极限设计方法简介

    由表2-1各公式可看出,确定滚动轴承设计水平的额定动负荷值,随滚动体直径、数量、长度而变化,其中滚动体直径影响最大,长度次之,数量再次之。为此,国内外在轴承设计上都以减小套圈壁厚,加大滚动体直径长度来提高轴承的设计水平,但在设计思路上都以先确定滚动体尺寸,再计算套圈尺寸,当计算到套圈薄弱处时,再作强度检验验算,验算符合要求则设计通过,否则,则调整滚动体尺寸,再作计算。当前采用计算机作优化设计亦按此思路编制程序。

    我公司(所)独创的极限设计方法,突破了百余年来的上述设计思路,采取先确定强度边界,另行推证了一整套设计计算公式,使滚动体所确定的尺寸无限趋近各强度边界值(数学上的极限概念),三次以内的精确计算即达到数学优化的最佳结果。各类轴承新的设计公式的推证,由四川省科委下达给我公司(所)的课题完成,在保证零件强度的前提下,为了最大限度的挖掘轴承设计的有效空间,由我公司(所)自筹资金与河南科技大学一起完成了由机械工业部下达的滚动轴承极限设计方法的强度理论分析及强度试验研究两项课题。分析、研究表明:

    1)当前轴承设计并未达到强度极限,确有设计潜力可挖掘;

    2)减薄套圈壁厚,加大滚动体尺寸(特别是直径)仍然是轴承设计探寻的方向;

    3)由于轴承是各种机械的基础件,量大面广,使用条件差异较大,加上套圈减薄后给轴承制造带来若干问题,因此对强度系数的取用必须慎之又慎,应从分析使用及加工条件入手,循序渐进予以改进。

    我公司(所)在分析、研究极限设计方法的同时,已将此新的设计方法全面用于重型轴承的产品设计,成功地为进口主机用重型轴承的国产化生产了数百个品种,也为国内众多重型主机用轴承的升级换代开发生产了数百个品种,其设计水平均与当前国际先进水平相当(详见目录的数据)。加上我们在选材(电渣重熔军用甲组钢)、工艺、工装、检测、装配方面,采取了若干提高轴承疲劳寿命的有效措施,使我公司(所)开发生产的特大型轴承的使用寿命业已达到或接近进口轴承的水平。其中1700热连轧轧钢机轴承已达到平均轧钢量超过180万吨的业绩,是原国产轴承平均寿命的3～3.6倍,是进口轴承平均寿命的1.5～1.8倍,达到是国家在“八.五”规划中对该种轧机轴承的轧钢量80万吨要求的2.25倍。同时在产品设计方面已获得了三项国家专利。

2.4 当前国产特大型轴承设计与国外的差距甚大

    《轴承》杂志1998年10期的37-40页,曾以专题综述刊登了我公司(所)“特大型轴承升级换代的探索与实践”一文,文中列出了可供对比的19种四列园柱、9种四列园锥、15种双列调心三大类滚子轴承的有效额定动载荷值,对比计算结果摘列于表2-5

表 2-5 国内外特大型轴承额定动载荷与额定寿命的比值

    表2-5的原始数据取自1995年洛阳轴承研究所编制的“滚动轴承产品样本”、1993年“SKF重型轴承样本”、1988年“FAG标准轴承总目(中文版)”及“FAG园柱孔四列轴承”所载的有效额定动载荷值”。

    表2-5数据表明,我国现有特大型轴承与国外相同产品比较,有效额定动载荷仅为国外产品的61%～72.5%,相应的额定寿命仅为19.25%～34.23%,即要用2～5套国产特大型轴承才能顶替1套进口轴承,差距之大,实属惊人。我们在呼吁我国轴承行业加速特大型轴承升级换代的同时,也提请需要高额定动负荷及长寿命特大型轴承的用户,选择和使用我公司(所)已升级换代的产品,定能达到与进口轴承相近的使用效果。