轴承的寿命理论（二）

轴承寿命的概念及使用

      上一章我们简单的给大家介绍了一下轴承的寿命，当然只是一个粗略的概念。过去的几十年，轴承的寿命理论一直在发展，只是说到目前为止，我们认为我们现在对寿命机理的了解已经足够对现阶段的所有机械设备的应用有一个比较合理的认识。

      但是，所有的理论都是在发展的。就像10年前我们根本不可能想象高速铁路可以运行在超过300km/h的时速下，现在我们又面临着各种新能源设备的发展，对理论的研究当然要跟得上这些适用于日常生活的产品，甚至要远远的领先于实际的产品，否则理论将会变成掣肘科学发展的阻力。

      那么随着各种新设备，新应用的发展，轴承作为一个最基础的零部件，伴随着新材料的应用，热处理工艺的改进，内部精密设计的发展，在基本理论的基础上，对于轴承寿命的理解也将会不停的更新迭代。

      上一章我们讲过了，轴承的寿命是一个统计学概念，换句话说，轴承的寿命具有一定的离散性，即使是同一批相同的滚动轴承，在同一载荷，转速，润滑条件下，也不会具有相同的寿命值。这些轴承的失效，也就是幸存概率（这里我们引入另外一个新的概念，所有的疲劳寿命的研究都和这个幸存概率息息相关），都服从如下的离散分布。

      但是，由于疲劳裂纹从最初产生到扩展至表面，需要一定的时间，因此，疲劳寿命实际上是不可能为零的。因为这里仅讨论轴承疲劳寿命的一般概念，所以我们只要考虑这个模型的基本可用性就可以了。不用太纠结图片细节的呈现。

      因为材料的极限强度不可能用一个简单的数值表示，韦布尔模型就给了我们一个很好的处理方法，因为可靠性最主要讨论的早期失效、随机失效和老化失效三个阶段，在这个模型里，我们可以通过调整不同的参数，表征整个产品生命周期。

      由上式可以看出，韦布尔在这里的主要贡献是提出了结构破坏是应力体积的函数。这一理论的假设是原始裂纹导致断裂。至于该公式中具体的参数的含义，我们不用太深入的了解。

      但是在滚动轴承中，产生在表面下的许多裂纹并不会扩展至表面。因此韦布尔理论不能直接适用于滚动轴承。因为按照我们上一章分析的轴承寿命理论，轴承的疲劳断裂概率应该是表面下最大剪应力深度的函数。

      讨论和推导过程我们不需要了解，我们只要知道：

• 轴承的疲劳是根据脆性材料的可靠性分布韦布尔模型得到的，

• 韦布尔理论不能直接表征滚动轴承的疲劳，因为假设机制不同，

• 轴承科学家根据滚动轴承疲劳的概率参数，结合韦布尔分布最终得到了滚动轴承的概率结果，

      最终我们得到滚动轴承的幸存概率，（或者我们暂且把它理解成滚动轴承的疲劳寿命）：

      从上一篇文章至此，我们说完了到底什么是轴承的疲劳寿命，轴承的疲劳寿命是如何得到的，我们为什么要了解轴承的疲劳寿命，还有轴承疲劳寿命背后的假设机理是什么。稍微总结一下：

• 轴承的疲劳寿命是一个统计学概念，与材料有关，并且与接触面方向上的最大应力有关，

• 轴承的疲劳寿命具有一定的离散性，没有办法用一个单一的值来表示，引入了韦布尔分布，

• 韦布尔分布的假设机理与滚动轴承不同，但是滚动轴承的疲劳寿命是基于这个模型推导出来的。

      当然，从上面的这个公式或者函数表达式来看，我们好像完全不能计算轴承的疲劳寿命，因为我没有办法知道最大正交剪切应力是多少，深度是多少，还有接触面的几何参数我怎么去测量呢？

      其实上述的这些东西通过数学的方法都是可以推导出来的，只是又要涉及很多轴承的基础知识，还需要了解单一滚动体上的载荷的分布情况，这里我们就不多做介绍了。

      总之，科学家们分析出了这样一个结果，但是科学的结果是需要应用的，而我们不能把这个结果放在这里，却又在实际中很难使用，那么这种研究就失去了他的意义。

      所以，绝大部份的轴承制造商就采用了另外一个概念来作为特定载荷条件下给定轴承运转的疲劳耐久性的度量手段，我们把它称作“额定寿命”。这也是我们每天工作时都会用到的轴承疲劳寿命，在上一篇文章中，我一直没有把这个结果叫做“疲劳寿命”，是因为还没有解释清楚前，怕大家把这几个概念搞混淆。

这句话中有几个很重要的点：

• 特定载荷条件：因为这是轴承最主要的功能，而且也是我们最直观能够获得的参数，

• 给定轴承：轴承的疲劳寿命根据轴承类型的不同会有不同，

• 疲劳耐久性：相当于可靠性，因为我们一直强调，事实上用准确的疲劳寿命来描述轴承应用是不可能的，所以我们把理论上的“寿命”当成可靠性来考虑。

      这个“额定寿命”是指相当大一批轴承在规定载荷下运转的估计疲劳寿命，换句话说，这是指轴承将以90%的可靠性运转至这个“额定寿命”。到此为止，我们就可以把“可靠性”和“幸存概率”理解成是一个词了。

      为了简便的让我们计算出轴承的疲劳寿命，引入“额定寿命”是个功不可没的成果。我们把轴承的寿命从微观的接触变成了宏观上的载荷的简便解决方法。

      作为轴承的使用者，我们需要了解轴承的疲劳寿命到底是什么，但是没有必要花太多的精力去了解他的来龙去脉，“额定寿命”的精确度足够让我们去选择一个合适我们自己应用的轴承了。

      回到上篇提到的问题，“额定寿命”单纯的考虑到了载荷，那么类似润滑，污染之类的因素怎么办呢。

      下一章，我们就从“额定寿命”出发，去看看轴承寿命的发展。

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