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滚筒洗衣机轴承寿命计算与选型校核——下

  要的计算。滚筒洗衣机所用的深沟球轴承主要失效形式是疲劳点蚀,由于其额定静载荷C0远大于洗衣时负载及转速,故在计算寿命时只需对轴承进行接触疲劳寿命计算,无需对静强度和极限转速进行校核。轴承中任一元的工作小时数称为轴承的寿命,实际选择轴承时常以基本额定寿命为标准,即在基本额定动载荷作用下,轴承工作106r而不发生点蚀失效,其可靠度为90%,通过公式(4)[

  滚筒洗衣机所用轴承为深沟球轴承,而转轴在转动中没有轴向载荷,故有:ε=3;C=Cr;X=1;Y=0;fp=1.0;代入(4)式和(5)式得:

  Cr可根据所选轴承型号查有关手册[4];对于轴承A,P=F1;对于轴承B,P=F2,带入公式(6)即可计算出轴承的基本额定寿命。

  由公式(1)可知轴承运行的最严苛工况是在脱水阶段。脱水时整机是否能在一定偏心负载的情况下,内桶转速达到标称的额定脱水转速是衡量整机脱水性能的一个重要指标,其外在表现是程序结束后衣物的含水率。大的偏心会造成外桶撞击箱体、整机位移、振动和噪音超标等问题,故各厂商对脱水时偏心负载的控制十分严格。通过对几个品牌10kg机型的测试,最高脱水转速下的偏心控制均在500g以下,如图3所示。

  GB/T 4288-2018对滚筒洗衣机的无故障运行时间和最高脱水转速的时间有明确要求,具体为无故障运行时间2300h[5],折合标准程序或者棉麻程序大约2120个周期;内桶转速需要达到标称最高脱水转速并维持不少于1min[5],厂商一般控制在1~2min。因漂洗阶段的脱水转速要明显低于标称最高脱水转速,为提高对轴承使用寿命的校核要求,假定在一个标准程序或者棉麻程序中,每次脱水都能达到最高脱水转速并维持2min,在此工况下,内桶以最高脱水转速的时间为6min。综上,在2300h的使用寿命中,轴承以最高转速工作的时间是212h,我们认为这个工作时间是轴承寿命的基本要求;即我们选用的轴承,通过基本额定寿命的计算,其寿命数值必须要大于212h。以洗涤容量为10kg,最高脱水转速为1400rpm的机型为例,通过公式(1)~公式(7)来计算轴承基本额定寿命,如表1所示。从表中可以看出,方案3~方案5都能满足使用寿命要求。如整机理论设计转速达到1400rpm,允许的最大偏心质量为0.5kg,可选用方案3,此方案对整机各部件及部件之间的间隙以及整机的脱水控制规格都有较高的要求,整机成本也会较高;而如果将允许的最大偏心质量降到0.4kg,此方案的轴承富余量又过多。方案4和方案5将达到1400rpm允许的最大偏心质量降低到0.4kg,牺牲了部分带载能力;同时方案5压缩了两轴承之间的跨距,可减少整机的深度尺寸。以上计算是基于洗衣机每次脱水都能达到标称的最高脱水转速。

  针对轴承寿命的计算与选型,首先应对内桶转轴进行受力分析,得出轴承对转轴作用的力,结合轴承基本额定寿命计算公式,计算出轴承的基本额定寿命。另外,通过以上分析也可以知道,对于轴承选型的校验主要依据整机在脱水运行工况下轴承的使用寿命,而轴承的使用寿命和整机的脱水控制规格密切相关,同时也要从整机带载能力、深度尺寸、成本等几个方面进行系统考虑进而选择出合适的轴承。

  [1] 胡伟. 一种高精度滚筒洗衣机串激电机重量感知算法[J]. 家电科技, 2017: 1:72.

  [2] 哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学第六版[M]. 北京: 高等教育出版社, 2002:41-46.