工程机械多轴传动系统轴承寿命探析范文

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摘要：

轴承作为传动轴的关键支撑零部件，在多载荷、多工况下，轴承寿命的正确评估成为工程机械传动系统设计过程中的重要环节。文中以一工程机械多轴传动系统为研究对象，在9种工况挡位下，运用Romax软件建立传动系统的虚拟样机，通过ISO轴承寿命计算法和轴承修正寿命计算法对轴承寿命仿真计算，由模拟数据评估轴承的使用寿命，为传动系统设计过程中的轴承选型设计和寿命分析提供参考。

关键词：

工程机械；轴承；寿命计算；虚拟样机；仿真计算

0引言

自20世纪50年代液力传动技术出现以来，工程机械传动系统为适应多工况、多挡位工程需求，经过机械到液力、手动到自动、行星式到定轴式，多种传动形式的变革和发展，促进了工程领域的发展和进步[1-3]。其中轴承作为传动轴的关键支撑零部件，在多载荷、多工况下，轴承寿命的正确评估成为传动系统设计过程中的重要环节。本文以一工程机械多轴传动系统为研究对象，其支承系统由圆锥滚子轴承承受轴两端轴向力和径向力，由齿轮轮毂处的推力圆柱滚子轴承和径向滚针轴承组合承受斜齿轮的径向力和轴向力。在传动系统的9种载荷工况下，轴承寿命计算成为轴承选型设计的重点。由于工况多，轴承型号及数量多，纯手工计算较复杂[4]。本文介绍Romax的两种轴承寿命计算方法[5-8]，建立系统的虚拟模型仿真轴承寿命计算，为系统设计过程中的轴承选型设计提供参考。

1多轴传动系统轴承支承布局

多轴传动系统由圆柱斜齿啮合传动，7个轴系组成，每个轴系两端由圆锥滚子轴承支承，离合器齿轮通过一列或几列滚针轴承与轴联接，两边采用推力圆柱滚子轴承承受径向力，动力由SR轴输入，SC轴输出，如图1所示。

2轴承寿命分析理论

1）ISO轴承寿命计算公式为L10,ISO=a1a2a3（C/P）n。（1）式中:a1为可靠性修正系数；a2为材料修正系数；a3为润滑修正系数；C为轴承额定动载荷；P为轴承当量动载荷；n为寿命指数，球轴承为3，滚子轴承为10/3。ISO轴承寿命计算采用当量载荷计算方法，考虑轴向和径向载荷，但没有考虑单个滚动体承载情况，也没考虑滚道承载能力，计算的轴承寿命有限制，可以做一定的参考。2）轴承修正寿命计算公式为：L10,Adjusted=flz•L10,ISO；（2）flz=（Pe/PeISO）n。（3）式中:Pe为实际运转中滚动体当量载荷；PeISO为ISO轴承计算条件下即不考虑滚子偏斜、轴承游隙、预载荷、高速离心效应时滚动体当量载荷；flz为区域载荷系数，考虑运动过程中滚动体承载情况，其值总是小于1.0，但少数情况下滚动体载荷分布情况优于ISO轴承计算结果时，其值超过1.0。

3建模

利用Romax的建模功能建立起多轴传动系统的虚拟样机模型，见图2。仿真计算时，采用SKF轴承数据，部分轴承通过自定义增加到数据库中。多轴传动系统中选用的轴承型号见表1。传动系统的各载荷工况见表2。

4分析

Romax对每个载荷工况下的轴承寿命有小时数和损伤百分比计算结果。损伤百分比是载荷工况持续时间与计算出的寿命时间比值，当损伤百分比大于100%时，轴承容易损坏。对于多载荷工况，Romax对轴承寿命计算依据Miner法则叠加各载荷工况下的小时数和损伤百分比，当损伤百分比超过100%时，轴承容易损坏。表3列出了轴两端圆锥轴承寿命的计算结果。分析表3数据可知，修正寿命小时数低于ISO寿命小时数，前者损伤百分比也更大。修正寿命计算方法较ISO寿命计算方法更安全，更有参考性。对于圆锥滚子轴承而言，一个载荷循环后，轴承L3Taper-R损伤百分比最高为36.272%，最低寿命小时数为12406.415h，对于4500h需求来说，足以满足寿命要求。

5结论

工程机械多轴传动系统轴两端采用圆锥滚子轴承、齿轮毂体处由滚针轴承和轴向推力轴承为支承结构，轴承类型、数量较多，借助Romax建立系统的虚拟仿真模型，通过ISO轴承寿命计算法和修正寿命计算法，仿真计算传动系统的各轴承寿命，分析仿真数据，评估轴承寿命，对传动系统的轴承选型和设计奠定一定的基础。

参考文献：

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作者:童春 辛越峰 刘健松 单位:中国工程物理研究院流体物理研究所