DIN 281 轴承疲劳寿命预测值与试验数据的比较

　　摘要：随着近年来滚子轴承的技术进步，业内掀起了一股重新评定轴承寿命预测值算法的浪潮。其意义对于风电齿轮箱行业尤为重要，在该行业对轴承的计算寿命 L10   的标准要求是 20 年。现在世界上有许多预测轴承寿命的公式或方法，但这些不同的方法所提供的预测值差别也很大。为了建立一种先进的、公认的预测轴承寿命L10   的方法，使之成为统一依据，德国工业规范（DIN）已经建立了一种算法标准, 它假设了典型的轴承的设计、制造工艺以及预期的失效模式损坏机理。该标准通过各成员公司的公开的试验结果来验证，或与这些公司的预测算法进行比较验证。
　　为了进一步地思考 DIN 算法的有效性，正确地预测滚子轴承的疲劳寿命，本文将来自六家顶级制造厂、包括铁姆肯公司在内的标准的产品 —— 圆锥滚子轴承（TRB）的试验结果，与 DIN 和铁姆肯公司的预测算法进行了比较。所选择的试验数据包括了当今试验程序中的不同操作条件、油膜厚度、装配偏差（不对中）、负荷差别和滚道座圈表面碎屑压痕状况。调查的结果显示：轴承制造厂的专有技术算法 —— 本例中的铁姆肯公司专有技术算法 —— 更加精确地预测到了他们的产品的实际性能。事实上，对于低负荷，以 DIN 算法预测的疲劳寿命趋于偏高，对于含有碎屑污染的工况下预测值则趋于偏低。
　　前言：当今，滚子轴承技术巳经有了长足的进步。通过清洁度更高的钢材的使用、新的表面光洁度和金相技术、以及耐磨损涂层料的应用，上述进步已经在设计和制造中可以见到。另外，在滚子轴承性能的理念和模型化方面也有进步。计算机的使用，提高和完善了对轴承分析的水平，过去不可能做到的事情，现在己经是标准的实践方法。例如，在预测轴承性能的领域中当今已经开展了大量的研究活动［1- 7］。这对于许多条件苛刻的和高度复杂的应用场合的意义变得特别重要。例如，对于风力透平齿轮箱行业，20 年的轴承计算寿命 L10 是一种标准的要求。
　　在与当今轴承分析中所有研究中活动有关的一个至关重要的问题是：为了预测轴承疲劳寿命，已经形成了许多的专有技术方法。但这些方法变化太大，使工程师们为选用轴承而犯难，因为，看上去完全相同的轴承, 但根据其所用的方法，居然会得出截然不同的、预测的寿命。
　　为了建立一种先进的、公认的预测轴承寿命 L10的方法中，并使之成为统一的依据，德国工业规范（DIN）［5和6］已经建立了一种算法标准, 它假设典型的轴承的设计、制造工艺以及预期的损坏机理制造工艺以及预期的失效模式。如同任何标准化活动一样，该标准的有效性仅通过各成员公司公开试验结果或比较他们的预测算法来进行验证。由于在新的美国齿轮制造商协会（AGMA）风力透平齿轮箱标准6006［8］里，使用 DIN 281.4 标准作为轴承寿命选用的预测标准，因此，需要通过与轴承疲劳试验数据相比，来对该标准的准确性进行调查，这就是本文的目的。
　　轴承疲劳试验
　　本文的轴承疲劳寿命试验结果是从作者的实验室收集到的。试验仅采用了标准的产品或现有的圆锥滚子轴承（TRB），在科学地控制的工况下的轴承试验结果与轴承用户使用结果是不相关的。选择的试验涉及了来自六家顶级制造厂、包括铁姆肯公司在内的轴承，和不同的工况。总体上不同的工况包括油膜的厚薄、轴承的不对中、载荷的大小和滚道表面的碎屑压痕状况。
　　所有的试验都是在作者的实验室内进行的，采用的是 first-in-four 方法案，见图1。该试验方案中，中心轴承承受的径向负荷来自液压汽缸，而端部轴承的负荷则通过轴与轴承座产生。当其中一个轴承出现有6 mm2（0.01 平方英寸）面积裂纹时，试验就会停止。此时，其余三个轴承试验也会暂停，得到该四个轴承的样品 L15.91 寿命。