可靠度计算在滚动轴承设计中的应用

摘要：随着现代科学技术的发展，产品的结构日益复杂，性能参数越来越高，工作环境更加严酷，往往由于一个关键零件的失效，会造成灾难性的后果。在机械零件设计之初，对产品应当有详细的可靠度技术要求，通过它把可靠度和维修性要求具体化，并且说明操作、维修和环境对可靠度的约束条件。可靠度要求通常由用户提出，如果用户不能提出明确的要求，那么可靠度工程师（或设计师）应当能够自己确定产品的可靠度目标。根据技术要求，在设计阶段要弄清楚潜在的可靠度缺陷及产生的原因，并尽可能在设计阶段对原设计进行修改。修改得越早，总费用就越低。

关键词：滚动轴承 设计 可靠度 应用

1 零件可靠度计算的含义和内容

产品可靠度分配是将规定的产品可靠度指标合理地分配给部件和零件的方法。这是一个由整体到局部的分解过程。可靠度分配的目的是建立每个零部件的可靠度指标。这些零件的可靠度指标与其性能、复杂程度、重要程度、体积、质量、费用和时间进度表等有关。这些都是对可靠度指标的约束条件。可靠度预计包含了“预计”和“估计”两方面的含义。前者意为设计开始时根据以往的经验和数据（现场、实验室、市场的数据）计算产品的可靠度。后者是在完成设计后、研制出样机后以及修改设计后根据各种试验所获得的数据和信息运行的计算。这样的“估计”进行不止一次，直到正式投产后，在使用中证实产品达到可靠度目标值。

2 滚动轴承的失效率模型的建立

轴承是机械传动系统中最重要的零件，特别是因为它们是少数只设计成有限寿命的零件之一。轴承也是第一个采用可靠度指标的零件，有用的可靠度模型是针对确定的失效模式，考虑到使用环境的影响，磨损以及其他潜在的退化（降级）原因，能够预计所有零件的可靠度的。已经开发的可靠度模型基于失效率为常数的假设和已经识别的失效模式和原因。假设失效率为常数，机械系统的总的失效率为零件失效率的相加，进一步计算出系统的平均寿命和成功概率。利用普通失效数据来计算机械设备的可靠度，比较快而简便，但结果是不够精确的。然而，通常它能查出那些对系统不可靠影响最大的零件，指明在设计中应当集中注意力的部位。在开发这些模型时，第一步是从已出版的报告、刊物的设计信息和试验数据中，对每一种失效模型式推导公式。这些公式应当简化，并保留那些影响可靠度的变量，在公式中对每一变量引入修正系数，以反映其对失效率的影响。对这些模型的局限性都有所交代。而这些模型是否有效，是在通过实验室实验后才能确定。

3 滚动轴承的寿命与可靠度之间的关系

现行的滚动轴承计算方法规定，在等于额定动载荷C的当量动载荷作用下，滚动轴承可以工作106r，而其中90%不发生疲劳点蚀失效，这意味着其可靠度为90%。

如果要求的可靠度为0.90，则可以按额定动载荷的计算方法去计算C，并据此选择轴承。如果要求的可靠度不为0.90，则应当计算出与目标可靠度R（t）相应的可靠寿命或额定动载荷，并据此选择可靠度为0.90的轴承。

实际上，在可靠度设计中，由于涉及的影响因素较多，因此要得出一个综合性的可靠度指标是可能的。它不像传统的设计方法那样，安全系数是唯一的评价项目和量度。可靠度设计要根据不同的产品、不同的使用的环境条件、不同的寿命要求而采用不同的可靠度指标。

为了考虑不同可靠度对轴承寿命的影响和便于计算，可将上式简化为：t=aL10，实际上遇到的问题，常常是给定目标可靠度下的可靠寿命，需要确定其对应的额定寿命L10值，然后据相关手册目录中选用轴承。另外，到了耗损失效期，失效率便急剧升高，这时产品的可靠度将取决于维修。因此，对可靠度的研究必定会导致对维修性的研究。当可用度（可用率）是主要的可靠度指标时，如军用飞机、车辆、工程机械、电站设备、钻井设备等，不论产品可靠度有多高，都必须考虑维修性，否则不可能保持高的可用度。为保证达到规定的可用度，需要在优先提高可靠度还是优先提高维修性方面进行权衡。

4 结论

①如果零件设计不当，则不论制造工艺水平和管理水平有多高，都不能生产出本质上可靠的产品。无数的事例证明，可靠度是设计出来的，设计对产品可靠度的影响是最主要的。②研究表明，应力分布的尾部比强度分布的尾部对可靠度的影响大得多。因此，对环境的控制能比对强度的控制更重要。忽视环境因素或对环境因素没有明确规定是机械设备在现场使用中出现问题的主要原因。环境对应力有很大影响，从而影响可靠度的高低。

5 展望

实践表明，系统失效中很大一部分是由于人为差错引起的，即使高度自动化的系统也不能完全排除人的介入，机械可靠度设计必须考虑人的因素。在寿命期的每一个阶段，随着时间的推移，人可能频繁地犯错误，使原来很好的设计不能实现设计目标。为此，应该进行大量的研究，开发出更多关于人为因素的设计标准和手册，来指导我们进行系统的设计。

参考文献：

[1]任立照，何国伟，周海京.可靠性工程师必备知识手册[M].北京：中国标准出版社，2009.

[2]张建国，苏多.机械产品可靠性分析与优化[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]汪久根，王庆九，章维明.滚动轴承动力学的研究[J].轴承， 2007（03）.

作者简介：徐奎照（1964-），男，山东青岛人，研究方向：机械设计理论。endprint

摘要：随着现代科学技术的发展，产品的结构日益复杂，性能参数越来越高，工作环境更加严酷，往往由于一个关键零件的失效，会造成灾难性的后果。在机械零件设计之初，对产品应当有详细的可靠度技术要求，通过它把可靠度和维修性要求具体化，并且说明操作、维修和环境对可靠度的约束条件。可靠度要求通常由用户提出，如果用户不能提出明确的要求，那么可靠度工程师（或设计师）应当能够自己确定产品的可靠度目标。根据技术要求，在设计阶段要弄清楚潜在的可靠度缺陷及产生的原因，并尽可能在设计阶段对原设计进行修改。修改得越早，总费用就越低。

关键词：滚动轴承 设计 可靠度 应用

1 零件可靠度计算的含义和内容

产品可靠度分配是将规定的产品可靠度指标合理地分配给部件和零件的方法。这是一个由整体到局部的分解过程。可靠度分配的目的是建立每个零部件的可靠度指标。这些零件的可靠度指标与其性能、复杂程度、重要程度、体积、质量、费用和时间进度表等有关。这些都是对可靠度指标的约束条件。可靠度预计包含了“预计”和“估计”两方面的含义。前者意为设计开始时根据以往的经验和数据（现场、实验室、市场的数据）计算产品的可靠度。后者是在完成设计后、研制出样机后以及修改设计后根据各种试验所获得的数据和信息运行的计算。这样的“估计”进行不止一次，直到正式投产后，在使用中证实产品达到可靠度目标值。

2 滚动轴承的失效率模型的建立

轴承是机械传动系统中最重要的零件，特别是因为它们是少数只设计成有限寿命的零件之一。轴承也是第一个采用可靠度指标的零件，有用的可靠度模型是针对确定的失效模式，考虑到使用环境的影响，磨损以及其他潜在的退化（降级）原因，能够预计所有零件的可靠度的。已经开发的可靠度模型基于失效率为常数的假设和已经识别的失效模式和原因。假设失效率为常数，机械系统的总的失效率为零件失效率的相加，进一步计算出系统的平均寿命和成功概率。利用普通失效数据来计算机械设备的可靠度，比较快而简便，但结果是不够精确的。然而，通常它能查出那些对系统不可靠影响最大的零件，指明在设计中应当集中注意力的部位。在开发这些模型时，第一步是从已出版的报告、刊物的设计信息和试验数据中，对每一种失效模型式推导公式。这些公式应当简化，并保留那些影响可靠度的变量，在公式中对每一变量引入修正系数，以反映其对失效率的影响。对这些模型的局限性都有所交代。而这些模型是否有效，是在通过实验室实验后才能确定。

3 滚动轴承的寿命与可靠度之间的关系

现行的滚动轴承计算方法规定，在等于额定动载荷C的当量动载荷作用下，滚动轴承可以工作106r，而其中90%不发生疲劳点蚀失效，这意味着其可靠度为90%。

如果要求的可靠度为0.90，则可以按额定动载荷的计算方法去计算C，并据此选择轴承。如果要求的可靠度不为0.90，则应当计算出与目标可靠度R（t）相应的可靠寿命或额定动载荷，并据此选择可靠度为0.90的轴承。

实际上，在可靠度设计中，由于涉及的影响因素较多，因此要得出一个综合性的可靠度指标是可能的。它不像传统的设计方法那样，安全系数是唯一的评价项目和量度。可靠度设计要根据不同的产品、不同的使用的环境条件、不同的寿命要求而采用不同的可靠度指标。

为了考虑不同可靠度对轴承寿命的影响和便于计算，可将上式简化为：t=aL10，实际上遇到的问题，常常是给定目标可靠度下的可靠寿命，需要确定其对应的额定寿命L10值，然后据相关手册目录中选用轴承。另外，到了耗损失效期，失效率便急剧升高，这时产品的可靠度将取决于维修。因此，对可靠度的研究必定会导致对维修性的研究。当可用度（可用率）是主要的可靠度指标时，如军用飞机、车辆、工程机械、电站设备、钻井设备等，不论产品可靠度有多高，都必须考虑维修性，否则不可能保持高的可用度。为保证达到规定的可用度，需要在优先提高可靠度还是优先提高维修性方面进行权衡。

4 结论

①如果零件设计不当，则不论制造工艺水平和管理水平有多高，都不能生产出本质上可靠的产品。无数的事例证明，可靠度是设计出来的，设计对产品可靠度的影响是最主要的。②研究表明，应力分布的尾部比强度分布的尾部对可靠度的影响大得多。因此，对环境的控制能比对强度的控制更重要。忽视环境因素或对环境因素没有明确规定是机械设备在现场使用中出现问题的主要原因。环境对应力有很大影响，从而影响可靠度的高低。

5 展望

实践表明，系统失效中很大一部分是由于人为差错引起的，即使高度自动化的系统也不能完全排除人的介入，机械可靠度设计必须考虑人的因素。在寿命期的每一个阶段，随着时间的推移，人可能频繁地犯错误，使原来很好的设计不能实现设计目标。为此，应该进行大量的研究，开发出更多关于人为因素的设计标准和手册，来指导我们进行系统的设计。

参考文献：

[1]任立照，何国伟，周海京.可靠性工程师必备知识手册[M].北京：中国标准出版社，2009.

[2]张建国，苏多.机械产品可靠性分析与优化[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]汪久根，王庆九，章维明.滚动轴承动力学的研究[J].轴承， 2007（03）.

作者简介：徐奎照（1964-），男，山东青岛人，研究方向：机械设计理论。endprint

摘要：随着现代科学技术的发展，产品的结构日益复杂，性能参数越来越高，工作环境更加严酷，往往由于一个关键零件的失效，会造成灾难性的后果。在机械零件设计之初，对产品应当有详细的可靠度技术要求，通过它把可靠度和维修性要求具体化，并且说明操作、维修和环境对可靠度的约束条件。可靠度要求通常由用户提出，如果用户不能提出明确的要求，那么可靠度工程师（或设计师）应当能够自己确定产品的可靠度目标。根据技术要求，在设计阶段要弄清楚潜在的可靠度缺陷及产生的原因，并尽可能在设计阶段对原设计进行修改。修改得越早，总费用就越低。

关键词：滚动轴承 设计 可靠度 应用

1 零件可靠度计算的含义和内容

产品可靠度分配是将规定的产品可靠度指标合理地分配给部件和零件的方法。这是一个由整体到局部的分解过程。可靠度分配的目的是建立每个零部件的可靠度指标。这些零件的可靠度指标与其性能、复杂程度、重要程度、体积、质量、费用和时间进度表等有关。这些都是对可靠度指标的约束条件。可靠度预计包含了“预计”和“估计”两方面的含义。前者意为设计开始时根据以往的经验和数据（现场、实验室、市场的数据）计算产品的可靠度。后者是在完成设计后、研制出样机后以及修改设计后根据各种试验所获得的数据和信息运行的计算。这样的“估计”进行不止一次，直到正式投产后，在使用中证实产品达到可靠度目标值。

2 滚动轴承的失效率模型的建立

轴承是机械传动系统中最重要的零件，特别是因为它们是少数只设计成有限寿命的零件之一。轴承也是第一个采用可靠度指标的零件，有用的可靠度模型是针对确定的失效模式，考虑到使用环境的影响，磨损以及其他潜在的退化（降级）原因，能够预计所有零件的可靠度的。已经开发的可靠度模型基于失效率为常数的假设和已经识别的失效模式和原因。假设失效率为常数，机械系统的总的失效率为零件失效率的相加，进一步计算出系统的平均寿命和成功概率。利用普通失效数据来计算机械设备的可靠度，比较快而简便，但结果是不够精确的。然而，通常它能查出那些对系统不可靠影响最大的零件，指明在设计中应当集中注意力的部位。在开发这些模型时，第一步是从已出版的报告、刊物的设计信息和试验数据中，对每一种失效模型式推导公式。这些公式应当简化，并保留那些影响可靠度的变量，在公式中对每一变量引入修正系数，以反映其对失效率的影响。对这些模型的局限性都有所交代。而这些模型是否有效，是在通过实验室实验后才能确定。

3 滚动轴承的寿命与可靠度之间的关系

现行的滚动轴承计算方法规定，在等于额定动载荷C的当量动载荷作用下，滚动轴承可以工作106r，而其中90%不发生疲劳点蚀失效，这意味着其可靠度为90%。

如果要求的可靠度为0.90，则可以按额定动载荷的计算方法去计算C，并据此选择轴承。如果要求的可靠度不为0.90，则应当计算出与目标可靠度R（t）相应的可靠寿命或额定动载荷，并据此选择可靠度为0.90的轴承。

实际上，在可靠度设计中，由于涉及的影响因素较多，因此要得出一个综合性的可靠度指标是可能的。它不像传统的设计方法那样，安全系数是唯一的评价项目和量度。可靠度设计要根据不同的产品、不同的使用的环境条件、不同的寿命要求而采用不同的可靠度指标。

为了考虑不同可靠度对轴承寿命的影响和便于计算，可将上式简化为：t=aL10，实际上遇到的问题，常常是给定目标可靠度下的可靠寿命，需要确定其对应的额定寿命L10值，然后据相关手册目录中选用轴承。另外，到了耗损失效期，失效率便急剧升高，这时产品的可靠度将取决于维修。因此，对可靠度的研究必定会导致对维修性的研究。当可用度（可用率）是主要的可靠度指标时，如军用飞机、车辆、工程机械、电站设备、钻井设备等，不论产品可靠度有多高，都必须考虑维修性，否则不可能保持高的可用度。为保证达到规定的可用度，需要在优先提高可靠度还是优先提高维修性方面进行权衡。

4 结论

①如果零件设计不当，则不论制造工艺水平和管理水平有多高，都不能生产出本质上可靠的产品。无数的事例证明，可靠度是设计出来的，设计对产品可靠度的影响是最主要的。②研究表明，应力分布的尾部比强度分布的尾部对可靠度的影响大得多。因此，对环境的控制能比对强度的控制更重要。忽视环境因素或对环境因素没有明确规定是机械设备在现场使用中出现问题的主要原因。环境对应力有很大影响，从而影响可靠度的高低。

5 展望

实践表明，系统失效中很大一部分是由于人为差错引起的，即使高度自动化的系统也不能完全排除人的介入，机械可靠度设计必须考虑人的因素。在寿命期的每一个阶段，随着时间的推移，人可能频繁地犯错误，使原来很好的设计不能实现设计目标。为此，应该进行大量的研究，开发出更多关于人为因素的设计标准和手册，来指导我们进行系统的设计。

参考文献：

[1]任立照，何国伟，周海京.可靠性工程师必备知识手册[M].北京：中国标准出版社，2009.

[2]张建国，苏多.机械产品可靠性分析与优化[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3]汪久根，王庆九，章维明.滚动轴承动力学的研究[J].轴承， 2007（03）.

作者简介：徐奎照（1964-），男，山东青岛人，研究方向：机械设计理论。endprint