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多列组合滚动轴承的寿命计算探讨

2014-07-08王立坚龙有生何伟

机械工程师 2014年9期
关键词:当量使用寿命运转

王立坚,龙有生,何伟

(贵阳险峰机床有限责任公司,贵州 惠水 550601)

0 引 言

对于工程技术人员来说,单个轴承疲劳寿命的计算是经常遇到的,对此类计算也比较熟悉,但在实际的工程计算和工作中,往往需要对机床全部轴承的使用寿命进行计算。为此,本文仅介绍一种组合轴承的寿命计算方法。

1 单个滚动轴承疲劳寿命的计算

1.1 轴承疲劳寿命的定义

轴承承受负荷运转,内圈、外圈的滚道面及滚动体的转动面由于不断反复承载,材料疲劳,在滚道面或滚动面出现叫做Flaking 的鱼鳞状损伤。把截止到最早出现Flaking 的总旋转次数叫做滚动疲劳寿命。

即使同样尺寸、结构、材料、热处理、加工方法的轴承,在同一条件下运转,轴承的疲劳寿命也具有很大的离散性,这是由于材料自身疲劳特性存在离散性。因此,将这种疲劳的离散性用统计方法处理,就产生了一个叫基本额定寿命的说法。

1.2 基本额定疲劳寿命

基本额定疲劳寿命是指将一组同一型号的轴承,依次在同一运转条件下运转,其中90%的轴承能够不出现因滚动疲劳而引起Flaking 的总运转次数。在旋转速度一定的情况下,多用总旋转时间来表示基本额定寿命。

1.3 基本额定负荷

我们在计算单个轴承滚动疲劳寿命时会用到基本额定负荷,它是指在内圈旋转、外圈静止的条件,基本额定寿命为100 万转(106),负荷方向及大小不变。

1.4 单个滚动轴承基本额定寿命的计算

滚动轴承的基本额定动负荷、轴承负荷及基本额定寿命之间的关系,可以使用下列公式表示:

球轴承:

滚子轴承:

式中:P 为当量动负荷,N;C 为基本额定动负荷,N。N 为回转速度,r/min。利用上面的公式比较容易计算出单个滚动轴承的使用寿命。

2 当量动负荷的提出和计算表达

在计算轴承寿命时,实际情况大多是轴向负荷与径向负荷同时作用形成合成负荷,其大小、方向也在变动。此时因无法直接使用作用于轴承的负荷,所以在各种旋转条件、负荷条件下,考虑使轴承得到与实际疲劳寿命相同、大小一定、作用于轴承中心的假定负荷,也就是当量负荷Pr。

轴向负荷以Pr、径向负荷以Fa、接触角以α 表示时,当量负荷公式为Pr=XFr+YFa。式中,X 为径向负荷系数,Y为径向负荷系数,见表1。

表1 系数X 及Y 的值

在同时承受轴向负荷与径向负荷的接触角α≠90°时,该当量负荷公式为Pa=XFr+YFa。

3 多列滚动组合轴承的寿命计算

一台机器上使用若干个滚动轴承时,如果知道每个轴承所承受的负荷,可由此计算出每个轴承的疲劳寿命。但是,一般情况下只要机器上的某个轴承损坏,整个机器运行就出现了问题,因此必须要将整个机床的所有轴承作为一个整体来计算和分析其疲劳寿命情况。

单个轴承的疲劳寿命计算公式只有90%的准确率,但是对于多列轴承在某期间内达到的概率是每个轴承在同一期内达到概率的累积,因此多列轴承的实际寿命比最短单个轴承寿命要短。

下面以DBB 组合为例介绍多列组合滚动轴承的寿命计算,如图1 所示。

图1 DBB 组合示意图

在考虑外部径向负荷Fre、外部轴向负荷Fae及预紧力Fao时,多列组合轴承寿命就必须计算出每个轴承的负荷分配。

具体公式如下:

假定每个轴承所承受的总径向负荷为Fr,总轴向负荷为Fa。在承受外部径向负荷Fre时,总预紧力Fap由以下公式计算: Fap=(Fre×1.2×tanα+Fao)/4。

此时,如果Fap<Fao/2,记为Fap=Fao/2。

每个轴承都承受外部径向负荷时的总轴向负荷Fa1=Fae/3+Fap,Fa2=Fap-Fae/6。

在Fa2<0,表示没有预紧力,则Fa1=Fae/2,Fa2=0e。

根据当量动负荷计算公式:Pr1=XFr1+YFa1,Pr2=XFr2+YFa2。

X、Y 值依据表1 得出。

各轴承的基本额定寿命计算公式参照式(2)可得。因此,DBB 组合轴承整体寿命可以通过以下公式计算:

4 结 语

由于在计算多列组合轴承的疲劳使用寿命时,考虑到径向和轴向的负荷以及接触角等的变化,该计算方法可以为机床轴承整体使用寿命的计算提供一个可靠性比较高的计算方法,可以为相关工作提供借鉴。

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