向心關(guān)節(jié)軸承壽命計算方法解析

陳江杰，劉金邦

(揚州市羅氏軸承制造有限公司，江蘇 揚州 225800)

符號說明

C——關(guān)節(jié)軸承外(座)圈公稱寬度，mm

Cd——關(guān)節(jié)軸承額定動載荷，N

Cdr——關(guān)節(jié)軸承徑向額定動載荷，N

dk——關(guān)節(jié)軸承滑動球面公稱直徑，mm

f——關(guān)節(jié)軸承擺動頻率，min-1

fr——向心軸承額定載荷系數(shù)，MPa

Fa——軸向載荷，N

Fr——徑向載荷，N

G——系數(shù)

k——耐壓模數(shù)，MPa

KM——與摩擦副材料有關(guān)的系數(shù)

L——關(guān)節(jié)軸承初潤滑壽命，擺次(r)

p——名義接觸應(yīng)力，MPa

P——關(guān)節(jié)軸承當(dāng)量動載荷，N

v——關(guān)節(jié)軸承球面滑動速度，mm/s

Xr——向心軸承當(dāng)量動載荷系數(shù)

αk——載荷特性壽命系數(shù)

αt——溫度壽命系數(shù)

αv——滑動速度壽命系數(shù)

αp——載荷壽命系數(shù)

αz——軸承質(zhì)量與潤滑壽命系數(shù)

β——擺角，(°)

ζ——折算系數(shù)

1 問題的提出

向心關(guān)節(jié)軸承GE140XS的各參數(shù)為：C=70

mm，dk=180 mm，F(xiàn)a=50 kN，F(xiàn)r=250 kN，β=2°，f=4 r/d=4.63×10-5r/s。摩擦副為鋼/鋼，脂潤滑，在一般工況下工作(室溫)，其磨損壽命要求總擺動次數(shù)在8×104r左右，按照文獻(xiàn)[1]計算其磨損壽命。

該軸承的徑向額定動載荷為

Cdr=frCdk，

(1)

在正常游隙值情況下fr=86。則由(1)式得Cdr=1.08×106N。對于向心關(guān)節(jié)軸承取Cd=Cdr。

當(dāng)向心關(guān)節(jié)軸承承受不變的徑向和軸向聯(lián)合載荷時，其當(dāng)量動載荷為

P=XrFr。

(2)

由Fa/Fr=0.2，得Xr=1.7[1]，從而由(2)式得P=4.25×105N。

工作球面滑動速度為

(3)

(4)

式中：k為耐壓系數(shù)，由文獻(xiàn)[1]得k=100。則p=39.72 MPa。

該軸承的磨損壽命為

(5)

αv=v0.86β0.84f0.64，

αp=G/Pb,

由文獻(xiàn)[1]知，αk=1，αt=1，αz=0.6，G=80.533，b=1.465，則可得αv=8.03×10-8，αp=4.58×10-7。將各參數(shù)值代入(5)式得L=9.6×10-6r，與要求的8×104r左右的磨損壽命差距很大。

2 分析及計算

按照文獻(xiàn)[1]計算所得的關(guān)節(jié)軸承磨損壽命值較小，與軸承實際工作壽命不相符。向心關(guān)節(jié)軸承實際工作中受到的徑向力Fr和軸向力Fa作用在內(nèi)、外圈接觸的工作面上，內(nèi)、外圈接觸面在運轉(zhuǎn)中還要進(jìn)行擺動，接觸面在長期運轉(zhuǎn)中因磨損而損壞，故接觸面受力大小直接影響軸承的壽命。由此可以推斷，在上述(5)式中代入當(dāng)量動載荷進(jìn)行壽命計算是不準(zhǔn)確的，在計算關(guān)節(jié)軸承磨損壽命L時應(yīng)代入名義接觸應(yīng)力p才是合適的。即

(6)

αp=G/pb。

在其他計算步驟不變的情況下，將各參數(shù)值代入(6)式得L=82 256 r。即GE140XS向心關(guān)節(jié)軸承磨損壽命總擺動次數(shù)為82 256 r，滿足8×104r左右的要求，與該軸承的實際工作壽命比較一致。

3 結(jié)束語

向心關(guān)節(jié)軸承實際工作中接觸面受力大小直接影響軸承的壽命，因此，在計算其磨損壽命時，應(yīng)該以名義接觸應(yīng)力進(jìn)行計算，而不是當(dāng)量動載荷。實例表明，用名義接觸應(yīng)力替換當(dāng)量動載荷后計算得到的磨損壽命與實際壽命比較相符。