向心关节轴承寿命计算方法解析

陈江杰，刘金邦

(扬州市罗氏轴承制造有限公司，江苏 扬州 225800)

符号说明

C——关节轴承外(座)圈公称宽度，mm

Cd——关节轴承额定动载荷，N

Cdr——关节轴承径向额定动载荷，N

dk——关节轴承滑动球面公称直径，mm

f——关节轴承摆动频率，min-1

fr——向心轴承额定载荷系数，MPa

Fa——轴向载荷，N

Fr——径向载荷，N

G——系数

k——耐压模数，MPa

KM——与摩擦副材料有关的系数

L——关节轴承初润滑寿命，摆次(r)

p——名义接触应力，MPa

P——关节轴承当量动载荷，N

v——关节轴承球面滑动速度，mm/s

Xr——向心轴承当量动载荷系数

αk——载荷特性寿命系数

αt——温度寿命系数

αv——滑动速度寿命系数

αp——载荷寿命系数

αz——轴承质量与润滑寿命系数

β——摆角，(°)

ζ——折算系数

1 问题的提出

向心关节轴承GE140XS的各参数为：C=70

mm，dk=180 mm，Fa=50 kN，Fr=250 kN，β=2°，f=4 r/d=4.63×10-5r/s。摩擦副为钢/钢，脂润滑，在一般工况下工作(室温)，其磨损寿命要求总摆动次数在8×104r左右，按照文献[1]计算其磨损寿命。

该轴承的径向额定动载荷为

Cdr=frCdk，

(1)

在正常游隙值情况下fr=86。则由(1)式得Cdr=1.08×106N。对于向心关节轴承取Cd=Cdr。

当向心关节轴承承受不变的径向和轴向联合载荷时，其当量动载荷为

P=XrFr。

(2)

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

工作球面滑动速度为

(3)

(4)

式中：k为耐压系数，由文献[1]得k=100。则p=39.72 MPa。

该轴承的磨损寿命为

(5)

αv=v0.86β0.84f0.64，

αp=G/Pb,

由文献[1]知，αk=1，αt=1，αz=0.6，G=80.533，b=1.465，则可得αv=8.03×10-8，αp=4.58×10-7。将各参数值代入(5)式得L=9.6×10-6r，与要求的8×104r左右的磨损寿命差距很大。

2 分析及计算

按照文献[1]计算所得的关节轴承磨损寿命值较小，与轴承实际工作寿命不相符。向心关节轴承实际工作中受到的径向力Fr和轴向力Fa作用在内、外圈接触的工作面上，内、外圈接触面在运转中还要进行摆动，接触面在长期运转中因磨损而损坏，故接触面受力大小直接影响轴承的寿命。由此可以推断，在上述(5)式中代入当量动载荷进行寿命计算是不准确的，在计算关节轴承磨损寿命L时应代入名义接触应力p才是合适的。即

(6)

αp=G/pb。

在其他计算步骤不变的情况下，将各参数值代入(6)式得L=82 256 r。即GE140XS向心关节轴承磨损寿命总摆动次数为82 256 r，满足8×104r左右的要求，与该轴承的实际工作寿命比较一致。

3 结束语

向心关节轴承实际工作中接触面受力大小直接影响轴承的寿命，因此，在计算其磨损寿命时，应该以名义接触应力进行计算，而不是当量动载荷。实例表明，用名义接触应力替换当量动载荷后计算得到的磨损寿命与实际寿命比较相符。