机械可靠性-轴承的可靠性研究.doc

轴承的可靠性研究 引言 滚动轴承是广泛应用的重要机械基础件，其质量的好坏直接影响到主机性能的优劣，而轴承的寿命则是轴承质量的综合反映，在中国轴承行业“十一五”发展规划中，重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试验方法周期长、费用高且试验结果的可靠性差，而强化试验则在保持接触疲劳失效机理一致的前提下，大大地缩短试验时间，降低了试验成本，从而加快了产品的开发周期和改进步伐，因此轴承寿命强化试验受到越来越多的关注、研究和应用。轴承快速寿命试验包含了比轴承寿命强化试验更为广泛的内涵，它不仅在寿命试验方面，而且在寿命试验的设计，寿命数据的处理、分析，寿命的预测评估，轴承失效的快速诊断、分析、处理等系统技术方面具有更新更广的内容。 目前轴承行业广泛采用的可靠性强化试验技术是依据故障物理学，把故障或失效当作研究的主要对象，通过发现、研究和根治故障达到提高可靠性的目的。实践证明，该方法效果显著，并且与常规试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-RHP)、奥地利的STEYR（现为SKF-STEYR）、美国的SKF和FM公司均采用加大试验载荷来达到快速试验的目的。日本和欧美等国家的深沟球轴承强化试验中所采用的试验载荷已经接近或超过额定载荷的一半。 一般的轴承主要起支撑转动轴的作用，有的轴承也在支撑转轴的同时也承受很高的载荷。 正确地评价一个滚动轴承的有效、 安全的工作寿命对安全生产，提高设备生产效率，延长设备使用寿命， 使生产顺利高质量进行是十分重要的技术问题。我国现行的国家标准规定的滚动轴承寿命计算方法，是先计算出可靠性为90% 的额定寿命， 再对不同可靠度下的寿命用可靠性系数进行修正， 其中的导出是以寿命服从二参数Weibull 分布为基础的。 滚动轴承的寿命与机械可靠性的关系 滚动轴承的承载能力和寿命的关系通常用，P—L 曲线表示，P 是载荷，L 是寿命(一般用与时间或应力循环次数成比例的总转数表示) 。为了求得寿命与可靠度间的关系 ，在不同载荷水平做成组寿命试验 ，得出不同载荷水平的寿命分布。大量试验表明 ，滚动轴承寿命服从两参数威布尔分布，故可靠度为： （1） 式中L—轴承寿命 ， (转) ;b—轴承寿命分布的尺寸参数;K—轴承寿命分布的形状参数。式也可写成： （2） 由(2)式知，只要求得威布尔分布参数b、K，可靠度与寿命间的关系就完全明确了。为了估计威布尔分布的参数，文献[4]给出了轴承寿命在威布尔概率纸上的拟合线，由图可知，R=014～019时试验点基本在一直线上;R=019～01999时，试验点在另一直线上。由此可得，威布尔参数与可靠度有关，经统计处理，参数数据列于表1。 表 1 威布尔分布参数值 R K b 滚子轴承 球轴承 0.4~0.9 9/8 0.9~0.99 1.5 把代入（2）式可得： （3） （4） （5） 式中 α1 —可靠性系数 ;L10—轴承的基本额定寿命。 轴承疲劳寿命试验数据 轴承类型 组数 套数 β范围 β均值 调心球轴承 9 270 1.06～1.36 1.17 深沟球轴承 6 180 0.95～1.23 1.06 圆柱滚子轴承 3 90 0.85～0.95 0.9 圆锥滚子轴承 3 90 1.18～1.23 1.2 调心滚子轴承 4 120 1.18～1.23 1.2 滚动轴承的额定动载荷与机械可靠性 额定动载荷与基本额定寿命之间的关系为： （6） 式中—轴承的基本额定寿命(转);C—轴承的基本额定动载荷(N);P—当量动载荷(N);—寿命指数，对于球轴承ε=3;对于滚子轴承ε=10/3。 考虑不同的可靠度，非常规材料和运转条件，轴承的修正额定寿命为： （7） 式中α1、C、P、ε意义与前面相同，α2—材料系数，常规材料(高质量淬硬钢)α2=1，α3———润滑系数，一般情况下α3=1。假设取α2=α3=1，则(7)式可写成： （8） 式中β—额定动载荷可靠性系数， ; P—当量动载荷(N);L(R)—可靠度为R时的可靠寿命(转)。当已知目标可靠度下的轴寿命时，即由(8)式确定相应的基本额定动载荷C值，然后据此选择适用的轴承型号。 基于模糊理论预测轴承寿命的研究 模糊数学是运用数学的方法研究和处理带有模糊性的一门新兴学科。所谓的 模糊性，是指事物亦此亦彼性，反应在概念形成过程中外延的不分明性。模糊性 现象的本质是在人们头脑中的反映，就形成了模糊性概念，在日常生活和工作 中，存在着大量的模糊性现象，经常运用模糊性概念来处理这类问题，这些很难 用数学语言表述，可以凭借这些模糊信息，通过对以往大脑中储存的各种信息比 较、判断