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大型轉(zhuǎn)盤(pán)軸承啟動(dòng)摩擦力矩的試驗(yàn)及分析*

劉丹丹，劉靜，馬小軍

(洛陽(yáng)LYC軸承有限公司， 河南 洛陽(yáng)471039)

摘要：轉(zhuǎn)盤(pán)軸承工況復(fù)雜、轉(zhuǎn)速極低、承受載荷重。啟動(dòng)摩擦力矩往往大于理論計(jì)算值，為了確定軸承摩擦力矩的精確數(shù)值，分別測(cè)試不同軸向載荷狀況下轉(zhuǎn)盤(pán)軸承啟動(dòng)摩擦力矩，總結(jié)了轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的啟動(dòng)摩擦力矩隨載荷大小變化的規(guī)律及關(guān)系，為軸承的設(shè)計(jì)及工藝方法提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)?dòng)摩擦力矩；大型轉(zhuǎn)盤(pán)軸承；試驗(yàn)分析

0引言

轉(zhuǎn)盤(pán)軸承能同時(shí)承受較大的軸向負(fù)荷、徑向負(fù)荷和傾覆力矩等綜合載荷，集支承、旋轉(zhuǎn)、傳動(dòng)、固定等多種功能于一身的特殊結(jié)構(gòu)的大型軸承。轉(zhuǎn)盤(pán)軸承具有結(jié)構(gòu)緊湊、引導(dǎo)旋轉(zhuǎn)方便、安裝簡(jiǎn)便和維護(hù)容易等特點(diǎn)，被廣泛用于起重運(yùn)輸機(jī)械、采掘機(jī)、建筑工程機(jī)械、港口機(jī)械、風(fēng)力發(fā)電、醫(yī)療設(shè)備、雷達(dá)和導(dǎo)彈發(fā)射架等大型回轉(zhuǎn)裝置上。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為確保大型裝備在服務(wù)期內(nèi)安全可靠的運(yùn)行，對(duì)轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的性能及可靠性提出了越來(lái)越高的要求[1]。

摩擦力矩是滾動(dòng)軸承的一項(xiàng)重要?jiǎng)邮褂眯阅?，然而它的產(chǎn)生是多種因素綜合作用的結(jié)果，影響因素相當(dāng)?shù)膹?fù)雜[2]。啟動(dòng)摩擦力矩的穩(wěn)定性和不確定性直接影響大型裝備的啟動(dòng)與變速的精確性、安全性和可靠性[1]。由于啟動(dòng)摩擦力矩往往大于理論計(jì)算值，而對(duì)于頻繁啟動(dòng)并要求正反轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤(pán)軸承而言，啟動(dòng)摩擦力矩的大小就決定了軸承的性能。為了確定軸承摩擦力矩的精確數(shù)值，必須進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，從而保證滿足軸承的工作條件和使用要求。

1試驗(yàn)軸承的結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的作用是將設(shè)備主要部件的上部和下部連接在一起，同時(shí)用于支撐上部的重量和設(shè)備工作時(shí)產(chǎn)生的負(fù)荷，并使設(shè)備的上部相對(duì)于下部旋轉(zhuǎn)(或下部相對(duì)于上班旋轉(zhuǎn))。如圖1所示為某型號(hào)大型轉(zhuǎn)盤(pán)軸承結(jié)構(gòu)及受力簡(jiǎn)圖，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承工作時(shí)承受軸向力Fa、徑向力Fr和傾覆力矩M的聯(lián)合作用。由于其所受的徑向力及傾覆力矩相對(duì)較小，因此在本實(shí)驗(yàn)分析中，將徑向力和傾覆力矩忽略不計(jì)，只考慮軸向力對(duì)軸承摩擦力矩的影響。

圖1　某型號(hào)特大型轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的結(jié)構(gòu)及受力簡(jiǎn)圖

2試驗(yàn)方法

2.1　試驗(yàn)設(shè)備

本試驗(yàn)是在轉(zhuǎn)盤(pán)軸承專用試驗(yàn)設(shè)備上進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)備的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2所示。

圖2　試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)圖

如圖2，伺服電機(jī)帶動(dòng)小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪的外圈與試驗(yàn)軸承外齒圈嚙合，從而帶動(dòng)試驗(yàn)軸承按一定速度轉(zhuǎn)動(dòng)，軸向載荷Fa的大小通過(guò)放置不同重量的砝碼來(lái)施加，摩擦力矩的數(shù)值通過(guò)扭矩傳感器輸出，從而得出軸承在不同軸向載荷作用下的摩擦力矩?cái)?shù)值。

2.2　試驗(yàn)條件

將試驗(yàn)軸承按轉(zhuǎn)盤(pán)軸承的實(shí)際工作狀態(tài)進(jìn)行安裝，軸承為內(nèi)圈固定，外圈與小齒輪嚙合帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，共測(cè)試10種狀態(tài)的啟動(dòng)摩擦力矩。測(cè)試時(shí)，在軸承圓周上均勻放置6個(gè)測(cè)點(diǎn)，分別記錄不同載荷狀態(tài)下的啟動(dòng)摩擦力矩和驅(qū)動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)功率。試驗(yàn)條件見(jiàn)表1，軸承采用脂潤(rùn)滑，試驗(yàn)過(guò)程中軸承轉(zhuǎn)速為1.67 min，分別在試驗(yàn)條件下運(yùn)轉(zhuǎn)15 min。

表1　軸承的試驗(yàn)條件

3試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖3所示為軸承正轉(zhuǎn)時(shí)軸承圓周上均布的6個(gè)測(cè)點(diǎn)的啟動(dòng)摩擦力矩值。圖4所示為軸承反轉(zhuǎn)時(shí)軸承圓周上均布的6個(gè)測(cè)點(diǎn)的啟動(dòng)摩擦力矩值。

圖3　軸承正轉(zhuǎn)時(shí)的啟動(dòng)摩擦力矩

圖4　軸承反轉(zhuǎn)時(shí)的啟動(dòng)摩擦力矩

由圖3可以看出，相同載荷狀態(tài)下，軸承不同位置的啟動(dòng)摩擦力矩均不同，但數(shù)值相差不大；隨著載荷的增大每個(gè)測(cè)點(diǎn)的啟動(dòng)摩擦力矩也隨之增大，但隨著載荷的增大，摩擦力矩?cái)?shù)值變化逐漸趨于平緩。由圖4可以看出，不同載荷狀態(tài)下，軸承反轉(zhuǎn)時(shí)每個(gè)測(cè)點(diǎn)的啟動(dòng)摩擦力矩?cái)?shù)值的變化情況同正轉(zhuǎn)時(shí)基本相同。

4結(jié)論

由試驗(yàn)可知，軸承摩擦力矩具有多因素和隨機(jī)性的特征。相同載荷狀態(tài)下，軸承不同位置的啟動(dòng)摩擦力矩均不同；隨著載荷的增大每個(gè)測(cè)點(diǎn)的啟動(dòng)摩擦力矩也隨之增大，軸承的摩擦加劇，導(dǎo)致軸承能量消耗增大，會(huì)影響軸承壽命，但隨著載荷的增大，摩擦力矩?cái)?shù)值變化逐漸趨于平緩，說(shuō)明在一定的載荷范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)盤(pán)軸承能承受較大的載荷。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏新濤，樊睢，陳龍,等. 基于乏信息理論的轉(zhuǎn)盤(pán)軸承啟動(dòng)摩擦力矩變異分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2012，1(28)：81-86.

[2]萬(wàn)長(zhǎng)森. 滾動(dòng)軸承的分析方法[M].北京：機(jī)械工業(yè)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

中圖分類號(hào):TH133.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007-4414(2015)03-0116-02

作者簡(jiǎn)介：劉丹丹(1982-)，女，河南洛陽(yáng)人，研究生，主要從事機(jī)械設(shè)計(jì)方面的工作。

*收稿日期：2015-04-17