Расчет на долговечность

Виды разрушения и критерии работоспособности подшипников качения

Виды разрушения и критерии работоспособности

подшипников качения. Расчет на долговечность»

1. Пластические (остаточные) деформации. Пластические деформации в виде вмятин (лунок) на дорожках качения колец, нарушающие работоспособность подшипника, наблюдаются в невращающихся и тихоходных подшипниках (n ≤ 1 об/мин) при действии на них больших статических или ударных нагрузок. Поэтому основным критерием работоспособности невращающихся и тихоходных подшипников является статическая грузоподъемность, предупреждающая пластические деформации.

2. Усталостное разрушение. Усталостное разрушение рабочих по­верхностей тел качения и дорожек качения колец подшипников в виде раковин или отслаивания происходит вследствие действия на них циклического контактного напряжения. Наблюдается у под­шипников после длительной их работы в нормальных условиях при n ≥ 10 об/мин и сопровождается повышенным стуком. Поэтому основным критерием работоспособности подшипников, работающих в нормальных условиях при n ≥ 10 об/мин, является динамическая грузоподъемность, предупреждающая усталостное разрушение.

3. Износ. Наблюдается при недостаточной защите подшипника от абразивных частиц (пыли и грязи). Это основной вид разрушения
подшипников автомобильных, тракторных, строительных и многих
подобных машин.

4. Раскалывание колец и тел качения. Происходит при ударных нагрузках и неправильном монтаже, вызывающем перекосы колец и роликов.

5. Разрушение сепараторов. Характерно для быстроходных подшипников. Оно происходит от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор тел качения.

На основании теоретических и экспериментальных исследова­ний, получена кривая усталости подшипников качения (кривая не имеет горизонтального участка). Исходным для расчета подшипников на долговечность является уравнение этой кривой

L = (C/R_э)^m

где L – расчетная долговечность подшипников в миллионах оборо­тов – расчетный срок службы, в течение которого не менее 90% из данной группы подшипников при одинаковых условиях должны отработать без появления признаков усталости металла;

С – дина­мическая грузоподъемность радиальных и радиально-упорных подшипников – постоянная радиальная нагрузка (а для упорных и упорно-радиальных – центральная осевая нагрузка), которую груп­па идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом может выдержать (без появления усталостного разрушения поверх­ностей контактирующих тел) в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов внутреннего кольца. Значение С устанавливают на основании те6ретических экспериментальных исследований для каждого данного подшипника при L = l. Значения С в килоньютонах приводятся в каталогах; R_э – эквивалентная динамическая нагрузка радиальных и радиально-упорных под­шипников – постоянная радиальная на­грузка (а для упорных и упорно-ради­альных – центральная осевая нагруз­ка), которая при приложении ее к под­шипнику с вращающимся внутренним и неподвижным наружным кольцом обес­печивает такой же расчетный срок служ­бы, как и при действительных условиях нагружения и вращения, m – показатель степени, зависящий от формы контактирующихся тел; для шариковых подшипников m = 3; для роликовых m = 10/3 = 3,33. Расчетная долговечность подшипников (ч)

L_h = [10⁶/(60n)] (C/R_э)^m, (1)

где n – частота вращения подшипников, об/мин.

5. «Подбор подшипников качения»

При проектировании машин подшипники не конструируют и не
рассчитывают, а подбирают из числа стандартных. В соответствии
с критериями работоспособности подшипники подбирают по стати­ческой и динамической грузоподъемности.

Подбор подшипников по статической грузоподъемности. Невращающиеся подшипники и вращающиеся с частотой n ≤ 1 об/мин подбирают по статической грузоподъемности.

Статическая грузоподъемность – это статическая нагрузка, которой соот­ветствует общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагру­женной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. Такая остаточная деформация не оказывает значительного влияния на работу подшипника. Значение С₀ в килоньютонах приводится в каталогах.

Подбор подшипников по динамической грузоподъемности. Выпол­няют при частоте вращения n ≥ 10 об/мин (при n = 1…10 об/мин принимают n = 10 об/мин). В основу подбора положена формула (1).

Работоспособность подшипников зависит от многих факторов, в том числе от отношения осевой нагрузки к радиальной, характера и частоты вращения колец, характера приложения нагрузки и тем­пературы. Влияние этих факторов на работоспособность учитывается тем, что подшипники подбирают не по действительным нагруз­кам, а по эквивалентной нагрузке R_э.

Для радиальных шариковых и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников

R_э = (XК_кR_r + YR_a)К_бК _т

Для радиальных подшипников с короткими цилиндрическими роликами

R_э = К_кR_rК_бК _т

Для упорных шариковых и роликовых подшипников

R_э = R_aК_бК _т

где R_r – радиальная нагрузка на подшипниках (суммарная радиальная опорная реакция), кН;

R_a – осевая нагрузка подшипника, кН;

К_к – коэффициент, учитывающий вращение колец:

- при вращении внутреннего кольца К_к = 1,0,

- при вращении наружного кольца К_к = 1,2;

К_б – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки:

- при спокойной нагрузке без толчков К_б = 1,

- с умеренными толчками (редукторы всех конструкций) К_б = 1,3…1,5,

- при ударной нагрузке К_б = 2…3;

К т – температурный коэффициент:

- при температуре подшипника t ≤ 100°С К т = 1,

- при t = 125…200°С К т = 1,05…1,25;

X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок.

При выборе типа подшипника предпочтение следует отдавать более дешевым, шариковым радиальным подшипникам. Их применяют в механизмах и машинах, где осевая нагрузка составляет менее 35% от радиальной (F_а/(К_кR_r) ≤0,35). Если отношение F_а/(К_кR_r) >0,35, то рекомендуется применять шарикоподшипники радиально-упорные или роликоподшипники конические.

Выбор типоразмера подшипника производят, исходя из расчетного диаметра вала под подшипники. Для быстроходных и промежуточных валов редуктора рекомендуются подшипники средних серий, а для тихоходных – легких. Конкретный типоразмер подшипника устанавливают после определения расчетной долговечности L_h.

Требуемая долговечность подшипников L_h определяется сроком службы машины между капитальными ремонтами. В общем маши­ностроении принимают L_h = 2500…20 000 ч. Для редукторов желательно, чтобы L_h быларавна долговечности редуктора, которая составляет для зубчатых редукторов 36 000 ч и для червячных – 20 000 ч; допускается минимальное значение L_h соответственно 10 000 и 5000 ч. Если расчетное значение L_h получилось меньше требуемого, то применяют другой типоразмер подшипника и повторяют расчет.

6. «Опоры подшипников качения»

Подшипниковые опоры кроме подшипников включают в себя корпус с крышками, устройства для крепления колец подшипников, защитные и смазочные устройства. Они фиксируют вал в осевом направлении, предохраняют тела качения от защемления, обеспечивают возможность регулировки зубчатых зацеплений и зазоров в самих подшипниках как при монтаже, так и в процессе эксплуата­ции, обеспечивают удержание смазки, предохраняют подшипник от пыли и влаги.

Осевая, фиксация вала в корпусе выполняется одной или двумя опорами.

При фиксации вала одной опорой один из подшипников крепят на валу и в корпусе (фиксирующая опора). Наружное кольцо другого подшипника в корпусе не закреплено и поэтому имеет свободное осевое перемещение («плавающая» опора). Благодаря этому происходит компеисация для температурных удлинений вала и возможность ошибок монта­жа, что устраняет опасность защемления тел качения. Фиксацию вала одной опорой широко применяют для валов цилиндрических зубчатых передач.

При фиксации вала двумя опорами подшипники устанавливают враспор или врастяжку. Внутренние кольца подшипников упираются в буртики вала или в торцы других деталей, установленных на валу, а наружные – в торцы крышек или других деталей, закрепленных в корпусе. Один подшипник предотвращает осевое смещение вала в одном направле­нии, а другой – в противоположном. Фиксация вала двумя опора­ми предусматривает возможность осевой регулировки подшипников и исключает вероятность защемления вала в опорах при температурных деформациях подшипников и вала.

Способ крепления колец подшипника на валу и в корпусе зависит от значения и направления осевой нагрузки, частоты вращения, типа подшипника, условий монтажа (демонтажа) и т. п.

Дата добавления: 2014-01-07