基于Romax计算的滚动轴承设计

基于Romax计算的滚动轴承设计
张玲玲
【摘要】本文通过应用Romax软件基于ISO281理论计算滚动轴承的寿命,详细
分析了各种工况对轴承寿命的损伤比,确定对轴承寿命影响较大的工况,通过适当降
低某些工况的功率和时间比例,轴承寿命可大大提高.在不影响轴承使用要求的情况下,大大提高了轴承选型的性价比.
【期刊名称】《南方农机》
【年(卷),期】2018(049)009
【总页数】2页(P14,16)
【关键词】Romax;滚动轴承;寿命;使用工况
【作者】张玲玲
【作者单位】中国直升机设计研究所,江西景德镇333000
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33
0 引言
滚动轴承在现代工业中有着不可忽略的作用，是减速器不可忽缺的关键零部件。

轴承的寿命长短往往决定着减速器的寿命。

如轴承寿命过短，需要经常性地更换轴承，会降低减速器的综合使用性能，增加客户的维护成本。

根据工作条件合理地选用轴承，使轴承既可满足使用要求，又可避免过高的经济成本，且还不影响其它零部件
的选型设计。

Romax软件是一款应用较广的变速器、传动系统及轴承的分析软件，为传动系统的分析提供了全面的仿真环境，可在设计初期提供初步分析结果，为产品的后续开发、试验等提供理论基础，缩短产品设计周期和减少设计修改期数［1］。

本文利用Romax软件，通过分析不同工况对轴承寿命的影响，在综合考
虑使用要求和设计成本的情况下，合理调整使用需求，使轴承在满足寿命要求的情况下，获得最大的性价比。

1 额定寿命计算
滚动轴承的基本额定动载荷C是以L10＝1，可靠度为90%为依据。

当轴承的当
量动载荷为P时，以转数为单位的基本额定寿命L10为
式中，C为轴承额定动载荷，P为轴承当量动载荷；指数ε为寿命指数，球轴承时ε为3，滚子轴承时ε为10／3。

但轴承的使用工况并不是一成不变的，在使用过程中，转速和载荷往往是多种情况的结合。

应根据疲劳积累假说求出平均当量转速nm和平均当量动载荷Pm来进行寿命计算［2］。

如果轴承的当量动载荷依次为
P1、P2、……、Pk，相应的转速为 n1、n2、……、nk，每种工况下运转时间占总运转时间的百分比分别为a1、a2、……、ak，则可计算出滚动轴承的平均当量转
速nm和平均当量动载荷Pm为
如各种工况的转速一致，则公式（3）可简化为：
轴承的寿命为：
可见，在多种使用工况的情况下，轴承的寿命与自身的承载能力、各种工况下的载荷大小、转速、时间比例等均相关。

2 实例计算
以某并车减速器为例［3］，应用Romax软件计算减速器中各滚动轴承的寿命，要求各个轴承的寿命满足2000h的要求。

图1 某减速器
减速器的使用工况见下表1：
表1 减速器的使用工况输入功率1（kw）1300 1000 900 800 550时间（h）工况1 5输入轴转速（rpm）4000输入功率2（kw）1300工况21000工况3 900 15工况4 800 18 4000 4000 4000 35工况5 16 4000 550
采用ISO281标准，轴承的寿命计算结果见表2，可见：2号轴承、7号轴承不满足寿命2000h的要求。

表2 轴承的寿命计算结果名称寿命（h）1号轴承 4776 2号轴承 1818 3号轴承 2219 4号轴承 4239 5号轴承 4148 6号轴承 4296 7号轴承 1780 8号轴承 2465
由公式（3）和（4）可知，要想 2、7 号轴承达到 2000h 的要求，要么选用承载能力更高的轴承，要么承受2、7号轴的载荷。

如通过选择其它轴承来达到满足寿命要求，则减速器的内部结构会随之改变，其它零部件必须跟着改动。

由Romax计算结果可知，在工况1下，2号轴承的ISO当量载荷为16160N，7号轴承的当量载荷为16240N。

在工况2下，2号轴承的ISO当量载荷为12960N，7号轴承的ISO当量载荷为13020N。

工况1到5对2、7号轴承的总损伤达到了4．9%，5．0%。

轴承的损伤主要来自于工况1和工况2的大载荷。

工况 1 对 2、7 号轴承的损伤分别占到了 1．2%，1．2%。

工况2 对 2、7 号轴承的损伤分别占到了 3．1%、3．1%。

根据公式（3）和（4），如能在满足使用需求的情况下适当降低工况1或工况2的时间比例或输入功率（即降低轴承的承受载荷），可改善轴承的承载情况，提高
轴承的使用寿命。

名称寿命（h）1号轴承 5772 2号轴承 2122 3号轴承 2775 4号轴承 4836
5号轴承 4735 6号轴承 5187 7号轴承 2078 8号轴承 3087
经分析，工况2为减速器的主要使用状态，不宜降低时间比例或功率。

工况1为
减速器在极限情况下使用，可适当降低时间比例和输入功率。

经研究，根据实际情况，将工况1中输入轴1和输入轴2的输入功率均由1300kW／5h细化为
1300kW／1h，1200kW／h，1100kW／2h。

其余使用工况的输入功率和时间
保持不变［3－4］。

利用Romax软件再次计算，基于ISO281的轴承计算寿命如表3所示。

由表3可知，经过适当调整减速器的使用工况，在不更换轴承的情况下，轴承的
寿命均满足2000h的设计要求。

3 结束语
综上所述，在减速器设计初期，利用Romax软件基于ISO281标准计算轴承寿命，确定对轴承损伤较大的使用工况，在不影响使用需求的情况下，适当降低该工况的时间占比和功率大小，可在不改变轴承选型、不影响减速器内部其它结构的情况下，提高轴承寿命，满足轴承的使用要求，为轴承选型设计提供参考，降低减速器设计周期。

【相关文献】
［1］杜静，魏静，秦朝烨．Romax Designer入门详解与实例［M］．北京：机械工业出版社，2012．
［2］邱宣怀，郭可谦，吴宗泽．机械设计［M］．北京：高等教育出版社，2011．
［3］张呈林，张晓谷，郭士龙．直升机结构设计［M］．南京：南京航空学院出版社，1986．［4］穆志韬，曾本银．直升机结构疲劳［M］．北京：国防工业出版社，2009．。