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摘要：

軸承作為傳動軸的關鍵支撐零部件，在多載荷、多工況下，軸承壽命的正確評估成為工程機械傳動系統設計過程中的重要環節。文中以一工程機械多軸傳動系統為研究對象，在9種工況擋位下，運用Romax軟件建立傳動系統的虛擬樣機，通過ISO軸承壽命計算法和軸承修正壽命計算法對軸承壽命仿真計算，由模擬數據評估軸承的使用壽命，為傳動系統設計過程中的軸承選型設計和壽命分析提供參考。

關鍵詞：

工程機械；軸承；壽命計算；虛擬樣機；仿真計算

0引言

自20世紀50年代液力傳動技術出現以來，工程機械傳動系統為適應多工況、多擋位工程需求，經過機械到液力、手動到自動、行星式到定軸式，多種傳動形式的變革和發展，促進了工程領域的發展和進步[1-3]。其中軸承作為傳動軸的關鍵支撐零部件，在多載荷、多工況下，軸承壽命的正確評估成為傳動系統設計過程中的重要環節。本文以一工程機械多軸傳動系統為研究對象，其支承系統由圓錐滾子軸承承受軸兩端軸向力和徑向力，由齒輪輪轂處的推力圓柱滾子軸承和徑向滾針軸承組合承受斜齒輪的徑向力和軸向力。在傳動系統的9種載荷工況下，軸承壽命計算成為軸承選型設計的重點。由于工況多，軸承型號及數量多，純手工計算較復雜[4]。本文介紹Romax的兩種軸承壽命計算方法[5-8]，建立系統的虛擬模型仿真軸承壽命計算，為系統設計過程中的軸承選型設計提供參考。

1多軸傳動系統軸承支承布局

多軸傳動系統由圓柱斜齒嚙合傳動，7個軸系組成，每個軸系兩端由圓錐滾子軸承支承，離合器齒輪通過一列或幾列滾針軸承與軸聯接，兩邊采用推力圓柱滾子軸承承受徑向力，動力由SR軸輸入，SC軸輸出，如圖1所示。

2軸承壽命分析理論

1）ISO軸承壽命計算公式為L10,ISO=a1a2a3（C/P）n。（1）式中:a1為可靠性修正系數；a2為材料修正系數；a3為潤滑修正系數；C為軸承額定動載荷；P為軸承當量動載荷；n為壽命指數，球軸承為3，滾子軸承為10/3。ISO軸承壽命計算采用當量載荷計算方法，考慮軸向和徑向載荷，但沒有考慮單個滾動體承載情況，也沒考慮滾道承載能力，計算的軸承壽命有限制，可以做一定的參考。2）軸承修正壽命計算公式為：L10,Adjusted=flz•L10,ISO；（2）flz=（Pe/PeISO）n。（3）式中:Pe為實際運轉中滾動體當量載荷；PeISO為ISO軸承計算條件下即不考慮滾子偏斜、軸承游隙、預載荷、高速離心效應時滾動體當量載荷；flz為區域載荷系數，考慮運動過程中滾動體承載情況，其值總是小于1.0，但少數情況下滾動體載荷分布情況優于ISO軸承計算結果時，其值超過1.0。

3建模

利用Romax的建模功能建立起多軸傳動系統的虛擬樣機模型，見圖2。仿真計算時，采用SKF軸承數據，部分軸承通過自定義增加到數據庫中。多軸傳動系統中選用的軸承型號見表1。傳動系統的各載荷工況見表2。

4分析

Romax對每個載荷工況下的軸承壽命有小時數和損傷百分比計算結果。損傷百分比是載荷工況持續時間與計算出的壽命時間比值，當損傷百分比大于100%時，軸承容易損壞。對于多載荷工況，Romax對軸承壽命計算依據Miner法則疊加各載荷工況下的小時數和損傷百分比，當損傷百分比超過100%時，軸承容易損壞。表3列出了軸兩端圓錐軸承壽命的計算結果。分析表3數據可知，修正壽命小時數低于ISO壽命小時數，前者損傷百分比也更大。修正壽命計算方法較ISO壽命計算方法更安全，更有參考性。對于圓錐滾子軸承而言，一個載荷循環后，軸承L3Taper-R損傷百分比最高為36.272%，最低壽命小時數為12406.415h，對于4500h需求來說，足以滿足壽命要求。

5結論

工程機械多軸傳動系統軸兩端采用圓錐滾子軸承、齒輪轂體處由滾針軸承和軸向推力軸承為支承結構，軸承類型、數量較多，借助Romax建立系統的虛擬仿真模型，通過ISO軸承壽命計算法和修正壽命計算法，仿真計算傳動系統的各軸承壽命，分析仿真數據，評估軸承壽命，對傳動系統的軸承選型和設計奠定一定的基礎。

參考文獻：

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作者:童春 辛越峰 劉健松 單位:中國工程物理研究院流體物理研究所