交叉滚子转盘轴承静载荷计算方法.doc

1、王思明等:交叉滚子转盘轴承静载荷计算方法 3 1-3ISSN1000 - 3762 轴承 2009年 11 期 CN41 -1148/TH Bearing 2009,No. 11产品设计与应用交叉滚子转盘轴承静载荷计算方法王思明1，文鉴恒2，杜海若1，许明恒1(1.西南交通大学机械工程学院，成都610031;2.成都重型轴承研究所，成都610031)摘要:根据滚子接触受力和变形的关系，推出交叉滚子转盘轴承承受力矩的计算表达式。在误差允许范围内， 通过积分简化解出力矩计算的解析解。在轴承承受力矩和轴向力联合载荷的情况下，给出静轴向载荷一力矩 图。整个过程简化了原交叉滚子转盘轴承的静载荷受力分析。

2、关键词:转盘轴承;交叉滚子;静载荷中图分类号:TH133.33文献标志码:B文章编号:1000 - 3762(2009)11 -0001 -03Calculating Method of Static Load for Crossed Roller Slewing BearingsWANG Si - ming1, WEN Jian - heng2 ,DU Hai - ruo1 ,XU Ming - heng1(1. School of Mechanical Engineering,Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031,China；2. Ch

3、engdu Heavy - Duty Bearing Research Institute, Chengdu 610031,China)Abstract：According to the relationship of the roller contact stress and deformation, the calculation expression of the moment for cross - roller slewing bearings is got，and the analytical solution of the moment is calculated by usin

4、g mathematical integral formula, in the error allowed. For the bearings under axial force and torque load in the same time, the static axial loading - torque figure is drawn. The whole process of static load analysis for the crossed roller slewing bearings has been simplified.Key words ： slewing bea

5、ring ； crossed - roller ； static load转盘轴承一般都是在偏心载荷下工作的，因 此轴承除了承受轴向载荷，还必须克服倾覆力矩 的作用。其轴向静载荷-力矩图是选择转盘轴承 的主要依据。目前所沿用的计算方法是经过较复 杂的过程进行推导，使用过程中还要査表获得相 应的数据1。为避免繁琐的数值计算，本文针 对交叉滚子转盘轴承载荷进行分析。首先在倾覆力矩单独作用下，分析交叉滚子转 盘轴承的力矩和滚子接触载荷的关系，在误差允许 范围内对交叉滚子轴承的力矩载荷用数学求积公 式简化计算。然后对交叉滚子转盘轴承在偏心载 荷下，即在轴向力和力矩载荷共同作用下,引起滚 子和套圈的最大

6、接触应力不超过材料许用接触应 力进行计算，推导出轴向载荷-力矩关系计算式。1倾覆力矩的计算l.i 滚子受力变形关系交叉滚子转盘轴承在倾覆力矩单独作用下，收稿日期:2009 - 01 -12修回日期:2009 - 05 - 31某滚子处套圈轴向位移量久与滚子接触处法向变 形量、关系为 =S/Sina3。各滚子与套圈接触 变形关系由图1得到。图1 受力矩作用交叉滚子转盘轴承变形简图 S/sint DJcos伞 I /250/sin = 一Dpw/2 ；式中:为力矩作用下，某受力滚子与最大变形滚 子的夹角，-n矣伞 Tr;a为交叉滚子接触角;S(ID为力矩作用下，滚子与内、外套圈接触处的最大弹 性变

7、形量，mm;、为力矩作用下，某受力滚子与最 大变形滚子夹角为 处的弹性变形量，mm为滚子组节圆直径，mm。由式得8, = S Icosl(2)滚动体与滚道为线接触时,接触力G与变形s 的关系为38 = K,Q9no(3)式中:K为线接触系数。由（3)式可得出处于伞角度的滚子接触载荷 与此处变形关系为旮=(参广(4) 式中:込为力矩作用下，滚子与内、外套圈接触处 的最大接触载荷，N。将(2)式代人(4)式得= Q lcos(#,l10(5)1.2 力矩计算交叉滚子转盘轴承受纯力矩时，某个滚子上 受到接触力并与力矩转动中心线的距离为 Z)pw I cSl /2。根据力矩计算方法，该滚子承受的 力矩

8、为于0.001 6。所以比f偏小，误差小于2. 4%，在工程允许范围内。故最终计算得到 M = GoP,sina= DZsina(10)此式也可由文献5介绍的公式推导得出。由弹性力学可知，线接触时滚动体接触载荷 G与最大接触应力间的关系为(1 -v)LcEp式中:k为滚子有效长度，nmi;A(12)式中为滚子直径，mm;7 = 将(12)式代人(10)式得M = -x220.973 86()2(1 +y)ZA*Dlcos/) I sina(6)根据轴承外载荷与内部滚子受力平衡条件， 则整个轴承所承受的力矩为Icosl sina(7)将(5)式代入(7)式，并根据转盘轴承受纯力 矩时的对称关系得

9、ir/2 =X e-Dpcos9/9/,sina(8)轴承的:滚子数为Z,单位角度的滚子数Z/2t， 则上式求和用积分表示为M =QDpVsinaj v/2Csl9/9(f)d(/)(9)由（3)式可见滚子接触变形与接触力的9/10 幂成正比，近似地认为变形与接触力呈线性关 系3，由此对（9)式进行简化，将式中DvwZsma = 55. 243 465 2( 1 + r)L.Zsina(13)即为交叉滚子转盘轴承受彳贸覆力矩单独作用 时的力矩和接触应力关系计算式。将式中代 人最大许用接触应力值，就得到轴承的最大承载 力矩。2 抽向偏心载荷分析-ir/2s19/9d4 用 j cos2d|) =

10、 2丄 cos2dpwF. + 0. 25fimaiZ)pwZsina (17) 可以看出，轴向静载荷-力矩图是一个线性 关系式。作图时只要计算出特殊两点就可确定该 承载直线。注意,（17)式中Z是承载滚子数量，因 交叉滚子转盘轴承的结构原因，滚子在轴向只能 单向受力，所以在计算力矩和轴向载荷时Z为轴 承滚子数量的1/2。3 计算实例某交叉滚子转盘轴承的主要参数:滚子直径 = 43 mm，滚子有效长度Le = 4 mm，滚子数Z =120,滚子组节圆直径= 1 900 mm，接触角a =45,轴承材料为42CrMo,线接触最大许用接触 应力= 2 700 MPa。试确定其轴向静载荷-力 矩图。

11、将以上各值代人式（12)中，以滚子与内圈接 触处进行计算，括号内取负值。则有Q0 = 1. 381 086 63 x lO VLU r)e 170 400 N将相关数据代入（17)式，得 M = - 475Fa + 343 399 337 2 轴向力Fa单位取kN，力矩M单位取kNm时 有M = - 0. 475Fa + 3 434根据上式，绘制出转盘交叉滚子轴承的轴向 静载荷-力矩图，如图2所示。轴向力F,/kN图2 交叉滚子转盘轴承轴向栽荷-力矩图4 结束语对滚子线接触受力与变形关系进行分析，得 到交叉滚子倾覆力矩计算公式，在误差允许范围 内进行积分简化计算。在此基础上求出交叉滚子 轴承受

12、力矩与轴向载荷联合的关系计算公式。经 实例计算表明，整个交叉滚子转盘轴承静载荷计 算过程简便，便于工程应用。参考文献：1 苏立械.转盘轴承额定静负荷的计算方法J.轴承, 1988(4) ：2-7,2 苏立樾，苏建.转盘轴承静载荷承载曲线的创建 J.轴承，2004(6) :1 -3.3 万长森.滚动轴承的分析方法M.北京:机械工业 出版社,1987.4 丁丽娟.数值计算方法M.北京:北京理工大学出 版社,1992:153 -158.5 徐立明，陈卓.回转支承M.合肥:安徽科学技术 出版社,1988:56 - 64.(编辑:张旭）2008年版中国轴承及相关行业企事业单位通讯手册出版发行该通讯手册共

13、收录了全国轴承制造企业、轴承销售公司、轴承进出口公司、轴承零件及原辅材料 供应厂商、轴承设备仪器制造企业、上级有关主管部门，从事轴承科研教学的研究院和大专院校等共 1800多个单位部门。为了方便用户的使用，本手册采用对轴承及相关行业企M单位按轴承生产企业、 轴承零配件企业、轴承设备仪器辅料企业及轴承经销企业四大类划分，每一类中按省邮政编号由小至大 排序。并详细列明了单位名称、地址、邮编、电话、传真jnternet网址和电子信箱、企迎负责人、主导产品 和注册商标。同时还附有部分企业的简介等。每册定价1元(含包装及邮费）。地址、单位:河南省洛阳市吉林路洛阳轴承研究所有限公司技术资料发行室 邮 编:471039联系人:刘霞电话：（0379)64881150传真：（0379)64882996开户银行:工行洛阳市长春支行账户：洛阳轴承研究所有限公司1705021209021002412