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滚筒洗衣机轴承寿命计算与选型校核

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化范猛

惠而浦(中国)股份有限公司

  1 引言

  轴承的主要功能是支撑机械旋转体,降低其运动过程中的摩擦系数并保证其回转精度。滚筒洗衣机所用的两个轴承为两面带骨架式橡胶密封圈的深沟球轴承。轴承压入设备通过压头将安装载荷平行于轴承安装孔轴线均匀的施加在轴承外圈上,再将轴承压入到轴承座的孔中,在洗衣过程中,轴承承受径向载荷。偏心载荷的质量、内桶的容积、脱水偏心控制规格、两轴承的型号和之间的距离都是影响轴承寿命的因素。

  2 内桶及转轴受力分析

  滚筒洗衣机的内桶构成主要包括内桶、内桶三脚架等;内桶三角架和内桶通过螺纹连接固结于一体。另外,内桶三脚架包括转轴和三脚架,其中转轴的一端通过键的形式与三脚架压铸在一起,转轴的另一端与皮带轮或直接与电机连接。当电机工作时,电机将输出力矩传递给转动轴,进而带动内桶做旋转运动。

  滚筒洗衣机在脱水过程中,桶内的负载是随机分布的,为方便计算内桶的受力情况,假设内桶为刚体,同时将系统结构受力进行简化。通过力学分析,任何状态分布的负载均可转化为均匀负载m和偏心负载m1的叠加[1],如图1所示。内桶在脱水过程中受到均匀负载产生的离心力Fm,偏心负载产生的离心力Fm1以及内桶本身的重力G。由于内桶本身的重力G远小于离心力,因此内桶本身的重力可忽略不计;而均匀负载产生的离心力Fm,均匀分布在内桶壁周圈,假设内桶为刚体,在不考虑内桶变形的情况下,任意方向上离心力可抵消不计;故在计算和分析转轴和轴承的受力情况时可只需考虑离心力Fm1


图1 桶内实际负载与等效负载分布图


  公式(1)中:

  F——偏心负载产生的离心力(单位:N);

  n——内桶转速(单位:r/min);

  m1——偏心负载的重量(单位:kg);

  r1——偏心负载的重心到内桶中心的距离(单位:m)。

  转轴的受力如图2所示,转轴在2个轴承的限制下,受到了轴承反作用的轴承力F1与F2。同时,根据力的平移原理,转轴受到离心力F的作用。按照力的平衡原理可列出公式(2)和公式(3)[2]


图2 轴承受力分析


  进一步可解出轴承对转轴作用的力F1和F2。同时由公式(3),可知,两轴承之间的跨距a以及内桶的深度对F1和F2有影响。

  参考文献

  [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.

  [3]邱宣怀.机械设计第四版[M].北京:高等教育出版社,1997:372-382.

  [4]于惠力,冯新敏.轴系零部件设计与实用数据速查[M].北京:机械工业出版社,2010:67-70,82-83.

  [5]GB/T4288-2018,家用和类似用途电动洗衣机[S].北京:中国标准出版社,2018:10-12.

来源:《家电科技》2019年第三期