起重机车轮组滚动轴承的计算

起重机车轮组滚动轴承的计算

通用桥门式起重机系列大、小车车轮组（含水平轮）所用的轴承有三个系列，调心球轴承、单列圆锥滚子轴承和双列调心滚子轴承，轴承代号及标准号见下表：

银起厂桥门吊系列大、小车轮组（含水平轮）采用的轴承型号规格参数见下表：

注：1.有轴向载荷的起重机大车轮采用双“单列圆锥滚子轴承”且制造安装均能保证载荷均布时，稳定动负荷并不是单列轴承的两倍，对线接触是27/9=1.71倍。

2.两套向心球轴承或向心滚子轴承并排安装且作为整体运转时，计算其额定动载荷时，应按一套双列轴承来考虑。

太重集团“工厂标准”-主（从）动车轮TZQ7163/4-1989，科尼公司1998系列计算书中给出的起重机车轮组所采用的轴承型号规格见下表：

近年来，由于单列圆锥滚子轴承（含为避免会产生的附加轴向力而成对配制时）轴向游隙的大小对能否良好工作影响很大，装配及使用过程中又不便调整，故寿命较差，已为双列调心滚子轴承所代替，这可从太重和科尼的产品得到证实。

本次系列设计，车轮组使用双列调心滚子轴承（GB288-1994），按手册推荐“应优先选用经结构优化设计的类别”的原则，全部选用22200C/W33或22300C/W33型（C-经设计改进,加强型；W33-轴承外圈上有三个油槽和3个油孔）。

本次设计采用的大小车轮轴承见下表：

一．滚动轴承的选用程序

1．滚动轴承按照需要确定类型后，应该按实际承受的载荷计算出当量动载荷，再根据所需要的寿命计算出额定动载荷C和额定静载荷C O，按照不大于轴承性能表中的额定值查选型号规格；

2. 选择轴承的精度、游隙、与轴及轮毂的配合，润滑剂及润滑方法

3. 轴承的密封及轴向的固定

二. 按标准推荐的方法计算选择轴承的型号规格

车轮组轴承属于低速旋转的轴承，宜按额定动载荷和额定静载荷的计算值，取其中较大者查滚动轴承性能表选择轴承。

1.基本额定动载荷C的计算

C=(f h f m f d/f n f T)P＜Cr

上式中：f h-寿命因数，按相应的工作级别规定的使用寿命值查表7-2-23选取。

车轮轴承的使用寿命：

按表7-2-27“各种机械所需轴承使用寿命推荐值”：“间断使用的机械,…车间吊车，8000-12000h”，“每天8小时工作的机械，…起重机，10000-25000h”。

按SKF轴承公司的推荐：装配吊车3000-8000h；车间吊车8000-12000h；每天工作8h，但经常不是满负荷使用的…电动机、一般齿轮装置、起重机10000-25000h。

按GB/T3811-2008,滚动轴承的“设计预期寿命，可以根据所在机构的使用等级确定，但考虑前述推荐及设计手册的荐用值，取和机构使用等级的偏大值相同。

本次设计确定各工作级别车轮组的轴承使用寿命值见下表：

按表7-2-23，查出对应的f h值如下表：

f m-力矩载荷因数，力矩载荷较小时取f m =1.5，力矩载荷较大时取f m =2.0

无力矩载荷时可取f m =1，对于起重机车轮轴承，取f m =1。

f d-冲击载荷因数，按表7-2-25，起重机属于中等冲击，推荐f d=1.2-1.8，按GB/T3811-2008,轨道上运行的起重机，经计算，可取f d=1.2。

f n-速度因数，根据车轮转速(n /min)查表7-2-24(见下表)选取；

f T-温度因数，根据工作温度查表7-2-26（见下表）选取，

车轮轴承（属于非经特殊热处理的特种轴承）工作温度一般在90℃以下，低于120℃（GCr15轴承钢的回火温度150-180℃，工作温度超过时硬度会降低），取f T=1。

P-当量动载荷，按GB/T288-1994，对于调心滚子轴承F a/F r=e≤0.23时，按式P=F r+Y1F a计算

式中: F r-径向载荷, N ，F a-轴向载荷,N，Y-轴向动载荷系数；

载荷和速度均变动时P-应按平均当量动载荷选取。按轴承手册，车轮组用轴承一般转速保持不变，载荷随时间在Pmax和Pmin之间单调而连续

变化。平均当量动载荷按式P meanⅠ＝（Pmin＋2Pmax）/3 计算。

Cr-轴承尺寸及性能表中所列的径向基本动载荷。

2.额定静载荷C0的计算

C0=S0P0＜C0r

上式中：S0-安全因数，旋转滚子轴承在正常使用的情况下，取S0=1-3.5。

“98手册”在校验轴承静承载能力时未引入安全因数S O，直接按式P0＜C0进行。总论中推荐，机构传动零件安全系数（按工作最大载荷计算时）取=1.5。

“3811-2008”与钢材的屈服点及载荷情况Ⅰ（无风正常工作）对应的安全系数n s=1.48。

综上，取S0=1.5

P0-当量静载荷，按GB/T288-94，对调心滚子轴承，按式P or=F r+Y0F a计算，

式中: F r-径向载荷,N F a-轴向载荷,N

C0r、Y0-轴承尺寸及性能表中所列的径向基本静载荷和轴向动载荷系数。3．按GB/T3811-2008确定的相关参数

3.1. 滚动轴承的设计预期寿命

滚动轴承的“设计预期寿命，可以根据所在机构的使用等级确定，对作为易损件在使用中可以更换的轴承，其设计预期寿命可以取比它所在的机构的使用等级低一级或两级”。但从偏于安全，且和以前设计手册的衔接考虑，取和机构的使用等级相同，见前表。

3.2. f d-冲击载荷因数

GB/T3811-2008,轨道上运行的起重机，“轨道接头状况一般”，垂直冲击的动力效应-冲击系数按下式计算：

φ4=f d=1.1+0.058V·h1/2

上式中：V-运行速度，从偏于安全考虑，取V=90米/分=1.5米/秒

h-接头处两轨道的高低差，按JB/T14405，取h=1

代入上式可得f d=1.1+0.058×1.5×1=1.187≈1.2

3.3滚动轴承的等效平均动载荷

3.3.1按3811滚动轴承的部分规定：

起重机运行机构滚动轴承的载荷属于P M型载荷（由电动机驱动转矩所确定的载荷），按载荷情况-Ⅰ（无风正常工作），P MmaxⅠ=（P MF+P MA）γm′。

上式中：P MF－与机构传动效率中未考虑的运行摩擦力相对应的载荷。应为全部运行质量（额定负载+自重）的重力，N

P MA－与机构加（减）速有关的起（制）动惯性载荷。

γm′-考虑计算方法不完善和偶然因数而引入的增大系数，见下表：

按轴承有关标准，载荷和速度均变动时P-应按平均当量动载荷选取，起重机上常用轴承一般转速保持不变，载荷随时间在Pmax和Pmin之间单调而连续变化。滚动轴承的等效平均动载荷P MmeanⅠ=K m′·P MmaxⅠ

上式中：K m′－为机构载荷谱系数K m的立方根。按规范3.3.2，取运行机构载荷级别为L3-L4，K m=0.5,则K m′=0.51/3=0.794≈0.8。

3.3.2 滚动轴承的径向-等效平均动载荷（F r）

考虑到车轮组设计中滚动轴承所受的载荷应该由车轮传来，二者数值应相同。因此滚动轴承的径向-等效平均动载荷应该等于车轮设计时所计算的平均当量动载荷P，即 P meanⅠ＝（Pmin＋2Pmax）/3 (N)

式中：Pmin和Pmax分别为起重机的最大静轮压和最小静轮压，N。

3.3.3 滚动轴承的轴向-等效平均动载荷（Fa）