大型转盘轴承启动摩擦力矩的试验及分析*



大型转盘轴承启动摩擦力矩的试验及分析*

刘丹丹，刘静，马小军

(洛阳LYC轴承有限公司， 河南 洛阳471039)

摘要：转盘轴承工况复杂、转速极低、承受载荷重。启动摩擦力矩往往大于理论计算值，为了确定轴承摩擦力矩的精确数值，分别测试不同轴向载荷状况下转盘轴承启动摩擦力矩，总结了转盘轴承的启动摩擦力矩随载荷大小变化的规律及关系，为轴承的设计及工艺方法提供试验数据。

关键词：启动摩擦力矩；大型转盘轴承；试验分析

0引言

转盘轴承能同时承受较大的轴向负荷、径向负荷和倾覆力矩等综合载荷，集支承、旋转、传动、固定等多种功能于一身的特殊结构的大型轴承。转盘轴承具有结构紧凑、引导旋转方便、安装简便和维护容易等特点，被广泛用于起重运输机械、采掘机、建筑工程机械、港口机械、风力发电、医疗设备、雷达和导弹发射架等大型回转装置上。随着科学技术的发展，为确保大型装备在服务期内安全可靠的运行，对转盘轴承的性能及可靠性提出了越来越高的要求[1]。

摩擦力矩是滚动轴承的一项重要动使用性能，然而它的产生是多种因素综合作用的结果，影响因素相当的复杂[2]。启动摩擦力矩的稳定性和不确定性直接影响大型装备的启动与变速的精确性、安全性和可靠性[1]。由于启动摩擦力矩往往大于理论计算值，而对于频繁启动并要求正反转的转盘轴承而言，启动摩擦力矩的大小就决定了轴承的性能。为了确定轴承摩擦力矩的精确数值，必须进行实际测量，从而保证满足轴承的工作条件和使用要求。

1试验轴承的结构

转盘轴承的作用是将设备主要部件的上部和下部连接在一起，同时用于支撑上部的重量和设备工作时产生的负荷，并使设备的上部相对于下部旋转(或下部相对于上班旋转)。如图1所示为某型号大型转盘轴承结构及受力简图，转盘轴承工作时承受轴向力Fa、径向力Fr和倾覆力矩M的联合作用。由于其所受的径向力及倾覆力矩相对较小，因此在本实验分析中，将径向力和倾覆力矩忽略不计，只考虑轴向力对轴承摩擦力矩的影响。

图1　某型号特大型转盘轴承的结构及受力简图

2试验方法

2.1　试验设备

本试验是在转盘轴承专用试验设备上进行，试验设备的结构简图如图2所示。

图2　试验设备简图

如图2，伺服电机带动小齿轮转动，小齿轮的外圈与试验轴承外齿圈啮合，从而带动试验轴承按一定速度转动，轴向载荷Fa的大小通过放置不同重量的砝码来施加，摩擦力矩的数值通过扭矩传感器输出，从而得出轴承在不同轴向载荷作用下的摩擦力矩数值。

2.2　试验条件

将试验轴承按转盘轴承的实际工作状态进行安装，轴承为内圈固定，外圈与小齿轮啮合带动旋转，共测试10种状态的启动摩擦力矩。测试时，在轴承圆周上均匀放置6个测点，分别记录不同载荷状态下的启动摩擦力矩和驱动电机启动功率。试验条件见表1，轴承采用脂润滑，试验过程中轴承转速为1.67 min，分别在试验条件下运转15 min。

表1　轴承的试验条件

3试验结果及分析

图3所示为轴承正转时轴承圆周上均布的6个测点的启动摩擦力矩值。图4所示为轴承反转时轴承圆周上均布的6个测点的启动摩擦力矩值。

图3　轴承正转时的启动摩擦力矩

图4　轴承反转时的启动摩擦力矩

由图3可以看出，相同载荷状态下，轴承不同位置的启动摩擦力矩均不同，但数值相差不大；随着载荷的增大每个测点的启动摩擦力矩也随之增大，但随着载荷的增大，摩擦力矩数值变化逐渐趋于平缓。由图4可以看出，不同载荷状态下，轴承反转时每个测点的启动摩擦力矩数值的变化情况同正转时基本相同。

4结论

由试验可知，轴承摩擦力矩具有多因素和随机性的特征。相同载荷状态下，轴承不同位置的启动摩擦力矩均不同；随着载荷的增大每个测点的启动摩擦力矩也随之增大，轴承的摩擦加剧，导致轴承能量消耗增大，会影响轴承寿命，但随着载荷的增大，摩擦力矩数值变化逐渐趋于平缓，说明在一定的载荷范围内，转盘轴承能承受较大的载荷。

参考文献：

[1]夏新涛，樊睢，陈龙,等. 基于乏信息理论的转盘轴承启动摩擦力矩变异分析[J].农业工程学报，2012，1(28)：81-86.

[2]万长森. 滚动轴承的分析方法[M].北京：机械工业出版社，1987.

Test and Analysis on Start-Up Friction Torque of Large Turntable Bearing

LIU Dan-dan, LIU Jing, MA Xiao-jun

(LuoyangLYCBearingCo.Ltd.,LuoyangHenan471039,China)

Abstract:The condition of turntable bearing is complex, and the rotate speed is extremely low, while the load is heavy. The start-up friction torque is often greater than the calculated value, in order to determine the precise numerical bearing friction torque, the start-up friction torque of turntable bearing under different axial loading conditions are tested, and the relationship between the start-up friction torque of turntable bearings and the variation of the load size is then summarized, thus experimental data for the design and processing method of the bearing are provided.

Key words:start-up friction torque; large turntable bearing; test analysis

中图分类号:TH133.3

文献标志码：A

文章编号：1007-4414(2015)03-0116-02

作者简介：刘丹丹(1982-)，女，河南洛阳人，研究生，主要从事机械设计方面的工作。

*收稿日期：2015-04-17