起重机回转支承装置的可靠性分析

　  起重机回转支承可靠度分类号滚动轴承式回转支承装置是起重机中应用最广泛的回转支承装置，其主要失效形式为滚动体接触疲劳和接触强度破坏。回转支承装置的接触疲劳破坏将使支承装置在工作时产生冲击、噪声、磨损和温升，从而导致起重机的工作性能下降乃至丧失承载能力。起重机的滚动轴承式回转支承是一个大型的特种轴承，其可靠性分析与设计难以套用一般滚动轴承的计算方法，起重机行业尚未进行充分的研究。

　　1滚动体承载能力极限状态方程由可靠性理论知，回转支承装置要在规定的时间内可靠地工作，必须满足式中，S为滚动体的承载能力s为滚动体所受应力。S ， s本身是某些变量的函数，即式中， X为影响滚动体强度和应力的随机变量，如滚动体材料性能、表面质量、尺寸效应、材料对缺口的敏感性、载荷情况、应力集中、工作温度、润滑状态等。由式（1）可得滚动体的极限状态方程为根据大量统计资料可知，滚动体强度S服从威布尔分布，应力s服从正态分布，可采用应力─强度干涉模型求解出滚动体，亦即滚动轴承的可靠度相应的累积失效概率为2回转支承装置的可靠度求解模型设已知滚动体强度的概率密度函数和滚动体应力的概率密度函数，根据应力―强度干涉理论，滚动体的失效概率为朱大林，教授，从事机械结构动态分析和可靠性设计教学与研究。武汉水利电力大学（宜昌）机械工程系（443002）式中，P（S）、f（s）分别为强度和应力的概率密度函数，因为滚动体的强度服从威布尔分布，应力服从正态分布，所以，强度S的概率密度函数为应力s的概率密度函数为强度S的累积分布函数为式中，β为形状参数S为位置参数θS为尺度参数。对式（6）取积分下限为S 0，积分得零件的失效概率为式（10）的积分有专用数表，可以根据β、A =来查取零件可靠度由式（10）可知，欲求得滚动体的失效概率P f，关键是确定应力分布参数σ和强度分布参数β，3应力和强度分布的参数估计3.1滚动体应力为正态分布的参数估计在疲劳强度可靠性设计中，当缺乏实测资料时，可近似地按下式估计滚动体应力分布参数，即式中，μ为滚动体在计算截面上工作应力的均值σ为滚动体在计算截面上工作应力的标准差S为根据零件工作状态的正常载荷（或第Ⅰ类载荷）按常规应力计算方法所得到的零件工作应力C为变异系数，一般C 3.2滚动体强度为威布尔分布的参数估计当缺乏滚动体疲劳强度的实测数据时，可通过材料的机械特性资料来近似地确定零件的疲劳强度的分布参数式中，μ分别为滚动体材料的对称循环疲劳极限的均值和标准差K为疲劳极限修正系数，对滚动体而言，取K接触疲劳破坏是由于两物体接触加载后，在物体表面下某一深度处产生的对称循环切应力超过材料疲劳极限的结果，因此，当工作应力为接触应力时，强度取为滚动体材料的对称循环疲劳极限σ通常，手册中的σ值即材料对称循环疲劳极限的均值，而标准差可取为均值的10 ，则滚动体的疲劳强度分布参数可近似取为武汉水利电力大学（宜昌）学报2000年6月据有关研究结果推荐，材料的疲劳极限σ与布氏硬度之间存在一定的关系，当布氏硬度小于500HB时，对于黑色金属可采用以下经验公式威布尔分布的均值、标准差与β，S 0，θ之间的关系如下式表示β为威布尔分布的形状参数，对于轴承钢，β=1.1～1.3由式（16）、（17）确定的μS，及上述β值，代入式（19），（20）中可求出S 0，从而求出A、C ，查取数表即得零件的失效概率P以上方法可用于回转支承的可靠性评价。文献中推荐目标可靠度值[ R] =0.99 ，通过R与[ R]的比较可修改回转支承的设计尺寸，从而达到可靠性设计的目的。

　　4回转支承的可靠性计算实例一门座起重机回转支承，分析其可靠度R ，计算原始数据为：起重机工作级别A 7，起重量20t ，工作幅度18～45m.根据常规设计计算方法，计算出回转支承装置的受力：总垂直力V =2381kN 总水平力H s.根据设计资料得到最大应力为S 9.59MPa ，应力均值及标准差分别为（取C知：σ=306.99MPa.计算可靠度，取形状参数β=1.1，由式（19）、（20）求出S 5结语本文讨论了起重机滚动轴承式回转支承的接触疲劳可靠性，采用应力─强度干涉模型得出了回转支承的失效概率P f，进而得到了可靠度R.本文所建立的方法不但可用于滚动轴承式回转支承的可靠性评价，而且可根据给定的目标可靠度[ R]与R的比较，修改回转支承的尺寸以达到可靠性设计的目的。如本文计算结果为R =99 .42 ，而目标可靠度[ R]为99 ，说明设计尺寸稍偏大，可适当修改设计尺寸，以达到[ R] =99 的要求。