轴承疲劳测试常用国家标准及执行要点解析

轴承疲劳是滚动轴承最主要的失效形式之一，约占所有失效案例的60%~80%。疲劳测试作为评估轴承可靠性的核心手段，能直接反映轴承在长期载荷下的抗疲劳能力。而国家标准则是规范测试流程、保证结果一致性的关键依据——不同标准针对试验方法、设备要求、数据处理等环节做出明确规定，直接影响测试结果的准确性与可比性。本文将围绕轴承疲劳测试中常用的国家标准，逐一解析其核心内容与执行要点，为企业开展合规测试提供实操参考。

GB/T 24607-2009：疲劳寿命试验的基础方法规范

GB/T 24607-2009《滚动轴承 疲劳寿命试验方法》是国内滚动轴承疲劳测试的“基本法”，适用于各类向心轴承、推力轴承及组合轴承的疲劳寿命评估。该标准的核心是通过模拟实际工况中的载荷与转速，加速轴承疲劳过程，从而获取其寿命数据。

试验装置是执行该标准的前提：试验机需具备精准的加载系统——径向载荷误差不超过±1%，轴向载荷误差不超过±2%；转速控制精度需达到±0.5%，以保证试验条件的稳定性。比如测试深沟球轴承时，常采用径向加载方式，试验机的加载头需与轴承内圈或外圈贴合，避免偏载。

试样准备也有严格要求：试验用轴承必须是未使用过的合格品，表面不得有划痕、锈蚀或油污；清洁度需符合GB/T 16630的规定——对于内径≤50mm的轴承，清洁度等级应不低于12级，否则残留的杂质会成为疲劳源，导致试验结果偏短。

试验条件的设定需贴合实际：转速一般取轴承额定转速的80%~120%，若实际使用转速低于额定转速，也可按实际转速调整；载荷方面，径向载荷通常为额定动载荷的10%~50%，比如考核某款电机轴承的长寿命，可选取20%的额定动载荷，而加速试验则可提高至40%~50%。

失效判定是该标准的关键环节：当轴承滚道或滚动体出现点蚀、剥落，且剥落面积达到滚道圆周的10%或滚动体表面积的5%时，判定为疲劳失效；若振动值突然升高至初始值的3倍以上，即使未出现明显剥落，也需停机检查——这种情况往往是疲劳裂纹扩展的信号。

GB/T 6391-2010：额定寿命与动载荷的计算依据

GB/T 6391-2010《滚动轴承 额定动载荷和额定寿命》等同采用ISO 281:2007，是计算轴承额定寿命的核心标准。额定寿命（L10）指的是一批轴承中90%能达到的寿命，是轴承设计与选型的重要参数，而疲劳测试的结果需与该标准的计算值对比，以验证轴承的性能。

额定动载荷（C）是该标准的核心指标——对于球轴承，C是基于接触应力达到4000MPa、寿命100万转时的载荷；对于滚子轴承，接触应力为3000MPa。计算C值时，需根据轴承的结构参数（如钢球直径、滚子长度、接触角）代入标准公式，比如深沟球轴承的C值计算公式为C= f_c * (i * D² * Z)^(2/3)，其中f_c是材料系数，i是列数，D是钢球直径，Z是钢球数量。

修正系数的选取直接影响寿命计算的准确性：温度系数（fT）用于修正高温对轴承寿命的影响——当工作温度为120℃时，fT=0.9；150℃时fT=0.8；超过200℃需重新评估材料性能。载荷系数（fP）则根据载荷类型调整——平稳载荷取1.0，轻度冲击取1.2，重度冲击取1.5~2.0。清洁度系数（fC）针对轴承的清洁度等级，比如清洁度12级时fC=1.0，10级时fC=0.8。

寿命计算的基本公式为L10= (C/(fP*P))^p，其中P是当量动载荷，p是寿命指数（球轴承p=3，滚子轴承p=10/3）。比如某深沟球轴承的C=10kN，P=2kN，fP=1.2，则L10=(10/(1.2*2))³≈72.3万转，若试验中轴承的实际寿命低于该值，说明其疲劳性能未达标。

JB/T 8569-2010：可靠性试验的流程与评定

JB/T 8569-2010《滚动轴承 寿命及可靠性试验规程》侧重轴承的可靠性评估，适用于批量生产的轴承质量控制。与GB/T 24607不同，该标准要求试验批量至少为5套轴承，通过统计分析获取可靠度数据。

试验流程分为预运转与正式试验：预运转的目的是排除安装误差与初始缺陷，需在低载荷（额定动载荷的5%~10%）、低转速（额定转速的50%）下运行1~2小时，观察轴承的振动、温度是否稳定。预运转后，需检查轴承的润滑状态，若润滑脂流失严重，需补充或更换。

正式试验的条件需与实际工况一致：载荷取额定动载荷的20%~30%，转速取额定转速的80%~100%，温度控制在40℃~60℃。试验过程中，需每小时记录一次振动、温度、转速数据，当某套轴承失效时，需立即停机，记录失效时间与失效模式（如点蚀、保持架断裂、滚动体剥落）。

可靠性评定采用威布尔分布：将试验得到的寿命数据按从小到大排序，计算每个数据对应的累积失效概率，然后用最小二乘法拟合威布尔分布曲线，得到形状参数（m）与特征寿命（θ）。形状参数m反映轴承寿命的分散性——m>2时，寿命分散性小；m<2时，分散性大。特征寿命θ是可靠度为36.8%时的寿命，可用于评估轴承的最长寿命。

失效判据比GB/T 24607更宽泛：除了疲劳剥落，保持架损坏、滚动体断裂、内圈或外圈开裂等导致轴承无法正常运转的情况，均判定为失效。比如某套轴承在试验中保持架断裂，即使未出现点蚀，也需计入失效数据，因为保持架损坏会直接导致轴承卡滞。

GB/T 23509-2009：高温环境下的疲劳测试要求

GB/T 23509-2009《滚动轴承 高温下的额定寿命和额定动载荷》针对工作温度超过120℃的轴承，这类轴承常用于汽车发动机、航空发动机等高温场景，疲劳性能受温度影响显著。

温度对轴承疲劳的影响主要体现在两个方面：一是材料的硬度下降——轴承钢在150℃时硬度约为HRC60，200℃时降至HRC58，硬度下降会降低轴承的抗疲劳能力；二是润滑失效——普通润滑脂在120℃以上会逐渐老化、流失，导致摩擦增大，加速疲劳。

该标准的核心是修正温度系数（fT）：根据轴承的工作温度与材料，fT的取值范围为0.5~1.0。比如轴承钢（GCr15）在120℃时fT=0.9，150℃时fT=0.8，200℃时fT=0.7；若采用高温轴承钢（如M50），200℃时fT可提高至0.85。

试验条件的设定需特别注意：润滑油需选用合成油（如聚α-烯烃油），其闪点不低于250℃，倾点不高于-20℃，以保证高温下的润滑性能；试验温度需保持恒定，波动范围不超过±2℃，避免温度变化导致轴承内部应力变化；载荷需适当降低——比如常温下取20%额定动载荷，高温下可降至15%，以模拟实际工况中的载荷衰减。

失效判定需考虑高温对失效模式的影响：高温下轴承的失效模式可能从点蚀转为胶合（摩擦面因高温熔合），此时即使未出现剥落，若轴承的温度突然升高至100℃以上，且振动值急剧上升，也需判定为失效。

GB/T 32540-2016：试验设备的技术保障

GB/T 32540-2016《滚动轴承 寿命试验用试验机 技术条件》是关于试验设备的标准，确保试验机的性能符合测试要求。试验机是疲劳测试的“工具”，其精度直接影响试验结果的准确性。

载荷系统的精度要求：径向载荷的示值误差不超过±1%，重复误差不超过±0.5%；轴向载荷的示值误差不超过±2%，重复误差不超过±1%。载荷传感器需每半年校准一次，校准设备的精度需高于传感器精度的3倍（如传感器精度±1%，校准设备需±0.3%）。

转速系统的要求：转速的示值误差不超过±0.5%，转速波动不超过±0.2%。试验机的驱动电机需采用变频调速，以保证转速的稳定性；对于高速轴承（转速超过10000r/min），需安装动平衡装置，避免转子不平衡导致的振动干扰。

刚度与防护要求：试验机的机架需采用铸铁或焊接钢结构，刚度不低于1000kN/mm，以避免加载时机架变形导致载荷分布不均；试验机需具备过载保护（载荷超过设定值的110%时自动停机）、温度保护（润滑油温度超过设定值的10%时报警）、振动保护（振动值超过限值时停机）等功能，防止设备损坏与试验数据失效。

校准与维护：试验机需每年进行一次全面校准，包括载荷、转速、温度等参数；日常使用前需检查加载系统的灵活性、润滑系统的密封性，若发现异常需及时维修，避免因设备故障导致试验结果偏差。

GB/T 18258-2000：振动监测与疲劳早期预警

GB/T 18258-2000《滚动轴承 振动测量方法》虽不是直接的疲劳测试标准，但振动是轴承疲劳的早期征兆——疲劳裂纹扩展时，会导致轴承的振动值逐渐升高，因此振动监测是疲劳测试的重要辅助手段。

振动测量的位置：需在轴承座的水平、垂直、轴向三个方向安装振动传感器，传感器的安装方式需采用磁吸或螺纹连接，确保与轴承座紧密接触，避免信号衰减。比如测试电机轴承时，水平方向是电机轴的径向，垂直方向是重力方向，轴向是电机轴的轴向。

测量频率范围：根据轴承的尺寸调整——内径≤50mm的轴承，频率范围为10Hz~1kHz；内径50mm~120mm的轴承，频率范围为10Hz~2kHz；内径>120mm的轴承，频率范围为10Hz~4kHz。频率范围过窄会漏掉高频振动信号，过宽会引入噪声干扰。

振动限值：标准将轴承的振动等级分为Z1、Z2、Z3三级，Z1级振动最小，Z3级最大。比如内径20mm的深沟球轴承，Z1级的径向振动速度限值为0.15mm/s，Z2级为0.25mm/s，Z3级为0.40mm/s。试验中若振动值超过Z3级限值，需停机检查是否出现疲劳裂纹。

振动数据的分析：需记录振动值的变化趋势——若振动值缓慢上升，说明疲劳裂纹在扩展；若突然飙升，说明裂纹已经扩展为剥落。比如某轴承的振动值从初始的0.1mm/s逐渐上升至0.3mm/s，3小时后突然升至0.8mm/s，此时拆开轴承会发现滚道上有明显的剥落坑。

执行中的试样准备要点

试样准备是疲劳测试的第一步，也是最容易被忽视的环节。若试样存在缺陷，即使试验流程合规，结果也会失真。

首先是轴承的选择：需选用与实际使用一致的轴承型号，包括尺寸、精度等级、润滑方式。比如测试汽车轮毂轴承，需选用带密封件、填充润滑脂的双列角接触球轴承，而不能用开放式的深沟球轴承。

清洁度控制：轴承在出厂前会涂防锈油，试验前需用清洗液（如汽油、煤油）清洗，去除防锈油与杂质。清洗时需用软毛刷轻轻刷洗，避免划伤轴承表面；清洗后需用压缩空气吹干，或自然晾干，不能用纸巾或布擦拭，防止纤维残留。

润滑状态检查：若轴承是填充润滑脂的，需检查润滑脂的填充量——一般为轴承内部空间的1/3~1/2，过多会导致温度升高，过少会导致润滑不足。若润滑脂有结块或变色，需更换新的润滑脂，润滑脂的型号需与实际使用一致（如高温工况用复合锂基脂）。

安装精度：轴承需安装在与实际工况一致的轴颈与轴承座上，轴颈的圆度误差不超过0.002mm，圆柱度误差不超过0.003mm；轴承座的孔圆度误差不超过0.003mm，同轴度误差不超过0.005mm。安装时需用压力机或套筒均匀施力，避免敲击轴承内圈或外圈，导致变形。

载荷与转速控制的关键细节

载荷与转速是疲劳测试的核心参数，其准确性直接影响试验结果的可靠性。

载荷的施加：需缓慢加载，避免冲击——加载速度一般为每秒增加额定载荷的1%~2%，比如额定载荷为10kN，加载速度为0.1~0.2kN/s。若加载过快，会导致轴承内部产生冲击应力，加速疲劳失效。

载荷的稳定性：试验过程中需保持载荷恒定，波动范围不超过±1%。若载荷突然下降，可能是加载系统泄漏或传感器故障；若载荷突然上升，可能是轴承出现卡滞。此时需立即停机，排查故障。

转速的控制：需保持转速稳定，波动范围不超过±0.5%。对于变频电机驱动的试验机，需定期检查变频器的参数设置，避免因电压波动导致转速变化。若试验中转速突然升高，可能是电机故障；若突然降低，可能是轴承摩擦增大，需及时处理。

载荷与转速的匹配：需符合实际工况中的载荷-转速关系。比如风机轴承的转速为1500r/min，载荷为5kN，试验时需保持转速1500r/min、载荷5kN，不能为了加速试验而提高转速或载荷，否则会改变失效模式（如从疲劳变为磨损）。

温度与润滑的协同管理

温度与润滑是影响轴承疲劳的重要因素，二者需协同控制，才能保证试验结果的准确性。

温度的控制：试验中需监测润滑油温度与轴承座温度，润滑油温度一般控制在40℃~80℃，轴承座温度比润滑油温度高5℃~10℃。若润滑油温度超过80℃，需开启冷却系统（如水冷或风冷），降低油温；若温度低于40℃，需开启加热系统，提高油温。

润滑的补充：对于开放式轴承（无密封件），需定期补充润滑油——一般每运行100小时补充一次，补充量为轴承内部空间的5%~10%。补充润滑油时需停机，待轴承冷却后再加入，避免润滑油因高温飞溅。

润滑的兼容性：若试验中需要更换润滑油，需确保新油与旧油兼容，避免不同品牌或型号的润滑油混合导致性能下降。比如矿物油与合成油不能混合，否则会出现沉淀或分层，影响润滑效果。

温度与载荷的关系：高温会降低轴承的承载能力，因此在高温试验中，需适当降低载荷。比如常温下载荷为20%额定动载荷，高温（150℃）下需降至15%，以模拟实际工况中的载荷衰减。

数据记录与失效判定的准确性

数据记录与失效判定是疲劳测试的最后环节，也是试验结果的核心依据，需严谨、准确。

数据记录的内容：需包括试验日期、轴承型号、试样编号、载荷、转速、润滑油温度、轴承座温度、振动值（三个