Материал: 12 ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

7. Причины поломок, Критерии работоспособности и расчёта пк.

О выходе из строя ПК судят по: 1.нарушению точности вращения; 2.повышению шума в работе; 3.возрастанию сопротивления вращению вплоть до заедания и заклинивания.

Главная особенность работы ПК – знакопеременные нагрузки, которые могут вызвать следующие виды повреждений:

1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей. Циклическое перекатывание тел качения приводит к появлению усталостной микротрещины. Постоянно прокатывающиеся тела качения вдавливают в эту микротрещину смазку. Пульсирующее давление смазки расширяет и расшатывает микротрещину, приводя к усталостному выкрашиванию и, в конце концов, к поломке кольца. Чаще всего ломается внутреннее кольцо, т.к. оно меньше наружного и там, следовательно, выше удельные нагрузки.

2. Износ рабочих поверхностей.

Наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц (пыли и грязи).

Является основным видом разрушения подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих подобных машин.

3. Местные пластические деформации в зонах контакта

(бринеллирование).

Наблюдаются на беговых дорожках в виде лунок

и вмятин у тяжелонагруженных тихоходных ПК.

3. Разрушение (поломка) деталей ПК.

Разрушение сепараторов дает значительный процент выхода из строя подшипников качения, особенно быстроходных. Раскалывание колец и тел качения связано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание и т. п. При нормальной эксплуатации этот вид разрушения не наблюдается.

Надёжно защищённый от вредного воздействия внешней среды, не подвергающийся перегреву, правильно смонтированный и отрегулированный подшипник обычно выходит из строя вследствие усталостного выкрашивания поверхностей качения или по критерию местной статической прочности.

Вывод: Современный расчет ПК 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.

При проектировании машин ПК не конструируют и не рассчитывают,

а подбирают из числа стандартных по условным формулам.

Методика подбора стандартных подшипников также стандартизована.

Стандартом ограничены число типов и размеров подшипников.

Это позволило рассчитать и экспериментально установить грузоподъемность

каждого типоразмера подшипников.

Ниже излагается методика выбора подшипников, принятая отечественными стандартами и международной организацией по стандартизации ИСО (см. каталог-справочник «Подшипники качения.» Справочник. Под ред. Нарышкина В. Н. и Коросташевского Р. В. - М.: Машиностроение, 1984).

Различают подбор подшипников

• по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание).

• по статической грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.

8. Распределение нагрузки между телами качения.

По условию равновесия

F_r =F₀ +2F₁ cosγ +2F₂ cos(2γ) +...+2F_n cos(nγ),

где γ =360º/z ; z - число шариков.

В уравнение входят только те члены, для которых угол nγ меньше 90º, так как верхняя половина подшипника не нагружена.

Исследование зависимости между силами F₀, F₁, F₂, ... F_n с учетом контактных деформаций при условии абсолютной точности размеров шариков и колец и отсутствии радиального зазора позволило установить

F₁ = F₀ соs^3/2γ, ...,

F_n = F₀ cos^3/2(nγ) .

Подставляя эти значения в формулу равновесия и решая относительно F₀, получаем

F₀ = F_r /[1 +2соs^5/2γ +2соs^5/2(2γ)+...+2соs^5/2(nγ)].

Подсчитано, что отношение

z/[1+2cos^5/2γ +2cos^5/2(2γ)+...+2соs^5/2(nγ)]≈ 4,37 практически для любого числа (z = 8...20) шариков, встречающегося в подшипнике. При этом F₀ = 4,37F_r /z .

Вводя поправку на влияние радиального зазора и неточности размеров деталей, практически принимают F₀ = 5F_r /z, F_n =[5F_r cos^3/2(nγ)]/z .

При известных F₀, F₁, ..., F_n можно определить контактные напряжения в подшипнике. Расчетные формулы для соответствующих случаев контакта можно найти в справочниках [Перель Л. Я., Филатов А. А. Подшипики качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор. Справочник. - М.: Машиностроение, 1992.]: _H =0,418[2F₀Ed|ℓ_pd_p(d±d_p)]^1|2

9. Расчёт пк на сопротивление усталости.

Кривая контактной усталости подшипниковых сталей имеет вид. От кривых усталости мягких сталей она отличается отсутствием чётко выраженного длительного предела выносливости _нд .

Уравнение кривой усталости _H^m۰N=C₁,

где показатель кривой:

m=8 для линейного контакта (роликовые (РПК)) и

m=9 для точечного контакта (шариковые подш-ки (ШПК)).

Для линейного контакта можно записать _H =C₂ ۰F_R^1|2 ,

а для точечного _H =C₃۰F_R^1|3,

F_R - эквивалентная динамическая радиальная нагрузка – сила, эквивалентная по действию радиальной F_r и осевой F_a силам, одновременно воспринимаемым радиально-упорным ПК (или это постоянная радиальная нагрузка, под действием которой ПК имеет такую же долговечность, как и в условиях действительной нагрузки).

C₂ и C₃ - постоянные величины ПК, которые зависят от:

• вида контакта,

• размеров тел качения,

• числа рядов тел качения

• числа тел качения в одном ряду.

Число циклов нагружений равно N=C₄۰ L۰10 ⁶

С₄ - некоторая постоянная величина, определяемая кинематикой ПК.

L - число миллионов оборотов кольца ПК за весь срок службы.

Подставив в формулу кривой усталости выражения для _H и N , получим:

для РПК C₂^1/m۰F_R ^m|2۰ C₄۰ L۰10 ⁶= C₁

откуда F_R ^m|2۰L= C₁/(C₂^1/m۰ C₄)= C_r ^m|2 или L=(C_r|F_R) ^m|2=(C_r|F_R) ⁴

для ШПК C₃^1/m۰F_R ^m|3۰ C₄۰ L۰10 ⁶= C₁ или L=(C_r|F_R) ³

В формулах C_r - базовая динамическая грузоподъёмность ПК.

Так как у большинства роликовых ПК для избежания кромочного контакта при неизбежных перекосах осей колец ролики, как правило, бомбинируют, то фактический контакт отличается от теоретического линейного. Поэтому в практических расчётах долговечности по рекомендацияму JSO R 281

используется степенной показатель 10/3= 3,33(3) вместо 4, т.е. L=(C_r|F_R) ^10|3

Кривую контактной усталости можно построить в координатах F_R и L.

Уравнение этой кривой F_R ۰L ^1|p= C, p=3(ШПК); p=10/3 (РПК).

Тогда базовой долговечности L=1 соответствует базовая динамическая грузоподъёмность ПК.

Базовая долговечность L₁₀ - долговечность в млн. оборотов, в течение которых не менее 90 % ПК из данной партии должны проработать до появления первых признаков усталости материала рабочих тел.

В стандарте на ПК введены следующие понятия:

• для радиальных и радиально - упорных - базовая динамическая радиальная грузоподъёмность С_r - постоянная радиальная нагрузка, которую ПК может воспринимать при L₁₀= 1 млн. об.;

• для упорных и упорно-радиальных - базовая динамическая осевая грузоподъёмность С_a. - постоянная центральная осевая нагрузка, которую ПК может воспринимать при L₁₀= 1 млн. об.

Расчёт на сопротивление контактной усталости сводится к определению долговечности L подшипника при известной основной его нагрузочной характеристике :

• динамической грузоподъёмности С_r

• эквивалентной нагрузке F_R на ПК.

10. Подбор стандартных пк

по динамической грузоподъёмности.

Методика выбора состоит из пяти этапов:

1. Вычисляется требуемая долговечность подшипника исходя из частоты вращения и заданного заказчиком срока службы машины.

2. По найденным ранее реакциям опор выбирается тип подшипника, из справочника находятся коэффициенты радиальной и осевой нагрузок Х, У.

3. Рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка.

4. Определяется требуемая грузоподъёмность.

5. По каталогу, исходя из требуемой грузоподъёмности, выбирается конкретный типоразмер ("номер") подшипника, причём должны выполняться два условия:

• грузоподъёмность по каталогу не менее требуемой;

• внутренний диаметр подшипника не менее диаметра вала.

Подбор ПК базируется на основной зависимости C_тр =F_R ۰L_тр^1|p≤ С_r

С_тр - требуемая динамическая грузоподъёмность подшипника;

С_r - базовая динамическая грузоподъёмность подшипника (по каталогу);

L_тр=60L_h n/10 ⁶ - требуемая долговечность ПК в млн. оборотов;

F_R - эквивалентная динамическая радиальная нагрузка

L_h - требуемая долговечность, в часах.

n - относительная частота вращения колец в об/мин.

Примечание: при 1≤n≤10 об/мин, в формулу следует подставлять n=10 об/мин.

Фактическая расчётная долговечность данного типоразмера ПК L_h=(С_r/F_R) ^р۰10 ⁶/60n,

В таблице приведены формулы для определения F_R и F_A.