Критерии работоспособности подшипников качения

Работоспособность подшипников качения ограничивается:

  • • усталостным выкрашиванием рабочих поверхностей дорожек и тел качения (этот вид разрушения является основным критерием работоспособности);
  • • пластическими деформациями (в результате которых при частоте вращения вращающегося кольца подшипника п менее 10 об/мин и при больших нагрузках на дорожках качения могут появляться вмятины);
  • • раскалыванием колец и тел качения (раскалывание может быть вызвано неправильным монтажом подшипников, погрешностями формы и размеров посадочных поверхностей валов и корпусов, ударными и вибрационными нагрузками);
  • • разрушением сепараторов (характерно для подшипников, работающих при высоких угловых скоростях);
  • • абразивным износом рабочих поверхностей (наблюдается у подшипников, работающих в загрязненной среде при недостаточной защите от загрязнения).

Указания по подбору подшипников качения

В настоящее время в России разработаны и приняты методики расчета и выбора подшипников качения по статической и динамической грузоподъемностям, а также проверки предельной скорости вращения и наличия гидродинамического режима смазки подшипников.

Грузоподъемность подшипников качения. Эквивалентная нагрузка

4.4.1.5.1. Статическая грузоподъемность подшипников качения. Статическая эквивалентная нагрузка
4.4.1.5.1.1. Общие сведения

При статическом нагружении повреждения подшипников проявляются в виде смятия рабочих поверхностей.

Методы расчета базовой статической грузоподъемности и статической эквивалентной нагрузки для подшипников качения установлены ГОСТ 18854-94. Приводимые в ГОСТ 18854 94 формулы и коэффициенты для расчета базовой статической расчетной грузоподъемности основаны на принятых в качестве расчетных значениях контактных напряжений.

В ГОСТ 18854-94 применяют следующие термины и определения. Статическая нагрузка - нагрузка, действующая на подшипник, кольца которого не вращаются относительно друг друга.

Базовая статическая радиальная грузоподъемность Сог - статическая радиальная нагрузка, которая соответствует расчетным контактным напряжениям в центре наиболее тяжело нагруженной зоны контакта тела качения и дорожки качения рассматриваемого подшипника.

Для однорядных радиально-упорных подшипников радиальная грузоподъемность соответствует радиальной составляющей нагрузки, вызывающей чисто радиальное смещение подшипниковых колец относительно друг друга.

Базовая статическая осевая грузоподъемность - статическая центральная осевая нагрузка, которая соответствует расчетным контактным напряжениям в

центре наиболее тяжело нагруженной зоны контакта тела качения и дорожки качения рассматриваемого подшипника.

Возникающая при этих контактных напряжениях общая остаточная деформация тела качения и дорожки качения приблизительно равна 0,0001 диаметра тела качения.

Статическая эквивалентная радиальная нагрузка Рог - статическая радиальная нагрузка, которая должна вызвать такие же контактные напряжения в наиболее тяжело нагруженной зоне контакта тела качения и дорожки качения подшипника, как и в условиях действительного нагружения.

Статическая эквивалентная осевая нагрузка Р(Н) - статическая центральная осевая нагрузка, которая должна вызвать такие же контактные напряжения в наиболее тяжело нагруженной зоне контакта тела качения и дорожки качения подшипника, как и в условиях действительного нагружения.

4.4.1.5.1.2. Базовая статическая грузоподъемность

Базовая статическая грузоподъемность определяется по формулам: для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников:

для роликовых радиальных и радиально-упорных подшипников:

В формулах (4.26) и (4.27):

/о - коэффициент, зависящий от геометрии деталей подшипника и от принятого уровня напряжения; Дг - диаметр шарика; Ц - диаметр ролика; Х,н* - длина

ролика; 2 - число тел качения, воспринимающих нагрузку в одном направлении; / - число рядов тел качения в подшипнике.

Значения базовой статической грузоподъемности С0 приводятся в каталогах подшипников для каждого типоразмера подшипника (табл. П. 155-П. 160).

Базовая статическая радиальная грузоподъемность двух и более одинаковых однорядных шариковых и роликовых радиальных и радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу при их последовательном расположении в случае равномерного распределения между ними нагрузки равна номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника, умноженной на число подшипников.

4.4.1.5.1.3. Статическая эквивалентная нагрузка

Статическая эквивалентная радиальная нагрузка для шариковых радиальных и радиально-упорных, роликовых радиально-упорных (а 0°) подшипников равна большему из двух значений, рассчитанных по Лопмулам:

где Бг - радиальная нагрузка на подшипник; Ба - осевая нагрузка на подшипник; Х0 - коэффициент статической радиальной нагрузки (табл. П.162); У0 - коэффициент статической осевой нагрузки (табл. П.162).

Для роликовых радиальных подшипников (а = 0°), которые воспринимают только радиальную нагрузку:

При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух одинаковых однорядных радиальных шариковых и радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении широкими или узкими торцами друг к другу и образующих общий подшипниковый узел, используют значения Х0 и Г0 для двухрядных подшипников, а значения Рг и Ба

принимают в качестве общей нагрузки, действующей на весь комплект.

При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух и более одинаковых однорядных шариковых радиальных, шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников, установленных последовательно на одном валу, используют значения Х0 и У0 для однорядных подшипников, а значения /гг и Ба принимают в качестве обшей нагрузки, действующей на весь комплект.

4.4.1.5.2. Динамическая грузоподъемность подшипников качения. Динамическая эквивалентная нагрузка. Расчетный ресурс
4.4.1.5.2.1. Общие сведения

Разрушение вращающегося под нагрузкой подшипника качения происходит вследствие усталостных процессов в металле колец и тел качения.

Методы вычисления базовой динамической расчетной грузоподъемности и расчетного ресурса подшипников качения установлены ГОСТ 18855-94. Целью ГОСТ 18855-94 является создание необходимой основы для расчета основного показателя правильности выбора подшипников качения - ресурса.

В ГОСТ 18855-94 применяются перечисленные ниже термины и определения в соответствии с ГОСТ 18854-94.

Ресурс - число оборотов, которое одно из колец подшипника (или кольца упорного двойного подшипника) делает относительно другого кольца до появления первых признаков усталости металла одного из колец или тел качения.

Надежность - вероятность того, что данный подшипник достигнет или превысит расчетный ресурс.

Базовый расчетный ресурс Ц0, млн об., - ресурс, соответствующий 90%-й

надежности для подшипника, изготовленного из обычного материала с применением обычных технологии и условий эксплуатации.

Базовая динамическая радиальная расчетная грузоподъемность Сг - постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник теоретически может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем один миллион оборотов. Для радиально-упорных однорядных подшипников радиальная расчетная грузоподъемность соответствует радиальной составляющей нагрузки, которая вызывает чисто радиальное смещение подшипниковых колец относительно друг друга.

Базовая динамическая осевая расчетная грузоподъемность Са постоянная

центральная осевая нагрузка, которую подшипник теоретически может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем один миллион оборотов.

Динамическая эквивалентная радиальная нагрузка Рг - постоянная радиальная нагрузка, под воздействием которой подшипник будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

Динамическая эквивалентная осевая нагрузка Ра - постоянная центральная осевая нагрузка, под воздействием которой подшипник будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

Нормальные условия эксплуатации - условия, которые являются оптимальными для подшипника (подшипник правильно установлен, смазан, защищен от проникания инородных тел; нагрузка соответствует типоразмеру подшипника; подшипник не подвергается чрезмерным изменениям температуры и частоты вращения).

4.4.1.5.2.2. Базовая динамическая расчетная грузоподъемность

Базовая динамическая грузоподъемность определяется по формулам:

для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников: при /)и, < 25,4 мм

при Дг, > 25,4 мм

В формулах (4.31) и (4.32):

/с - коэффициент, зависящий от геометрии деталей подшипника и от принятого уровня напряжения; - диаметр шарика; г - число тел качения в однорядном подшипнике; число тел качения в одном ряду многорядного подшипника при одинаковом числе их в каждом ряду;

для роликовых радиальных и радиально-упорных подшипников:

где Ьт = 1,0 для игольчатых подшипников со штампованным наружным кольцом; Ьт = 1,1 для роликовых цилиндрических, конических и игольчатых с кольцами, подвергнутыми обработке резанием; Ьт = 1,15 для роликовых сферических; /с - коэффициент, зависящий от геометрии деталей подшипника и от принятого уровня напряжения.

Значения базовой динамической грузоподъемности С приводятся в каталогах подшипников для каждого типоразмера подшипника (табл. П. 155 - П. 160).

При расчете базовой динамической радиальной грузоподъемности для двух одинаковых шариковых радиальных однорядных подшипников, установленных рядом на одном и том же валу, эту пару подшипников рассматривают как один двухрядный радиальный подшипник.

При расчете базовой динамической радиальной грузоподъемности для двух одинаковых шариковых и роликовых радиально-упорных однорядных подшипников, смонтированных рядом на одном и том же валу (парный монтаж) по схеме "широкий торец к широкому" или "узкий торец к узкому" так, что они работают как один узел, эту пару рассматривают как один двухрядный радиально-упорный подшипник.

Базовую динамическую радиальную грузоподъемность для двух или более одинаковых шариковых и роликовых радиально-упорных однорядных подшипников, точно изготовленных и смонтированных последовательно рядом на одном и том же валу так, что они работают как один узел, определяют умножением числа подшипников в степени 0,7 (для шариковых) или 7/9 (для роликовых) на базовую динамическую грузоподъемность одного подшипника.

4.4.1.5.2.3. Динамическая квиалентная нагрузка

Для шариковых радиальных, шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников при постоянных радиальной и осевой нагрузках:

для роликовых радиальных подшипников с углом а = 0 при радиальной нагрузке:

В формулах (4.34) и (4.35):

Т7,. - радиальная нагрузка на подшипник или радиальная составляющая фактической нагрузки, действующей на подшипник; Т7 - осевая нагрузка на подшипник или осевая составляющая фактической нагрузки, действующей на подшипник.

Значения коэффициентов X динамической радиальной нагрузки и У динамической осевой нагрузки приведены в табл. П.163.

При расчете динамической эквивалентной радиальной нагрузки для двух одинаковых шариковых роликовых радиально-упорных однорядных подшипников, смонтированных рядом на одном и том же валу (парный монтаж) по схеме "широкий торец к широкому" или "узкий торец к узкому" так, что они работают как один узел, их рассматривают как один двухрядный радиально-упорный подшипник, используя значения X и У для двухрядных подшипников.

При расчете динамической эквивалентной радиальной нагрузки для двух или более одинаковых однорядных шариковых радиальных, шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников, смонтированных последовательно рядом на одном и том же валу так, что они работают как один узел, используют значения X и У для однорядного подшипника.

4.4.1.5.2.4. Расчетный ресурс подшипника

Расчетным показателем долговечности подшипника служит базовый ресурс £]0, соответствующий 90%-й надежности (отсюда в обозначении индекс "10", равный разности 100-90).

Однако во многих случаях желательно вычислить ресурс для более высоких уровней надежности или с учетом специальных свойств подшипников и условий эксплуатации. В таких случаях выполняют расчет скорректированного ресурса.

Базовый расчетный ресурс /,10 в миллионах оборотов определяют при 90%-й

надежности:

где С - базовая динамическая грузоподъемность подшипника (радиальная С,, или осевая С0); Р - эквивалентная динамическая нагрузка (радиальная Рг или осевая Ра); к - показатель степени, равный 3 для шариковых подшипников и равный 3,33 для роликовых подшипников.

Формула расчета ресурса справедлива, если Рг (или Ра), а при переменных нагрузках - Ргаих (или Ратак), нс превышает 0,5 Сг (или 0,5 Са).

По приведенной формуле вычисляют базовый расчетный ресурс для подшипников, изготовленных из обычных подшипниковых сталей и эксплуатируемых при нормальных условиях.

При повышенных требованиях к надежности определяют скорректированный расчетный ресурс Ц0 в миллионах оборотов:

где л, коэффициент, корректирующий ресурс в зависимости от надежности Р, (табл. 4.4.3).

Таблица 4.4.3

Надежность /}, %

90

95

96

97

98

99

Обозначение ресурса

Ао а

^5 а

^4 а

^3 а

^2 а

А"

Значения коэффициента а

1

0,62

0,53

0,44

0,33

0,21

Примечание:

Расчет подшипников качения при повышенной вероятности безотказной работы выполняют для ответственных узлов при необходимой надежности в диапазоне (91-99) %;

вместо индекса "5" в обозначении ресурса записывают значение разности (100-/}). где /} - надежность при определении ресурса

Скорректированный расчетный ресурс подшипника в часах:

где п - частота вращения кольца, об/мин.

При выборе типоразмера подшипников и расчете скорректированного ресурса для конкретных условий эксплуатации предполагают, что подшипники соответствуют необходимому классу точности и обеспечены требуемые прочность и жесткость валов и корпусов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >