滚动轴承由内套圈、外套圈、滚动体、保持器四大件组成,在拉、压应力、剪切应力及摩擦力等交变鱼荷下工作。随着科学技术的发展,一些特殊用途的轴承向着高转速、高负荷、高温、低温、特大型、特小型、低噪声发展。例如,轴承转速DN值已达4×r/min;承受局部接触应力达MPa;工作温度达℃以上;超低温度达到-℃;有的轴承最大直径(外径)达4.1m、质量达到kg;而最小的微型轴承直径只有1mm、内径仅0.6mm、质量0.17g;办公室自动化机器等小型轴承则要求抑制噪声。
一台机械设备的使用性能在很大程度上取决于滚动轴承的精度、可靠性和寿命。因此,对于滚动轴承的要求可以归纳为:
灵敏度:摩擦力矩应不大于mN·cm这样小的摩擦力矩,轴承粗糙度必须达到Ra=0.精度,即在放大30倍下不能出现表面缺陷。
可靠度:一批轴承中合格率必须达到99.%,即在万套轴承中只允许一套不可靠。这是对宇航器及飞机发动机主轴轴承提出的要求。
准确度:自动控制仪表要求轴承零件绝对尺寸改变不大于lμm。
在讨论对轴承材料性能要求之前,先介绍轴承钢及轴承寿命有关的几个概念。
疲劳寿命:是一个统计概念,即在一定负荷下,用破坏概率与循环次数之间的关系来表示,亦可只用转动小时数表示。L10(B10)表示损坏率为10%L50(B50)表术损坏率为50%时的转数。为了定量地表述轴承寿命,采用表示静强度的韦布尔函数。用于
接触疲劳寿命时,这个函数可变换成下式:
lglg(1-F)/1=lgA+KIgN
式中F——破坏概率;
N——循环次数;
A和K-对于同一批轴承或试样为常数。
参数K越大,寿命离散性越小。球轴承的K值平均为1.1.滚子轴承为1.5,K值与轴承材料和制造工艺的关系不大。参数A代表轴承寿命水平,它不仅与材料性能有关,而且与负荷有关。
疲劳强度:指在一定转速和转数条件下滚动体至破坏时单位面积上的负荷值。
轴承寿命的高低,主要决定于轴承材料的质量、轴承的结构、轴承的制造工艺技术以及轴承的使用状况等四大因素。
表1-1列出的是轴承生能和特生及其对轴承材料的要求。
表1-1轴承性能和特性及其对轴承材料的要求
造成轴承损坏的原因很多,表1-2所列诸因素中,材质和热处理工艺,特别是材料内部的非金属夹杂物类型及其数和基体强度影响尤为明显。轴承制造因素和轴承结构也十分重要。日本某公司早在20世纪80年代初宣称,他们所制造的轴承由于以下3个原因使轴承寿命比原来提高6倍。
(1)原材料质量的提高--全面采用真空脱气轴承钢;
(2)轴承设计精益求精;
(3)轴承精加工技术的应用。
表1-2影响轴承破损的因素