SKF軸承摩擦力矩計(jì)算方法詳解1.引言軸承摩擦力矩是影響機(jī)械系統(tǒng)能耗、溫度升高及使用壽命的關(guān)鍵參數(shù)。在電機(jī)、機(jī)床、汽車等高精度或高轉(zhuǎn)速應(yīng)用中，準(zhǔn)確計(jì)算摩擦力矩對優(yōu)化設(shè)計(jì)、降低運(yùn)行成本具有重要意義。SKF作為滾動(dòng)軸承領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，其摩擦力矩計(jì)算模型基于大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論推導(dǎo)，具有較高的工程實(shí)用性。本文將系統(tǒng)講解SKF軸承摩擦力矩的組成、計(jì)算模型及應(yīng)用方法，為工程設(shè)計(jì)提供參考。2.滾動(dòng)軸承摩擦力矩的組成滾動(dòng)軸承的摩擦力矩主要由四部分組成，其大小取決于軸承類型、載荷、轉(zhuǎn)速及潤滑條件：2.1彈性滯后摩擦（$M_{el}$）滾動(dòng)體與套圈滾道接觸時(shí)，受載荷作用發(fā)生彈性變形。當(dāng)滾動(dòng)體滾動(dòng)時(shí)，變形區(qū)域循環(huán)經(jīng)歷“加載-卸載”過程，導(dǎo)致能量損失，稱為彈性滯后摩擦。此部分是球軸承和滾子軸承的主要摩擦源，約占總摩擦力矩的50%~70%。2.2滑動(dòng)摩擦（$M_{sl}$）保持架摩擦：保持架引導(dǎo)滾動(dòng)體時(shí)，與滾動(dòng)體及套圈引導(dǎo)面之間的滑動(dòng)摩擦；密封摩擦：接觸式密封（如橡膠密封圈）與軸或套圈之間的滑動(dòng)摩擦；滾道與滾動(dòng)體的微滑動(dòng)：當(dāng)軸承承受軸向載荷時(shí)，滾動(dòng)體與滾道接觸區(qū)域會(huì)產(chǎn)生微小滑動(dòng)。2.3潤滑摩擦（$M_{lub}$）潤滑劑的粘性阻力或邊界摩擦導(dǎo)致的能量損失。油脂潤滑時(shí)，潤滑摩擦主要來自油脂的剪切阻力；油浴潤滑時(shí)，主要來自油的攪動(dòng)損失。2.4其他摩擦（$M_{oth}$）如雜質(zhì)顆粒引起的磨粒摩擦、軸承安裝不當(dāng)導(dǎo)致的額外摩擦等，通?？赏ㄟ^良好的潤滑與安裝工藝減小。3.SKF摩擦力矩計(jì)算模型SKF的摩擦力矩計(jì)算采用基本力矩+修正系數(shù)的方法，總摩擦力矩公式為：$$M=M_0\timesf_F\timesf_V\timesf_L\timesf_S$$其中：$M$：總摩擦力矩（N·m）；$M_0$：基本摩擦力矩（N·m）；$f_F$：載荷修正系數(shù)；$f_V$：速度修正系數(shù)；$f_L$：潤滑修正系數(shù)；$f_S$：密封修正系數(shù)。3.1基本摩擦力矩（$M_0$）基本摩擦力矩反映軸承在輕載荷、低轉(zhuǎn)速下的固有摩擦，計(jì)算公式因軸承類型而異：3.1.1球軸承（深溝球、角接觸球等）$$M_0=f_0\timesP_0\timesd$$其中：$f_0$：基本摩擦系數(shù)（無單位），SKF推薦取值范圍為0.0015~0.002（清潔潤滑條件下）；$P_0$：當(dāng)量靜載荷（N），對于純徑向載荷，$P_0=F_r$；對于徑向+軸向載荷，需按SKF手冊計(jì)算；$d$：軸承內(nèi)徑（mm）。3.1.2滾子軸承（圓柱滾子、圓錐滾子等）$$M_0=f_0\timesP_0\timesd\times\frac{D_w}{D}$$其中：$D_w$：滾動(dòng)體直徑（mm）；$D$：軸承節(jié)圓直徑（mm），近似取$D=(d+D_{out})/2$（$D_{out}$為軸承外徑）；其他參數(shù)同球軸承，$f_0$取值范圍為0.001~0.0015（滾子軸承摩擦系數(shù)略低于球軸承）。3.2修正系數(shù)修正系數(shù)用于調(diào)整基本力矩以適應(yīng)實(shí)際工作條件（載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑、密封），SKF通過試驗(yàn)給出以下取值標(biāo)準(zhǔn)：3.2.1載荷修正系數(shù)（$f_F$）反映徑向載荷對摩擦力矩的影響，取值取決于徑向載荷與額定靜載荷的比值（$F_r/C_{0r}$）：$F_r/C_{0r}$<0.010.01~0.1>0.1$f_F$11.52注：$C_{0r}$為軸承額定徑向靜載荷（N），可從SKF樣本中查得。3.2.2速度修正系數(shù)（$f_V$）反映轉(zhuǎn)速對摩擦力矩的影響，取值取決于轉(zhuǎn)速與軸承內(nèi)徑的乘積（$n\timesd$，單位：rpm·mm）：$n\timesd$<________~____>____$f_V$11.523.2.3潤滑修正系數(shù)（$f_L$）反映潤滑類型與粘度的影響，SKF推薦取值：潤滑方式油脂潤滑油浴潤滑噴射潤滑油氣潤滑$f_L$1.510.80.7注：若潤滑粘度偏離最佳值（如粘度太高或太低），$f_L$需適當(dāng)調(diào)整（如粘度太高時(shí)，$f_L$可增大至2）。3.2.4密封修正系數(shù)（$f_S$）反映密封類型的影響，取值如下：密封類型非接觸式（防塵蓋）接觸式（橡膠密封圈）多唇密封$f_S$12~33~4注：接觸式密封的$f_S$隨密封唇數(shù)量增加而增大，實(shí)際取值需參考密封件規(guī)格。4.不同類型軸承計(jì)算示例以下以常見軸承類型為例，演示SKF摩擦力矩計(jì)算步驟。4.1深溝球軸承（6205）已知條件：軸承型號：6205（內(nèi)徑25mm，外徑52mm，額定徑向靜載荷$C_{0r}=____$N）；徑向載荷：$F_r=1000$N；轉(zhuǎn)速：$n=3000$rpm；潤滑：油脂潤滑（2號鋰基脂）；密封：非接觸式防塵蓋（Z型）。計(jì)算步驟：1.計(jì)算當(dāng)量靜載荷：純徑向載荷，$P_0=F_r=1000$N；2.計(jì)算基本力矩：取$f_0=0.0018$，$d=25$mm，$$M_0=0.0018\times1000\times25=45\text{N·mm}=0.045\text{N·m}$$；3.確定載荷修正系數(shù)：$F_r/C_{0r}=1000/____≈0.071$，對應(yīng)$f_F=1.5$；4.確定速度修正系數(shù)：$n\timesd=3000\times25=____$，對應(yīng)$f_V=2$；5.確定潤滑修正系數(shù)：油脂潤滑，$f_L=1.5$；6.確定密封修正系數(shù)：非接觸式密封，$f_S=1$；7.計(jì)算總摩擦力矩：$$M=0.045\times1.5\times2\times1.5\times1=0.2025\text{N·m}$$。4.2圓柱滾子軸承（NU205）已知條件：軸承型號：NU205（內(nèi)徑25mm，外徑52mm，滾動(dòng)體直徑$D_w=7.5$mm，節(jié)圓直徑$D≈38.5$mm，$C_{0r}=____$N）；徑向載荷：$F_r=2000$N；轉(zhuǎn)速：$n=1500$rpm；潤滑：油浴潤滑（ISOVG32液壓油）；密封：無密封（開放式）。計(jì)算步驟：1.計(jì)算當(dāng)量靜載荷：純徑向載荷，$P_0=F_r=2000$N；2.計(jì)算基本力矩：取$f_0=0.0012$（滾子軸承），$$M_0=0.0012\times2000\times25\times\frac{7.5}{38.5}≈0.0012\times2000\times25\times0.1948≈11.69\text{N·mm}=0.0117\text{N·m}$$；3.確定載荷修正系數(shù)：$F_r/C_{0r}=2000/____≈0.111$，對應(yīng)$f_F=2$；4.確定速度修正系數(shù)：$n\timesd=1500\times25=____$，對應(yīng)$f_V=1.5$；5.確定潤滑修正系數(shù)：油浴潤滑，$f_L=1$；6.確定密封修正系數(shù)：開放式軸承，$f_S=1$；7.計(jì)算總摩擦力矩：$$M=0.0117\times2\times1.5\times1\times1=0.0351\text{N·m}$$。4.3圓錐滾子軸承（____）已知條件：軸承型號：____（內(nèi)徑25mm，外徑52mm，額定徑向靜載荷$C_{0r}=____$N，接觸角$\alpha=15°$）；徑向載荷：$F_r=1500$N；軸向載荷：$F_a=500$N；轉(zhuǎn)速：$n=2000$rpm；潤滑：油氣潤滑（ISOVG46齒輪油）；密封：接觸式橡膠密封圈（RS型）。計(jì)算步驟：1.計(jì)算當(dāng)量靜載荷：圓錐滾子軸承當(dāng)量靜載荷公式為$P_0=F_r+Y_0F_a$（$Y_0$為軸向靜載荷系數(shù)，查SKF樣本得$Y_0=0.4$），$$P_0=1500+0.4\times500=1700\text{N}$$；2.計(jì)算基本力矩：取$f_0=0.0014$（滾子軸承），滾動(dòng)體直徑$D_w=8$mm，節(jié)圓直徑$D≈38.5$mm，$$M_0=0.0014\times1700\times25\times\frac{8}{38.5}≈0.0014\times1700\times25\times0.2078≈12.57\text{N·mm}=0.0126\text{N·m}$$；3.確定載荷修正系數(shù)：$F_r/C_{0r}=1500/____≈0.____$，對應(yīng)$f_F=1.5$；4.確定速度修正系數(shù)：$n\timesd=2000\times25=____$，對應(yīng)$f_V=1.5$；5.確定潤滑修正系數(shù)：油氣潤滑，$f_L=0.7$；6.確定密封修正系數(shù)：接觸式密封圈，$f_S=2.5$；7.計(jì)算總摩擦力矩：$$M=0.0126\times1.5\times1.5\times0.7\times2.5≈0.0126\times3.9375≈0.0506\text{N·m}$$。5.影響摩擦力矩的關(guān)鍵因素分析5.1載荷徑向載荷：載荷增大導(dǎo)致滾動(dòng)體與滾道接觸面積增加，彈性滯后摩擦增大，$f_F$系數(shù)增大；軸向載荷：軸向載荷會(huì)增加滾動(dòng)體與滾道的接觸壓力（尤其對于角接觸軸承、圓錐滾子軸承），導(dǎo)致$P_0$增大，進(jìn)而增大$M_0$。5.2轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速升高會(huì)增加潤滑摩擦（如油脂的剪切阻力、油的攪動(dòng)損失）及保持架摩擦，$f_V$系數(shù)隨$n\timesd$增大而增大。5.3潤滑潤滑類型：油脂潤滑的$f_L$大于油浴潤滑（油脂粘性更高）；潤滑粘度：粘度太高會(huì)增加潤滑摩擦（$f_L$增大），粘度太低會(huì)導(dǎo)致邊界摩擦（$f_L$也增大），需選擇最佳粘度（參考SKF潤滑手冊）。5.4密封接觸式密封的$f_S$遠(yuǎn)大于非接觸式密封（密封唇與軸的滑動(dòng)摩擦），在低摩擦力矩要求的應(yīng)用中（如電機(jī)），優(yōu)先選擇非接觸式密封（如防塵蓋+迷宮密封）。6.摩擦力矩的測量與驗(yàn)證為確保計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，需通過試驗(yàn)測量軸承摩擦力矩，并與計(jì)算值對比。6.1測量方法扭矩儀法：將軸承安裝在試驗(yàn)軸上，通過扭矩儀測量旋轉(zhuǎn)時(shí)的阻力矩（最常用方法）；功率損耗法：通過測量電機(jī)輸入功率與輸出功率的差值，計(jì)算軸承摩擦力矩（適用于整機(jī)測試）；溫度法：通過測量軸承溫度升高，反推摩擦力矩（需建立溫度與摩擦的關(guān)系模型）。6.2驗(yàn)證步驟1.按實(shí)際工作條件（載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑、密封）搭建試驗(yàn)臺(tái)；2.測量軸承在穩(wěn)定狀態(tài)下的摩擦力矩（多次測量取平均值）；3.將測量值與SKF模型計(jì)算值對比，若誤差在±15%以內(nèi)，說明模型有效；4.若誤差較大，需調(diào)整修正系數(shù)（如潤滑系數(shù)$f_L$根據(jù)實(shí)際潤滑狀態(tài)調(diào)整）。7.結(jié)論SKF軸承摩擦力矩計(jì)算模型是基于試驗(yàn)數(shù)據(jù)的工程簡化模型，具有較高的實(shí)用性。在實(shí)際應(yīng)用中，需注意以下幾點(diǎn)：1.修正系數(shù)的取值需結(jié)合實(shí)際工作條件（如載荷、轉(zhuǎn)速、潤滑），避免生搬硬套；2.對于高精度或高轉(zhuǎn)速應(yīng)用，建議使用SKF官方軟件（如SKFBearingSelector）進(jìn)行計(jì)算，軟件可自動(dòng)獲取軸承參數(shù)與修正系數(shù)；3.摩擦力矩測量是驗(yàn)證計(jì)算結(jié)果的關(guān)鍵，需定期對關(guān)鍵設(shè)備的軸承摩擦力矩進(jìn)行監(jiān)測（如電機(jī)軸承），及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常（如潤滑失效、密封損壞）。通過準(zhǔn)確計(jì)算與