硅谷杂志：回转窑液压挡轮装置滚动轴承的选型分析 |
| 2012-10-31 10:41 作者：赵海波 李文 段玉新 来源：硅谷网-《硅谷》杂志 HV： 编辑： 【搜索试试】
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【硅谷网10月31日讯】据《硅谷》杂志2012年第16期刊文称，近几年回转窑不断向大型化发展，中国滚动轴承制造技术也逐渐发展，滚动轴承被大量应用于回转窑挡轮装置中。窑型不断增大的同时，液压挡轮轴承的变化却不大。因为很多设计为降低成本，只考虑轴载荷，忽视挡轮轴承的强度校核，而认为轴承强度满足载荷条件时，其内径所限制的轴径也一定满足强度条件。这就造成经济性与强度要求的矛盾得不到平衡，造成很大安全隐患。那么如何选择恰当的轴承就成为解决问题的关键。
0引言
对于滚动轴承的选择来说，很多人认为只要校核轴承的强度就可以了，轴承的强度得到保证，轴的强度一定满足条件。但是这样忽视了挡轮轴的强度校核和经济性的考虑。通过对轴承和轴两方面的校核计算综合考虑做出的轴承选择，可以实现相对合理的结构设计。本文利用Φ4.8m回转窑液压挡轮为例来证明滚动轴承选择时对挡轮轴分析的必要性。
液压挡轮推动回转窑向上窜动时承受回转窑的下滑力和滚动摩擦力，所以首先要计算分析液压挡轮的受力情况。
1挡轮装置受力计算
窑体回转部分总质量：
M=M物+M衬+M筒体+ΣM轮+M齿=447+1200+475+200+30=2350t
窑体回转部分总重量：G=M=2350t
回转窑的倾斜度：sinβ=3.5%
液压挡轮推力[1]：
FAY=（1.2～1.5）×G×sinβ=（1.2～1.5）×2350×0.035=（98.7～123.375）t
单个液压挡轮最大推力：Fay=FAY/2=62t
挡轮的半锥顶角：ｒ=10.47°
挡轮轴向力：Fa=Fay×tgｒ=62×tg10.47°=11.457t
2调心滚子轴承和推力球轴承的计算分析
挡轮的调心滚子轴承和推力球轴承的布置形式如图1，其径向推力Fay（水平方向）由上部和中部调心滚子轴承来承受，其轴向推力（竖直方向）由下方的推力调心滚子轴承来承受。
图1挡轮结构和受力简图
挡轮受力中心到上部轴承距离约为m=247mm（此值越大，RA越大），第一个轴承中心到第二个轴承中心距离约为L=362mm（此值越小，RA越大）。
对中间调心滚子轴承中心取弯矩，有Fay×（L+m）=RA×L，
可得=（247+362）×62/362=104.3t
RB=RA-Fay=104.3-62=42.3t
RA即为上部调心滚子轴承受到的当量动载荷。
计算额定动载荷为
P1=RA=104.3t
P2=RB=42.3t
fh-寿命系数，
Lh-额定寿命。假定轴承寿命为Lh=60000小时，ε为寿命指数，对滚子轴承ε=10/3，可得fh=4.2
筒体正常工作是转速为n0=1r/min，则挡轮转数
=1×5900/1800=3.3r/min
取速度系数fn=1.72
fm-力矩载荷系数，取载荷系数fm=1.5；
fd-冲击系数，无冲击或有轻微冲击，取fd=1.1；
fT-温度系数，fT=0.95（工作温度125℃以下）。
则三个轴承的的额定动载荷为
即4424KN
即1794KN
即486KN
满足C1=4424KN的轴承最小内径为Φ320mm，因为还没有经过轴的强度计算，所以此时还不能确定轴承具体结构。
3挡轮轴的计算分析
液压系统发生故障或其它原因将挡轮轴向位置固定时，此时不能考虑由所有挡轮分担总的推力，必须考虑一个挡轮轴承担总的推力，挡轮轴受力如图2所示。
图2挡轮轴受力简图
挡轮轴处两个调心滚子轴承的作用相当于固定支撑，和挡轮连接处的受力相当于悬臂梁的作用。
从O点到B点，挡轮轴受到的弯矩分别为
M（x）=FAY×x，（0≤x＜247）
M（x）=FAY×x-PA×x，（247≤x＜609）
可知最大弯矩发生在A点，此时最大弯矩为
M（x=247）=FAY×104×m=124×104×247=30628000Nmm
根据抗弯截面系数和的要求得出
就是说轴承所在位置的轴径至少要Φ382mm才满足弯曲强度的要求。此计算结果的安全系数为1，不能保证轴在受冲击时的抗弯强度，如果为把个系数变为2，则
计算结果为结合上面所提到的轴承载荷的计算结果C1=4424KN，国产轴承满足条件的内径是从Φ320mm开始的，此时对比两方面条件最接近轴承内径就是Φ480mm，所以选择轴承24096CA/C3W33（Φ480/Φ700*218）；
而中部调心滚子轴承不涉及轴的弯曲强度问题所以我们可以直接根据其载荷选择最小直径的轴承，按C2=1794KN选取轴承直径只有Φ200mm，但由于轴径过渡接与轴承安装阶梯之差要小于轴承内圈高度，所以限制了轴径的大小，确定轴径为Φ400mm，这样可以选择轴承23080（Φ400/Φ600*148）；
同样下部推力调心滚子轴承的选择也是在满足载荷C3=486KN的情况下，考虑了中部轴承的阶梯结构确定其内径为Φ340mm，确定轴承29268（Φ340/Φ460*73）。
4结论
对于挡轮装置中滚动轴承的选择来说，单纯计算轴承载荷来确定轴承内径的方法是不能满足条件的，主要是不一定满足轴的强度要求。所以在实际的结构设计中，将轴承的校核计算要和轴径强度计算相结合所做出的轴承选择可以实现相对合理的结构设计。滚动轴承选择时对挡轮轴分析是必要的。 |
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