。ABLT-1寿命强化实验机实验技术一定程度地采用了自动化控制技术，具有操作方便、精度大大提高、运用可靠、减少了劳动强度。ABLT系列疲劳寿命强化实验机产权吸收了以前实验技术的优点，进一步加强和完善了自动化控制程度。在ABLT系列实验机的根底上，进一步开发A2BLT+F2ASTAutomatic Accelerated Bearing Life Tester & Fast Failure Analysis System Technology寿命强化实验机和进一步研讨开发包括快速失效诊断技术、

19、快速失效分析技术、快速失效处置技术等三大方面技术，将是我们轴承行业实验机研发的下一个重要的课题。 轴承寿命快速实验机的现状及开展 .科研成果已获得了显著的经济效益和社会效益担任研讨的滚动轴承寿命强化实验系统 A2 BLT+F2AST，属国内独创，该工程已产业化消费，并处理了关键技术问题，产品已系列化：ABLT-1A，ABLT-2，ABLT-3，ABLT-4，ABLT-5，已消费销售200余台，创产值2500余万元，替代进口产品，为国家节省外汇6000余万美圆。.科研成果国家发明专利4项“滚动轴承寿命强化实验机及其实验方法,“汽车轮毂轴承单元摩擦力矩实验机及其实验方法,“汽车轮毂轴承单元防尘性能

20、模拟实验机及其实验方法,“密封轴承多功能实验机及其实验方法已恳求四项国家发明专利，而且均已公示。.1. 引言由于影响轴承寿命的要素太多、太复杂，而轴承疲劳寿命实际仍需进一步完善，因此进展寿命实验成为评定轴承寿命的主要手段。相对于SKF、INA/FAG、Timken/Torrington、NSK等国外公司，我国轴承寿命实验起步较晚，对失效机理等根底实际研讨缺乏，目前尚处于大量积累实验数据的阶段，经过十几年的努力和开展，我国的轴承寿命实验技术曾经得到了较大的开展并有很大的开展前景。 轴承快速寿命实验技术 的现状及开展 .2.环境模拟可靠性实验早在20世纪40年代，美国就对产品的设计开场采用单要素环

21、境模拟的研制实验与鉴定实验，用来检验设计的质量和可靠性。20世纪70年代，那么开场采用综合环境模拟可靠性实验、义务剖面实验和验收模拟实验。在以后的很长时间内这些实验方法成为保证产品可靠性的主要手段。但由于环境模拟耦协作用的复杂性、高本钱以及实验结果的滞后性，使得该类模拟实验技术丧失了一定的优势。 轴承快速寿命实验技术 的现状及开展 .3.环境应力激发实验与模拟实验的思绪相反，环境应力激发实验那么是用人为的施加环境应力的方法，加速激出并去除产品潜在缺陷来到达提高可靠性的目的。从早期的高温、温度循环、温度冲击等激发实验的方式，开展为如今公认的高温变率的温度循环和宽带随机振动，实验所施加的应力不用模

22、拟真实环境，只需激发的效率越高越好。随着该实验技术的蓬勃开展，有人试图用规范的方式来加速这一技术的开展，但这种思绪容易将实验方法重新拉回到模拟实验的轨道上去，况且不同的缺陷类型和不同失效机理必需运用不同的应力挑选方案来进展，因此这种以规范实验方法来规范实验的方法是不可取的。 轴承快速寿命实验技术 的现状及开展 .4.比较目前轴承行业广泛采用的可靠性强化实验技术是根据缺点物理学，把缺点或失效当作研讨的主要对象，经过发现、研讨和根治缺点到达提高可靠性的目的。实际证明，该方法效果显著，并且与常规实验技术具有等效性和可比性。前苏联、瑞典的SKF、日本的NSK、NTN、英国的RHP(现为日本NSK-RH

23、P)、奥地利的STEYR现为SKF-STEYR、美国的SKF和F&M公司均采用加大实验载荷来到达快速实验的目的。日本和欧美等国家的深沟球轴承强化实验中所采用的实验载荷曾经接近或超越额定载荷的一半，如表5所示。模拟实验技术近年来得到广泛的注重，但是模拟实验本钱较高、周期太长和模拟耦合的复杂性，使得模拟实验呈积木式、模块化方向开展。激发实验技术虽然国外有一定的研讨，但是国内轴承行业目前还很少做过该类实验，同时这种实验方法目前都是在设计没有缺陷的前提下，针对消费过程的缺陷，对于设计缺陷还不能很好的排除。 轴承快速寿命实验技术 的现状及开展 .开展实验技术的智能化和个性化将是轴承寿命实验技术未来的开展

24、方向，根据特定的实验条件，设定转速谱和载荷谱等以满足实验的要求，同时运用人工智能和专家系统等知识库技术来进展智能化处置。2005年10月，第一作者曾赴欧洲调查三周，在德国慕尼黑技术大学等培训学习汽车模拟实验技术，并实地调查了INA/FAG轴承公司、KLUBER光滑脂公司及其测试中心的模拟实验现场情况，对此有了更深化的感悟。 轴承快速寿命实验技术 的现状及开展 .早期国内主要根据JB/T7049-1993规范中提出的数据处置方法，利用最正确线性不变估计、最大似然估计法或Weibull图法，估计出轴承寿命的韦布尔参数b和V，从而求出实验寿命和可靠性等参数。这种方法较为准确，适宜于完全实验、定数截尾实验、分组淘汰等实验的数据处置，但是运用该方法需求一定数量的实验数据，否那么不能准确地估计出真实的轴承寿命。JB/T7049-1993现修订为JB/T50013-2000。 轴承寿命实验数据处置现状及开展 .JB/T50093-1997引荐了另外一种数据处