倾覆力矩对推力球轴承疲劳寿命的影响.pdf

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SSN1000-3762轴承2010年9期
CN41-1148/TH Bearing 2010, No 9
产品设计与应用
倾覆力矩对推力球轴承疲劳寿命的影响
罗继伟,伍海云2
(1.洛阳轴研科技股份有限公司,河南洛阳491039;2.奥新(厦门)轴承有限公司,福建厦门361021)
摘要:由于滚动轴承标准中推力球轴承基本额定寿命的计算没有考虑倾覆力矩的影响,造成其误差较大,针对
此问题,考虑了推力球轴承在轴向力和倾覆力矩作用下钢球的实际载荷分布,用 Lundberg和 Palmgren方法计算
了轴承的疲劳寿命,并在此基础上拟合出了倾覆力矩与增量当量载荷之间的关系,对滚动轴承标准中推力球轴
承基本额定寿命的计算公式进行了修正,计入了傾覆力矩的影响。修正后的寿命计算方法不仅简便,而且准确
关键词:推力球轴承;倾覆力矩;疲劳寿命
中图分类号:TH13.331文献标志码:A
文章编号:1000-3762(2010)09-001-04
Influence of Overturning Moment on Fatigue Life of Thrust Ball Bearings
Luoji-wei', WU Hai-yun
(1. Luoyang Bearing Science Technology Co, Ltd. Luoyang 471039, China;
2. Aoxin(Xiamen Bearing Co, Ltd, Xiamen 361021, China)
Abstract In the calculation of the basic rating life of thrust ball bearings, the influence of overturning moment is not
taken into account in rolling bearing standard, resulting in larger error. Armed at the issue, the actual load distribution
is considered under axial force and overturning moment; the fatigue life of bearings is calculated with Lundberg
Palmgren method. On the basis, the relation between overturning moment and increment equivalent load is fit out, and
the formula is modified for calculating basic rating life of thrust ball bearing in the bearing standard, considering the in-
fluence of overturning moment. The modified formula is simple and accurate
Key words: thrust ball bearing; overturning moment; fatigue life
1前言
在滚动轴承标准中,推力球轴承基本额定寿
命的计算公式为
Q
L。=(C/P2)3
式中:C。为额定动载荷;P。为与实际载荷等效的
当量载荷。标准规定的计算公式为:
(a)纯轴向載荷
P。=XF+YF。
式中:F,和F。分别是作用于轴承上的径向载荷和
轴向载荷;X和Y分别为径向和轴向系数
M
在(2)式中,没有考虑力矩的影响。实际上,
如图1所示,力矩虽然不会改变径向载荷或轴向
载荷的总量,但将改变轴承中钢球接触载荷的分
布,从而降低轴承的寿命。
(b)轴向载荷与力矩
收稿日期:2010-04-16
图1钢球戟荷分布
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轴承》2010.N
文中将考虑推力球轴承在轴向力和力矩作用
按照L-P理论,轴承套圈的额定寿命可表示
下钢球的实际载荷分布,并用 Lundberg和为:
Palmgren的方法(简称L-P方法)计算轴承的疲
L1=(Q./Q.)3
劳寿命2,在此基础上拟合出力矩与增量当量载式中:Q。为套圖的额定动载荷;Q。为套圈的当量
荷之间的关系,从而在标准方法中计人力矩载荷载荷。对于推力球轴承,套圈的额定动载荷可表
的影响。
示为
2钢球接触载荷分布
Q.=882(1-0.33ina)八时
在轴向力F.和倾覆力矩M作用下,推力球轴
中
.39
1/3 I cos
承将产生轴向位移δ。和转角。由于这两个位
移,在位置角为ψ的钢球处,内圈沟曲率中心0,
式中:f为沟曲率半径系数;D为钢球直径;y=
将相对于外圈汋曲率中心O。产生轴向位移。,如D, r COS a//Do。(8)式中的上、下算符分别适用于
图2所示。
内、外圈。当a=90°时,由于y=0,y/cosa=D
D,于是(8)式变为:
D
1.8ク-1/3
对于相对于作用载荷旋转的套圈,其当量载
荷Q。为
(10)
图2推力球轴承变形与接触载荷
因此,旋转套圈的疲劳寿命L为:
6。+0.5Dn0cosΦ
式中:D为球组节圆直径;下标立表示第i个滚子
i=1,2,…,Z),Z为钢球数。假设接触角Q不发
对于相对于作用载荷静止的套圈,其当量载
生变化,则接触法向位移为
荷为:
6.=sin a
0!03
由 hertz点接触理论,钢球接触载荷Q2为:
(12)
Q,=K6: =K(sin a)-
(5
因此,非旋转套圈的疲劳寿命为:
式中:K为刚度系数,由轴承的材料和几何参数确
Q
(13
定?。轴承的平衡方程可表示为
则轴承的基本额定寿命为:
=∑Q
(14)
这里分别采用L-P方法和标准方法计算某型
M=∑(0.5Dcoc)Q.sina
号推力球轴承在F。=20000N,M=300000N?mm
(6)式是以8。和B为未知量的非线性方程组,求作用下的寿命。已知D、=22225mm,Z=16
解它可以获得钢球接触载荷Q。
140mm,a=90°、=/。=0.535,内圈旋转。
3基于钢球载荷分布的轴承寿命计算
求解平衡方程(6)得到表1所示的结果。由
于轴承受力对称,表中只列出了一半钢球的载荷。
早在1947年, Lundberg和 Palmen就在理论按照L-P理论得
分析和大量试验研究的基础上提出了滚动轴承额
0=90=10 N, Q=1 356 N, Q
定动载荷和疲劳寿命的理论1。这个理论经过一1371N,L=539.6,L,=512
279×10°
定的假设和简化演变成目前标准中给出的简洁的
而按照标准方法计算,则
疲劳寿命计算公式。直至今日,这个理论的基本
C=142kN,P。=F=20kN,L、=358×10°r
内容仍然适用,只是随着轴承材料和加工工艺的
对比计算结果可知,L,比Lp高了约30%<