Способы расчетной оценки работоспособности подшипников

Виды повреждений в подшипниках

Разрушение (раскалывание) колец и/или тел качения – возникает при ударных и вибрационных нагрузках, нарушениях правил эксплуатации.

Образование вмятин на дорожках качения – типично для тяжело нагруженных подшипников, работающих без вращения.

Разрушение сепараторов – дает значительный процент выхода из строя подшипников, наблюдается в быстроходных машинах от действия центробежных сил, нарушений технологии изготовления и сборки.

Усталостное выкрашивание – основной вид повреждения подшипников. Наблюдается после длительного времени работы подшипника в нормальных условиях и чаще всего на дорожке качения внутреннего кольца.

Износ сепаратора, дорожек и тел качения – также основная причина выхода из строя подшипников качения автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих других машин; возникает при недостаточной смазке, не надежном употреблении подшипника, следствие чего в смазку попадают абразивные частицы.

Внешними признаками повреждений подшипника являются, как правило, шум, вибрации, нагрев, стуки и др.

Современный расчет подшипников качения базируют только на двух критериях:

1) расчет на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям;

2) расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию.

Расчеты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учету.

Стандартом ограничены число типов и размеров подшипников. Это позволило рассчитать и экспериментально установить грузоподъемность (работоспособность) каждого типоразмера подшипников.

При проектировании машин подшипники качения не конструируют и не рассчитывают, а подбирают из числа стандартных по условным формулам. Методика подбора стандартных подшипников также стандартизована.

Ниже излагается методика выбора подшипников, принятая отечественными стандартами и международной организацией по стандартизации ИСО (см. каталог-справочник [28]).

Различают подбор подшипников по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание), по статической грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.

11.11. Выбор подшипников по динамической грузоподъемности С

По заданному ресурсу (или долговечности) подшипники подбирают при частоте вращения n > 10 мин^-1. При n от 1 до 10 мин-¹ в расчет принимают n =10мин^-1.

Условие подбора:

С (требуемая) £ С (базовая).

Базовая динамическая грузоподъемность С — это такая постоянная стационарная сила, которую подшипник может теоретически воспринимать в течение 1 млн. оборотов без появления признаков усталости не менее чем у 90% из определенного числа подшипников, подвергающихся испытаниям.

Величина С для каждого типа подшипников приводится в каталогах (примеры см. в табл. 2; для шариковых радиальных однорядных подшипников средней серии 300, ГОСТ 8338 — 75).

Таблица 2

Размеры подшипника, мм	Динамическая грузоподъемность, С, Н	Статическая грузоподъемность, С0, Н	Предельная частота вращения, мин^-1
d	D	B	r	Смазка
пластичная	жидкая
			1,5
			3,5

При этом для радиальных и радиально-упорных подшипников (с невращающимся наружным кольцом) под С понимают радиальную силу С_r, для упорных и упорно-радиальных (при вращении одного из колец) под С понимают осевую силу С _а

11.11.1.Эмпирические формулы связи параметров C и L

Динамическая грузоподъемность C и ресурс L связаны эмпирической зависимостью

L = a ₁ a ₂₃(С / Р) ^p, (11.4)

где L — ресурс, млн. оборотов; Р — эквивалентная динамическая нагрузка (см. ниже); р = 3 для шариковых и р = 10/3» 3,33 для роликовых подшипников; а ₁— коэффициент долговечности (см. ниже); а ₂₃ — обобщенный коэффициент совместного влияния качества металла, особенностей технологии производства, конструкции и условий эксплуатации (табл.3).

Таблица 3

Тип подшипника	а 23 при условиях (см. примечания)
Для шарикоподшипников (кроме сферических)	0,7…0,8	1,0	1,2…1,4
Для роликоподшипников цилиндрических шарикоподшипников сферических двухрядных	0,5…0,6	0,8	1,0…1,2
Для роликоподшипников конических	0,6…0,7	0,9	1,1…1,3
Для роликоподшипников сферических двухрядных	0,3…0,4	0,6	0,8…1,0

Примечания: 1. Обычные условия применения.

2. Условия, характеризующиеся наличием гидродинамической пленки масла между контактирующими поверхностями колец и тел качения (L > 2,5) и пониженных перекосов в узле. Формула для расчета параметра режима смазки L приводится в справочниках по подшипникам и здесь не приводится.

3. Когда кольца и тела качения изготовлены из сталей повышенного качества (злектрошлаковой или вакуумной) и подшипники работают в условиях наличия гидродинамической пленки масла и пониженных перекосов в узле.

В каталогах указаны С с коэффициентом надежности Р(t) = 0,9. В тех случаях, когда необходимо повысить надежность, величину а ₁ уменьшают:

P(t) 0,9 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99

а ₁ 1 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

Для подшипников большинства изделий принимают Р(t) = 0,9. Повышенные P(t) допускают для подшипников повышенных классов точности при высокой точности сопряженных с подшипником деталей, надежном смазывании и строго регламентированных режимах нагрузки и частоты вращения.

При малых ресурсах ограничивают Р£ 0,5 С, иначе возможно неусталостное разрушение.

Формула (11.4) получена в результате испытаний на усталость подшипников качения (как узла, а не материала). На основании испытаний строят кривую усталости с заданной вероятностью неразрушения. Эта кривая подобна кривой усталости, получаемой при испытаниях образцов материала, но отличается тем, что практически не имеет горизонтального участка, а за координаты приняты: по оси абсцисс — L (млн. оборотов) вместо числа циклов N, по оси ординат — нагрузка Р вместо напряжений s. Кривая аппроксимируется зависимостью P^PL= const. Константу определяют, приняв L = 1, и обозначают С^р. Тогда P^PL= С^р и далее записывают в виде формулы (11.4). Величина С зависит не только от прочности материала, но также от конструктивных и технологических характеристик подшипника.

Если частота вращения п постоянна, номинальную долговечность (ресурс) удобнее считать в часах:

L_h = a ₁ а ₂₃(C/P) ^р [10⁶/(60 n)], или|

L_h=L 10 ⁶/(60n). (11.5)

Рекомендуемые L_h приведены в табл. 4.

Таблица 4

Машины и оборудование	Lh, ч
1. Приборы и аппараты, используемые периодически (демонстрационная аппаратура, механизмы для закрывания дверей, бытовые приборы)
2. Механизмы, используемые в течение коротких периодов времени (механизм с ручным приводом, сельхозмашины, подъемные краны в сборочных цехах, легкие конвейеры)	³ 4 000
3. 0тветственные механизмы, работающие с перерывами (вспомогательные механизмы на силовых станциях, конвейеры поточного производства, лифты, нечасто используемые металлообрабатывающие станки)	³ 8 000
4. Машины а) для односменной работы с неполной нагрузкой (стационарные электродвигатели, редукторы общего назначения); б) работающие с полной нагрузкой одну смену (машины общего машиностроения, подъемные краны, вентиляторы, распределительные валы); в) для круглосуточного использования (компрессоры, насосы, шахтные подъемники, стационарные электромашины, судовые приводы); г) непрерывно работающие с высокой нагрузкой (оборудование бумагоделательных фабрик, энергетические установки, шахтные насосы, оборудование торговых морских судов)	³ 12000   ~ 20 000 ³ 40 000 ³ 100 000

11.11.2. Эквивалентная динамическая нагрузка Р

Для радиальных и радиально-упорных подшипников есть такая условная постоянная стационарная радиальная сила Р_r которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным наружным обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения.

Для упорных и упорно-радиальных подшипников соответственно будет Р_а — постоянная центральная осевая сила при вращении одного из колец:

P_r=(XVF_r+YF_a)K _Б К _Т (11.6)

P_a=(XF_r+YF_a) K _Б К _Т (11.7)

где F_r F_a — радиальная и осевая силы; X, Y — коэффициенты ради­альной и осевой сил (указываются в каталоге, см. выдержки в табл..5); V — коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо подшипника вращается относительно внешней нагрузки (при враще­нии внутреннего кольца V= 1, наружного V= 1,2); К_Б — коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки:

спокойная K _Б = 1,

умеренные толчки К _Б = 1,3...1,5,

с сильными толчками (ударами) К _Б = 2,5...3;

К_Т — температурный коэффициент (для стали ШХ15 при t до 100°С К _Т, = 1, при t = 125...250°С К _Т,= 1,05... 1,4 соответственно).

В табл. 5 величины X и Y различны в зависимости от отношения F_a/(VF_r).

Таблица 5

Объясняется это тем, что до некоторых пределов, равных коэффициенту е этого отношения, дополнительная осевая нагрузка не ухудшает условия работы подшипника. Она уменьшает радиальный зазор в подшипнике и выравнивает распределение нагрузки (в том числе радиальной) по телам качения.

При переменном режиме нагрузки в формулах (11.6, 11.7) вместо F_r и F_a подставляют их средние величины F_mr и F _{m a} , каждая из которых определяется по зависимости:

(11.8)

где F _i радиальная или осевая сила соответственно, действующая на подшипник при i -том режиме нагрузки; L _i, — число млн.об. на i- том режиме.

3десь: р= 3,для более точного расчета рекомендуется принимать р=3,333.

Для расчетов по формуле (11.8) необходимо знать циклограмму нагружения. Расчет величин F_m упрощается, если воспользоваться графиками типовых режимов.. В этом случае F_mr=K_ЕF_r,и F_ma = K_EF_а где величины F_r и F_a определяют по максимальной из длительно действующих нагрузок, а величину коэффициента эквивалентности К_Е — в зависимости от режима нагрузки:

Режим нагрузки 0 I II III IV V

Ке 1 0,8 0,63 0,56 0,5 0,4

Дата добавления: 2014-01-20