莱钢科技2011年2月球磨机滚动轴承模型分析孙羽生,董金锋,李伟杰(鲁南矿业公司)摘要:以鲁南矿业有限公司MQG210/300球磨机改造用的大型双列向心球面滚子轴承为分析对象,基于有限元分析软件ANSYS,建立了滚动轴承接触分析的三维有限元模型,对轴承的接触问题进行了数值模拟,得到了轴承承载过程中的应力和变形分布。通过与hertz理论计算结果对比分析,两者结果比较接近。承载能力足够。关键词:滚动轴承接触问题hertz理论ANSYS轴瓦逐步被双列向心球面滚子轴承所取代。这种改0前言造有以下特点:球磨机是目前将固体物料细化制粉的重要设1)由于主轴承结构简化及润滑系统的改变,备,广泛应用于冶金、陶瓷、水泥、建筑、电力、彻底根除了传统球磨机存在的烧瓦隐患。医药以及国防工业等部门。尤其是冶金工业中的选2)轴承由滑动摩擦变为滚动摩擦,摩擦系数矿部门,磨矿作业更是具有十分重要的地位。在金小,摩擦阻力力矩小,能耗低,通常可节能10%属矿选矿厂,普遍采用卧式筒型球磨机。目前,国左右[1,2]。内生产使用的这种球磨机的主轴承大多数为滑动轴3)滚动轴承启动和运行工作过程单一,故障瓦,该部件是球磨机的核心部件,它承受筒体、磨率低,维护操作简便,提高了设备运行效率。料、矿浆等产生的静负荷及转动过程中介质抛落、4)改造周期短,一次性投资较低。滑落产生的动负荷并伴有给料过程中的冲击负荷,5)滚动轴承使用寿命长,通常是传统滑动轴处于低速、重载、连续运行状态。球磨机的滑动轴瓦寿命的5倍以上。瓦采用巴氏合金浇铸,在使用过程中存在以下主要鲁南矿业有限公司自2005年以来先后经过多问题:次技术改造,逐渐将所有球磨机的滑动轴承改成双1)轴瓦与轴颈直接接触,运转时两者相对滑列向心球面滚子轴承。对滚动轴承来说,滚动体与动,摩擦系数较大,摩擦力矩大,能耗高。滚道之间的法向接触力是滚动体受的主要负载,影2)密封效果差,由于工作环境恶劣,矿浆易响滚动体与滚道接触负荷大小的因素主要是轴承工进入,造成轴瓦磨损过快。作负载,此外还有惯性力、轴承的结构、轴和座的3)滑动轴瓦采用稀油润滑,一旦断油或管路刚性等。以下将对MQG210/300型球磨机双列向心堵塞,造成润滑不良,轴瓦与轴颈的摩擦将变为干球面滚子轴承的静态负载分布情况进行分析。摩擦,温度急剧升高,发生烧瓦事故。1利用hertz理论进行分析4)烧瓦故障发生的风险较大。并且一旦发生烧瓦现象,更换轴瓦或进出料端盖时,都需要对轴选用的分析模型是拟用作MQG210/300型球磨瓦进行反复刮研,工作量大,技术要求高,且难以机的双列向心球面滚子轴承,轴承的内径为800控制。mm,轴承的外径为1060mm,滚动体的尺寸为随着轴承制造业的发展,大型滚动轴承的制造60mm70mm,双列,数量为64个。根据实际水平不断提高。通过技术改造,球磨机主轴承滑动工况进行分析简化后,出料端轴承承受最大的径向负荷为297103N,方向垂直向下。滚动轴承区别作者简介:孙羽生(1973-),男,2010年4月毕业于哈尔滨工业于滑动轴承的特殊结构就是受载滚动体个数较多,大学机械工程领域工程硕士专业。工程师,现为莱钢集团鲁南矿业负载分布属静不定问题。在求解负载分布的一般方有限公司机修车间副主任,主要从事设备管理工作。53孙羽生,等:球磨机滚动轴承模型分析第1期(总第151期)法时,可根据变形协调条件求出接触位置的变形和已知滚动轴承最大滚动体负荷为:轴承内外圈的相对位移,根据hertz接触理论,写408FrQ=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(5)出接触载荷和接触弹性变形的关系方程,建立与位maxZ移及变形有关的力平衡方程,即可解负载的分布情由式(3)可求得受载区任一滚动体的接触负况[3]。荷。先利用hertz理论对单列圆柱滚子进行分析,以上是在游隙为零的情况下讨论的,而实际情轴承受到径向力Fr的作用,假设该轴承径向游隙况并非如此,径向游隙的存在会使受载区减小,最为零,则向心轴承受径向力作用后内外圈在外力作大滚动体负荷就会增加,对存在游隙的滚动体负荷用下发生相对位移,根据变形协调条件,第q个公式适当放大,得:滚动体与内外圈之间总的弹性变形量为46FrQ=⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(6)maxZq=rcosq⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)(1)式中:在双列对称球面滚子轴承中,如图2中因内外q滚动体序号,位于径向负荷作用线上受角相等,滚动体与内外滚道接触负荷沿接触点法线载最大的为0号,两边对称,依次为1,2,;方向法向接触负荷Q可以分解为轴向和径向二分量和,其关系是:q第q个滚动体位置角,其中径向负荷的作用方向为