滾動軸承是廣泛應用的重要機械基礎件，其質量的好壞直接影響到主機性能的優劣，而軸承的壽命則是軸承質量的綜合反映，在中國軸承行業“十一五”發展規劃中，重點要求開展提高滾動軸承壽命和可靠性工程技術攻關。 
    低載荷、高轉速的傳統軸承壽命試驗方法周期長、費用高且試驗結果的可靠性差，而強化試驗則在保持接觸疲勞失效機理一致的前提下，大大地縮短試驗時間，降低了試驗成本，從而加快了產品的開發周期和改進步伐，因此軸承壽命強化試驗受到越來越多的關注、研究和應用。軸承快速壽命試驗包含了比軸承壽命強化試驗更為廣泛的內涵，它不僅在壽命試驗方面，而且在壽命試驗的設計，壽命數據的處理、分析，壽命的預測評估，軸承失效的快速診斷、分析、處理等系統技術方面具有更新更廣的內容。
軸承壽命理論的現狀及發展。 
    早在1939年，Weibull提出滾動軸承的疲勞壽命服從某一概率分布，這就是后來以其名字命名的Weibull分布，認為疲勞裂紋產生于滾動表面下最大剪切應力處，擴展到表面，產生疲勞剝落，Weibull給出了生存概率S與表面下最大剪切應力τ、應力循環次數N和受應力體積V的關系：
  （1）
    瑞典科學家Palmgren經過數十年的數據積累，于1947年和Lundberg一起提出了滾動軸承的載荷容量理論，又經過五年的試驗研究，該理論才得以完善。該理論認為接觸表面下平行于滾動方向的最大交變剪切應力決定著疲勞裂紋的發生，考慮到材料冶煉質量對壽命的影響，同時指出：應力循環次數越多、受力體積越大，則材料的疲勞破壞概率就越大，提出了統計處理接觸疲勞問題的指數方程：
    （2） 
    式中 S——軸承使用壽命 
    τ₀——最大動態剪切應力振幅 
    z₀——最大動態剪切應力所在的深度 
    c、e、h——待定指數，由軸承試驗數據確定 
    V——受應力體積 
    N——應力循環次數，以萬次計 
    經過推導和大量軸承試驗數據分析，獲得Lundberg-Palmgren額定壽命計算公式：
    (3) 
    式中 L₁₀ ——基本額定壽命，百萬轉 
    C_r ——基本額定動載荷，N 
    P ——當量動載荷，N 
    ε——壽命指數，球軸承取3，滾子軸承取10/3 
    該公式1962年已由ISO列為推薦標準，并于1977年修正為正式的國際標準ISO 281/1－1977。 
    L-P模型能很好地解釋滾動軸承失效機理和預測壽命，但是隨著技術的發展，特別是煉鋼技術的極大提高，使得軸承的實際壽命比計算壽命大很多，人們經過研究發現軸承經過長時間的運轉后，也可以從表面產生裂紋，然后向深處擴展。20世紀70年代初，Chiu P和Tallian T E提出了考慮表面的裂紋生成方式的接觸疲勞工程模型，該模型可以解釋一些L-P模型難以解釋的問題，例如表面粗糙度、彈流油膜厚度、切向摩擦牽引力以及潤滑介質存在污染物等情況對接觸疲勞的影響。20世紀80年代，Ioannides E和Harris T A在引進了材料疲勞極限應力和考慮應力體積內各點應力及其深度的情況下，給出了I-H模型，該模型比L-P模型考慮的更加細致和接近實際情況。但Zaretsky E V認為該模型高估了軸承的壽命。Zaretsky E V提出的基于Weibull模型基礎上的修正模型、Cheng W Q和Cheng H S提出的用疲勞裂紋產生的時間來表示軸承壽命的C-C模型、Tallian T E提出的T模型、Yu W K和Harris T A提出的Y-H模型都從不同的角度提出了對壽命的預測方法。 
    20世紀80年代，瑞典SKF軸承公司的研究人員在L-P理論的基礎上得出了通用的軸承壽命計算模型，而L-P模型僅是該理論模型的一種特殊情況。該新壽命理論數學模型在1984年ASME/ASCE聯合潤滑會議上發表。該理論可用下式表示：      
       (4) 
    式中 σ_u——為材料疲勞極限應力 
    σ——疲勞裂紋產生的誘發應力，可為最大交變剪切應力，最大靜態剪應力，最大八面剪切應力 
    V_R——受應力體積區域 
    Z'——為應力σ所在的平均深度 
    N——應力循環次數，以百萬次計 
    S（N）——軸承使用概率 
    A——常數 
    c、e、h——待定指數，由軸承試驗數據確定 
    該理論引入了局部應力和材料疲勞極限的概念，計算的出發點是局部應力，更加符合疲勞強度的設計思路，按照該理論，計算額定壽命簡化式可表示為：
       (5) 
    其中a_SKF為壽命調整系數，它包括了潤滑、污染、疲勞極限和軸承當量動載荷之間的復雜關系，它的值由污染系數ηc、軸承疲勞極限載荷Pu、當量動載荷P和粘度系數K之間的函數關系給出。ηc系數則考慮了潤滑劑的污染及其對軸承壽命的影響。目前這一理論僅在SKF內部使用。 
    在國際標準ISO 281:1990中也給出了修訂的額定壽命計算式： 
       (6) 
    該修訂公式中的修正系數axyz考慮到材料、潤滑、環境、雜質顆粒、套圈中內應力、安裝和軸承載荷等因素對軸承壽命的影響。目前該修正式已被我國正式引用并作為我國滾動軸承行業產品壽命的推薦性文件。 
    科學準確地預測軸承疲勞壽命一直是機械工程學者關心又難以解決的難題，三參數Weibull分布和修正的Palmgren-Miner疲勞損傷累積法將是滾動軸承應用中亟待研究的課題，同時建立關于軸承疲勞機理研究、失效因素分析、材料冶煉加工工藝、試驗數據分析等的數據庫也是任重道遠。
軸承壽命快速試驗機的現狀及發展 
    20世紀早期，我國軸承行業一直沿用前蘇聯的ZS型軸承壽命試驗機進行軸承壽命試驗，這種試驗機的性能已明顯落后于試驗發展需要。從美國引進的F&M 5″新型滾動軸承疲勞壽命試驗機除了價格昂貴外，還采用氣動高壓動力源和60Hz的電頻率，不太適合中國的國情。因此在20世紀的90年代，在吸取國外先進試驗機的基礎上，杭州軸承試驗研究中心研制了新一代自動控制滾動軸承疲勞壽命強化試驗機B10-60R及其改進的ABLT系列滾動軸承疲勞壽命強化試驗機，大大地推進了中國軸承行業軸承壽命試驗系統技術的進步。
1. ZS型和F&M 5″型滾動軸承疲勞壽命試驗機主要性能參數
   
        ZS型滾動軸承疲勞壽命試驗機的主要性能參數見表1
  
       ZS型和F&M 5″型滾動軸承疲勞壽命試驗機的性能比較見表2。
2. ABLT-1（B10-60R）型滾動軸承疲勞壽命強化試驗機主要性能參數 
    與ZS型和F&M 5″型滾動軸承疲勞壽命試驗機相比，ABLT-1（B10－60R）型試驗機主要作了如下改進： 
    （1）在 F&M 5″型試驗機的基礎上，設計一套在徑向和軸向都裝有薄膜油缸的試驗頭座組合件，加載油缸傳遞推力時有調整件和補償件，保證了精度。設置手動輔助返回動作機構，以利試驗頭的順利裝拆等。 
    （2）傳動軸由兩套深溝球軸承懸臂支撐，傳動軸一端固定，一端游動，用彈簧消隙，電動機座部件支撐倒懸，結構緊湊，增加減振措施，增強了穩定性。 
    （3）加載系統采用薄膜式液壓缸，占用空間小、成本低，同時液壓缸進出油口安裝電磁換向閥，便于自動控制。 
    （4）溫度記錄裝置和振動信號處理裝置等附屬裝置掛于機架上。 
    該型號試驗機的主要性能參數如表3所示。 
   
3. ABLT系列滾動軸承疲勞壽命強化試驗機主要性能參數 
    在消化吸收和改進各種軸承壽命試驗機的基礎上，我國自行設計研制的ABLT（Accelerated Bearing Life Tester）系列滾動軸承疲勞壽命強化試驗機，具有完全自主知識產權的新型軸承壽命試驗技術和方法，通過個性化設計，能滿足大多數滾動軸承疲勞壽命強化試驗的需要。其主要性能參數如表4所示。 
    
    20世紀90年代以前，我國的軸承行業一直沿用前蘇聯的ZS型試驗機和試驗規范進行軸承的壽命試驗，該試驗技術試驗精度低、加載系統不穩定、沒有自動控制系統，遠遠不能滿足大量試驗工作的需要。ABLT-1壽命強化試驗機試驗技術一定程度地采用了自動化控制技術，具有操作方便、精度大大提高、使用可靠、減少了勞動強度。ABLT系列疲勞壽命強化試驗機吸收了以前試驗技術的優點，進一步加強和完善了自動化控制水平。目前這一軸承壽命強化試驗系統技術已被瓦房店軸承集團有限公司檢測試驗中心、寧波摩士軸承研究院、重慶長江軸承工業有限公司 、中國石化潤滑油公司天津分公司 、杭州誠信汽車軸承有限公司等國內外眾多用戶廣泛認可并應用。 
    在ABLT系列試驗機的基礎上，進一步開發A2BLT+F2AST（Automatic Accelerated Bearing Life Tester & Fast Failure Analysis System Technology）壽命強化試驗機和進一步研究開發包括快速失效診斷技術、快速失效分析技術、快速失效處理技術等三大方面技術，將是我們軸承行業試驗機研發的下一個重要的課題。
軸承快速壽命試驗技術現狀及發展 
    由于影響軸承壽命的因素太多、太復雜，而軸承疲勞壽命理論仍需進一步完善，因此進行壽命試驗成為評定軸承壽命的主要手段。相對于SKF、INA/FAG、Timken/Torrington、NSK等國外公司，我國軸承壽命試驗起步較晚，對失效機理等基礎理論研究不足，目前尚處于大量積累試驗數據的階段。但是經過十幾年的努力和發展，我國的軸承壽命試驗技術已經得到了較大的發展并有很大的發展前景。 
    早在20世紀40年代，美國就對產品的設計開始采用單因素環境模擬的研制試驗與鑒定試驗，用來檢驗設計的質量和可靠性。20世紀70年代，則開始采用綜合環境模擬可靠性試驗、任務剖面試驗和驗收模擬試驗。在此后的很長時間內這些試驗方法成為保障產品可靠性的主要手段。但由于環境模擬耦合作用的復雜性、高成本以及試驗結果的滯后性，使得該類模擬試驗技術喪失了一定的優勢。 
    與模擬試驗的思路相反，環境應力激發試驗則是用人為的施加環境應力的方法，加速激出并清除產品潛在缺陷來達到提高可靠性的目的。從早期的高溫、溫度循環、溫度沖擊等激發試驗的形式，發展為現在公認的高溫變率的溫度循環和寬帶隨機振動，試驗所施加的應力不必模擬真實環境，只要激發的效率越高越好。隨著該試驗技術的蓬勃發展，有人試圖用標準的形式來加速這一技術的發展，但這種思路容易將試驗方法重新拉回到模擬試驗的軌道上去，況且不同的缺陷類型和不同失效機理必須使用不同的應力篩選方案來進行，因此這種以標準試驗方法來規范試驗的方法是不可取的。 
    目前軸承行業廣泛采用的可靠性強化試驗技術是依據故障物理學，把故障或失效當作研究的主要對象，通過發現、研究和根治故障達到提高可靠性的目的。實踐證明，該方法效果顯著，并且與常規試驗技術具有等效性和可比性。前蘇聯、瑞典的SKF、日本的NSK、NTN、英國的RHP(現為日本NSK-RHP)、奧地利的STEYR（現為SKF-STEYR）、美國的SKF和F&M公司均采用加大試驗載荷來達到快速試驗的目的。日本和歐美等國家的深溝球軸承強化試驗中所采用的試驗載荷已經接近或超過額定載荷的一半，如表5所示。 
    
    模擬試驗技術近年來得到廣泛的重視，但是模擬試驗成本較高、周期太長和模擬耦合的復雜性，使得模擬試驗呈積木式、模塊化方向發展。激發試驗技術雖然國外有一定的研究，但是國內軸承行業目前還很少做過該類試驗，同時這種試驗方法目前都是在設計沒有缺陷的前提下，針對生產過程的缺陷，對于設計缺陷還不能很好的排除。 
    試驗技術的智能化和個性化將是軸承壽命試驗技術將來的發展方向，根據特定的試驗條件，設定轉速譜和載荷譜等以滿足試驗的要求，同時應用人工智能和專家系統等知識庫技術來進行智能化處理。2005年10月，第一作者曾赴歐洲考察三周，在德國慕尼黑技術大學等培訓學習汽車模擬試驗技術，并實地考察了INA/FAG軸承公司、KLUBER潤滑脂公司及其測試中心的模擬試驗現場情況，對此有了更深刻的感悟。
軸承壽命試驗數據處理及發展 
    由于軸承壽命非常離散，一批同結構、同材料、同熱處理、同加工方法的軸承在相同的工況下，其最高壽命和最低壽命相差幾十倍甚至更多，因此對疲勞壽命試驗數據需要用數理統計方法進行處理。近似服從滾動軸承疲勞壽命的理論分布有韋布爾（W. Weibull）分布以及對數正態分布（壽命值取對數后符合正態分布）等，但由于韋布爾分布更加接近于壽命試驗結果，而且數據處理比較方便，所以目前論述軸承壽命的分布時，絕大多數用二參數的韋布爾分布，其分布函數為：
     （7） 
    式中 F(L)——在規定的試驗條件下，軸承運轉到L小時而破壞的概率 
    b——韋布爾分布斜率，描述軸承壽命的離散性和穩定性 
    v——韋布爾分布的特征壽命，即當F(L)=0.632時對應的軸承壽命小時數 
    L——軸承出現疲勞破壞時運轉小時數。 
    早期國內主要依據JB/T7049-1993標準中提出的數據處理方法，利用最佳線性不變估計、最大似然估計法或Weibull圖法，估計出軸承壽命的韋布爾參數b和V，從而求出試驗壽命和可靠性等參數。這種方法較為準確，適合于完全試驗、定數截尾試驗、分組淘汰等試驗的數據處理，但是使用該方法需要一定數量的試驗數據，否則不能準確地估計出真實的軸承壽命。JB/T7049-1993現修訂為JB/T50013-2000。JB/T50093-1997推薦了另外一種數據處理思路，即先假設韋布爾斜率，設置了質量系數、檢驗水平、接受門限、拒絕門限等參數，從而減少了很多以前煩瑣的數據處理，較適用于定時截尾的試驗方法，可以減少試驗失效套數，減少試驗時間，節約試驗費用，但是使用范圍有一定的局限性，且與別的數據處理方法的處理結果有一定的差距。第一作者用JB/T50093-1997規定的方法、圖估計法、最佳線性無偏估計法、最佳線性不變估計法、最大似然估計法以及最小二乘法等六種方法對幾組試驗數據進行處理，得到b和v的估計值并加以比較，結果表明最小二乘法的偏差較大，其他幾種方法的估計結果差別不大，因此用以上幾種方法對軸承壽命進行估算時，關鍵還是收集數據的正確性。無失效數據的bayes分析法和無失效數據的配分布曲線法正在受到人們的關注和研究。杭州軸承試驗研究中心有限公司企業博士后科研工作站試圖與國內外著名高等院校合作，以市場為導向，產學研合作共贏的合作模式，在滾動軸承性能壽命的檢測試驗、故障診斷、壽命預測等相關領域進行研發攻關。隨著軸承壽命試驗數據處理技術的創新，必將促進滾動軸承快速壽命試驗的發展。