向心關節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——關節軸承外(座)圈公稱寬度，mm

Cd——關節軸承額定動載荷，N

Cdr——關節軸承徑向額定動載荷，N

dk——關節軸承滑動球面公稱直徑，mm

f——關節軸承擺動頻率，min-1

fr——向心軸承額定載荷系數，MPa

Fa——軸向載荷，N

Fr——徑向載荷，N

G——系數

k——耐壓模數，MPa

KM——與摩擦副材料有關的系數

L——關節軸承初潤滑壽命，擺次(r)

p——名義接觸應力，MPa

P——關節軸承當量動載荷，N

v——關節軸承球面滑動速度，mm/s

Xr——向心軸承當量動載荷系數

αk——載荷特性壽命系數

αt——溫度壽命系數

αv——滑動速度壽命系數

αp——載荷壽命系數

αz——軸承質量與潤滑壽命系數

β——擺角，(°)

ζ——折算系數

1 問題的提出

向心關節軸承GE140XS的各參數為：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在8×104r左右，按照文獻[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。對于向心關節軸承取Cd=Cdr。

當向心關節軸承承受不變的徑向和軸向聯合載荷時，其當量動載荷為

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，由文獻[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[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[1]計算所得的關節軸承磨損壽命值較小，與軸承實際工作壽命不相符。向心關節軸承實際工作中受到的徑向力Fr和軸向力Fa作用在內、外圈接觸的工作面上，內、外圈接觸面在運轉中還要進行擺動，接觸面在長期運轉中因磨損而損壞，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)式中代入當量動載荷進行壽命計算是不準確的，在計算關節軸承磨損壽命L時應代入名義接觸應力p才是合適的。即

(6)

αp=G/pb。

在其他計算步驟不變的情況下，將各參數值代入(6)式得L=82 256 r。即GE140XS向心關節軸承磨損壽命總擺動次數為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 結束語

向心關節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，應該以名義接觸應力進行計算，而不是當量動載荷。實例表明，用名義接觸應力替換當量動載荷后計算得到的磨損壽命與實際壽命比較相符。