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Nen equations for estimating life of main bearings on rotary table and swivel

Liu Yangsong
(Jianghan Petroleum University,Jingzhou City,Hubei Province)

The currently-used equations for calculating the lifr of the main bearings on rotary table and swivel take no consideration of all the affecting elements.The author offers thereby new equations that take an overall considerationof the load,rotary speed ,lubrication,assembling,working environment,material and surface hardness,The variable load operating mlde of the rotary table and swivel was transformed equivalently into stable load operating mode,and the equations for calulating the equivalnent weight dynamic load pm and the life of the main bearings were educed.As an example,the author estimated the fatigue life of the main bearing on the swivel for 4000m rigs.
Subject Concept Terms:rotary table swivel main bearing life estimation equation

　　影响转盘和水龙头主轴承疲劳寿命的因素有：①主轴承承受很大静载荷和有冲击性的旋转动载荷；②主轴承转动使滚动体与保持架产生惯性力及转动离心力；③主轴承采用机油润滑，其疲劳寿命随膜厚比的增加而增加；还有润滑油的清洁度；④主轴承的配合、轴向紧固和密封等装配状况；⑤主轴承工作温度、湿度及有无腐蚀性介质等工作环境；⑥材料质量、熔炼方法及其表面硬度。
　　文献［1］～［3］曾给出转盘和水龙头主轴承寿命估算公式，但对上述影响因素考虑不充分，与实际工况有一定出入。笔者在考虑上述诸因素影响的基础上，将转盘和水龙头主轴承由变载荷工况向稳定载荷工况进行等效转换，导出其等效当量动载荷Pm的计算公式及主轴承寿命Lh估算的新公式。

Pm及Lh估算的新公式

　　全面考虑诸影响因素后滚动轴承寿命的最新计算公式为［4］

　　　　　　　　　　　(1)

式中　n——轴承转速，r/min;
　　　C——额定动载荷，N；
　　　P——当量动载荷，N；
　　　ε——寿命指数；
　　　fF——载荷系数，对转盘和水龙头主轴承，fF=1.25；
　　　fL——润滑寿命修正系数；
　　　fR——可靠性寿命修正系数；
　　　fU——游隙寿命修正系数；
　　　fE——轴向偏斜寿命修正系数；
　　　fY——材料冶炼方法寿命修正系数；
　　　fH——表面硬度寿命修正系数，fH=(gH）ε, gH为额定动载荷硬度修正系数；
　　　fT——温度寿命修正系数，fT=（gT）ε，gT为轴承额定动载荷温度修正系数；
　　　fG——润滑油过滤精度寿命修正系数，滚子轴承fG=3.5（Gj）-0.55，Gj为滤网的细度(μm)。
　　由疲劳损伤累积理论得变载荷工况下滚动轴承损伤为

　　　　　　　　　　　　　　　　　　(2)

式中　Q——损伤程度；
　　　S——载荷谱的载荷级数；
　　　L′i——某一载荷级在规定寿命期内的循环次数，106r;
　　　Li——某一载荷级达到极限寿命时的循环次数，106r。
　　　L′i、Li由下式确定

　　　　　　　　　(3)

式中　ni——某一载荷级时的转速，r/min；
　　　qi——某一载荷级运转时间占总时间之比；
　　　LR——滚动轴承总工作寿命，h；
　　　Pi——某一载荷级时的当量动载荷，N。
　　系数fL、fU、fE随载荷大小而变化，故等效当量动载荷Pm下的fL、fU、fE都是未知的。按式（2）、（3）来求解等效当量动载荷Pm是十分困难的。为计算方便，取各级载荷作用下修正系的平均值fLm、fUm、fEm作为等效当量动载荷下的fL、fU、fE，即

　　　　　　　　　　　　　　（4）

　　主轴承在等效当量动载荷Pm及相同的载荷循环次数条件下达到同样损伤，系数fT、fH、fR、fY、fG受载荷的影响不大，可取为定值。 由式（2）、（3）有

　　化简后得等效当量动载荷为

　　　　　　　　　　　　　　　(5)

　　主轴承疲劳寿命为

　　　　　　　　　　　　　　(6)

式中　nm——主轴承平均转速，r/min，且nm=。

计　算　实　例

　　130型4000m深井钻机水龙头主轴承采用9069456型推力向心对称球面滚子轴承，其额定动载荷C=2391200N，采用机油润滑，润滑状态较好，并采用127mm×9.19mm钻杆，单位长度重量G=313.6N/m，现根据主轴承工况估算其寿命Lh。
　　先将4000m井深等分成4个区段，其部分计算结果列于表1。

表1　求等效当量动载荷Pm的中间计算结果