軸承壽命的概念及使用

      上一章我們簡單的給大家介紹了一下軸承的壽命，當然只是一個粗略的概念。過去的幾十年，軸承的壽命理論一直在發展，只是說到目前為止，我們認為我們現在對壽命機理的了解已經足夠對現階段的所有機械設備的應用有一個比較合理的認識。

      但是，所有的理論都是在發展的。就像10年前我們根本不可能想象高速鐵路可以運行在超過300km/h的時速下，現在我們又面臨著各種新能源設備的發展，對理論的研究當然要跟得上這些適用于日常生活的產品，甚至要遠遠的領先于實際的產品，否則理論將會變成掣肘科學發展的阻力。

      那么隨著各種新設備，新應用的發展，軸承作為一個最基礎的零部件，伴隨著新材料的應用，熱處理工藝的改進，內部精密設計的發展，在基本理論的基礎上，對于軸承壽命的理解也將會不停的更新迭代。

      上一章我們講過了，軸承的壽命是一個統計學概念，換句話說，軸承的壽命具有一定的離散性，即使是同一批相同的滾動軸承，在同一載荷，轉速，潤滑條件下，也不會具有相同的壽命值。這些軸承的失效，也就是幸存概率（這里我們引入另外一個新的概念，所有的疲勞壽命的研究都和這個幸存概率息息相關），都服從如下的離散分布。

      但是，由于疲勞裂紋從最初產生到擴展至表面，需要一定的時間，因此，疲勞壽命實際上是不可能為零的。因為這里僅討論軸承疲勞壽命的一般概念，所以我們只要考慮這個模型的基本可用性就可以了。不用太糾結圖片細節的呈現。

      因為材料的極限強度不可能用一個簡單的數值表示，韋布爾模型就給了我們一個很好的處理方法，因為可靠性最主要討論的早期失效、隨機失效和老化失效三個階段，在這個模型里，我們可以通過調整不同的參數，表征整個產品生命周期。

      由上式可以看出，韋布爾在這里的主要貢獻是提出了結構破壞是應力體積的函數。這一理論的假設是原始裂紋導致斷裂。至于該公式中具體的參數的含義，我們不用太深入的了解。

      但是在滾動軸承中，產生在表面下的許多裂紋并不會擴展至表面。因此韋布爾理論不能直接適用于滾動軸承。因為按照我們上一章分析的軸承壽命理論，軸承的疲勞斷裂概率應該是表面下最大剪應力深度的函數。

      討論和推導過程我們不需要了解，我們只要知道：

• 軸承的疲勞是根據脆性材料的可靠性分布韋布爾模型得到的，

• 韋布爾理論不能直接表征滾動軸承的疲勞，因為假設機制不同，

• 軸承科學家根據滾動軸承疲勞的概率參數，結合韋布爾分布最終得到了滾動軸承的概率結果，

      最終我們得到滾動軸承的幸存概率，（或者我們暫且把它理解成滾動軸承的疲勞壽命）：

      從上一篇文章至此，我們說完了到底什么是軸承的疲勞壽命，軸承的疲勞壽命是如何得到的，我們為什么要了解軸承的疲勞壽命，還有軸承疲勞壽命背后的假設機理是什么。稍微總結一下：

• 軸承的疲勞壽命是一個統計學概念，與材料有關，并且與接觸面方向上的最大應力有關，

• 軸承的疲勞壽命具有一定的離散性，沒有辦法用一個單一的值來表示，引入了韋布爾分布，

• 韋布爾分布的假設機理與滾動軸承不同，但是滾動軸承的疲勞壽命是基于這個模型推導出來的。

      當然，從上面的這個公式或者函數表達式來看，我們好像完全不能計算軸承的疲勞壽命，因為我沒有辦法知道最大正交剪切應力是多少，深度是多少，還有接觸面的幾何參數我怎么去測量呢？

      其實上述的這些東西通過數學的方法都是可以推導出來的，只是又要涉及很多軸承的基礎知識，還需要了解單一滾動體上的載荷的分布情況，這里我們就不多做介紹了。

      總之，科學家們分析出了這樣一個結果，但是科學的結果是需要應用的，而我們不能把這個結果放在這里，卻又在實際中很難使用，那么這種研究就失去了他的意義。

      所以，絕大部份的軸承制造商就采用了另外一個概念來作為特定載荷條件下給定軸承運轉的疲勞耐久性的度量手段，我們把它稱作“額定壽命”。這也是我們每天工作時都會用到的軸承疲勞壽命，在上一篇文章中，我一直沒有把這個結果叫做“疲勞壽命”，是因為還沒有解釋清楚前，怕大家把這幾個概念搞混淆。

這句話中有幾個很重要的點：

• 特定載荷條件：因為這是軸承最主要的功能，而且也是我們最直觀能夠獲得的參數，

• 給定軸承：軸承的疲勞壽命根據軸承類型的不同會有不同，

• 疲勞耐久性：相當于可靠性，因為我們一直強調，事實上用準確的疲勞壽命來描述軸承應用是不可能的，所以我們把理論上的“壽命”當成可靠性來考慮。

      這個“額定壽命”是指相當大一批軸承在規定載荷下運轉的估計疲勞壽命，換句話說，這是指軸承將以90%的可靠性運轉至這個“額定壽命”。到此為止，我們就可以把“可靠性”和“幸存概率”理解成是一個詞了。

      為了簡便的讓我們計算出軸承的疲勞壽命，引入“額定壽命”是個功不可沒的成果。我們把軸承的壽命從微觀的接觸變成了宏觀上的載荷的簡便解決方法。

      作為軸承的使用者，我們需要了解軸承的疲勞壽命到底是什么，但是沒有必要花太多的精力去了解他的來龍去脈，“額定壽命”的精確度足夠讓我們去選擇一個合適我們自己應用的軸承了。

      回到上篇提到的問題，“額定壽命”單純的考慮到了載荷，那么類似潤滑，污染之類的因素怎么辦呢。

      下一章，我們就從“額定壽命”出發，去看看軸承壽命的發展。

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