随机载荷下滚动轴承系统疲劳可靠性分析

2012年1月第40卷第1期

机床与液压

MACHINETOOL＆HYDRAULICSJan．2012Vol.40No.1

DOI：10．3969/j.issn.1001－3881.2012.01.043

随机载荷下滚动轴承系统疲劳可靠性分析

李仁兴，周金宇，孙奎洲，韩文钦

（江苏技术师范学院，江苏常州213001）

摘要：传统的轴承疲劳寿命可靠性研究主要是在稳定载荷条件下对单个轴承寿命可靠度的研究。基于概率Miner累积损伤理论，推导随机载荷下滚动轴承的疲劳寿命及可靠性计算公式，并针对滚动轴承系统阐述随机载荷下各轴承的失效相关机理。根据载荷离散化思想，运用随机事件的全概率公式，推导随机载荷下滚动轴承系统的疲劳可靠度计算公式。该公式考虑了系统各轴承的失效相关性，可更客观地描述系统寿命与各设计参数的内在关系。算例以并联行星齿轮轴承系统为分析对象，运用随机载荷下滚动轴承系统的疲劳可靠度公式得到合理结果。新模型与方法可为滚动轴承系统寿命评估与可靠性分析提供理论依据。

关键词：滚动轴承系统；随机载荷；疲劳可靠性；失效相关中图分类号：TH122；TB114.3文献标识码：A文章编号：1001－3881（2012）1－157－4

ReliabilityAnalysisforRollingBearingSystemsunderRandomLoad

LIRenxing，ZHOUJinyu，SUNKuizhou，HANWenqin

（JiangsuTeacher'sUniversityofTechnology，ChangzhouJiangsu213001，China）

Abstract：Thetraditionalstudiesonfatiguereliabilityofbearingsmainlyfocusonthesinglebearingunderthesteadyload．BasedonprobabilisticMiner'scumulativedamagetheory，calculationformulaeoffatiguelifeandreliabilityoftherollingbearingundertherandomloadwerederivedandthefailuredependencemechanismoftherollingbearingsystemwasdiscussed．Furthermore，thecalculationformulaeoffatiguelifeandreliabilityoftherollingbearingsystemundertherandomloadwerederivedbasedontheloaddiscretizationideaandthetotalprobabilityformula，bywhichrelationshipsbetweenfatiguelifeanddesignvariablescouldbedepictedobjectivelybecausethefailuredependencewasconsidered．Anexamplewasgiventoverifythenewmodelandmethod，inwhichtherollingbearingsystemoftheparallelplanetarygearswasstudied．Thenewmodelandmethodcanprovidetheoreticalbasisforlifeeval-uationandreliabilityanalysisforrollingbearingsystems．

Keywords：Rollingbearingsystem；Randomload；Fatiguereliability；Failuredependence

滚动轴承是机器中广泛应用的部件，主要依靠滚动体与内外圈的滚动接触来支承转动零件。针对内外圈滚道及滚动体点蚀破坏这一常见失效形式，研究人员已在大量试验基础上得出各类滚动轴承的稳定载荷－寿命关系，并由此提出单个轴承在稳定载荷下的疲劳寿命计算与可靠性评估方法。在随机变幅载荷下，一般先根据不稳定变应力时的疲劳损伤线性累积理论求出轴承的等效载荷，再按稳定载荷下的方法进行疲劳寿命计算

［1］

源的孪生变量，呈现出强烈的相关性，导致各轴承失效事件之间统计相关

［2］

。与失效独立假设相比，失效

相关改变了轴承联合失效概率在概率空间失效域中所占的比例，如果在轴承系统可靠性分析中忽略失效相关性，常会导致较大误差。在失效独立假设下，轴承

系统可靠度等于各轴承可靠度之乘积，通常会低估系统可靠度，使装备成本增大；在失效全相关假设下，轴承系统可靠度等于单个最薄弱轴承的可靠度，往往会高估系统可靠度，使风险概率增大。基于失效独立或完全相关假设的分析方法都难以获得精确的结果。定量刻画失效相关性，基于各轴承失效相关的内在机理进行系统概率建模，是提高轴承系统分析精度的重要手段。

作者基于概率Miner累积损伤理论

［3］

。

滚动轴承很少单独使用而是成组使用，只要其中任何一个轴承发生故障或失效，则整个轴承组发生故障，须按串联系统进行轴承组的强度及可靠性设计。

现有的轴承系统设计采用了两种近似法，即基于失效独立假设的方法和基于失效全相关假设的方法。事实上，轴承系统各组元承受的载荷多数是来自共同载荷

，导出随机

载荷下滚动轴承的疲劳寿命及可靠性计算公式，并在

收稿日期：2010－12－31

基金项目：国家自然科学基金项目（50805070）；江苏技术师范学院基础及应用基础研究资助项目（KYY07049）

作者简介：李仁兴（1965—），男，工程硕士，副教授，主要研究方向为机械零件材料及其检测、结构及可靠性研究。

E－mail：jxlrx@。