5.1.5. Причины выхода подшипников из строя и критерии расчета

Причинами выхода из строя подшипников являются:

• усталостное выкрашивание рабочих поверхностей. Связано с действием в поверхностных слоях контактирующих тел знакоперемен­ных напряжений. Образуются микротрещины, которые после расклинивания их смазкой приводят к выкрашиванию. Обычно это наблюда­ется у внутренних колец. Усталостное выкрашивание — основная причина выхода из строя подшипников;

• разрушение колец и тел качения. Это механический вид разру­шений. Наблюдается скалывание буртов колец роликоподшипников (из-за перекосов). При больших динамических нагрузках разруша­ются кольца и шарики (раздавливаются);

• износ колец и тел качения. Наблюдается при работе подшипни­ков в абразивной среде (транспортные, с/х машины и др.) Необходимо совершенствовать конструкцию уплотнений;

• образование вмятин на рабочих поверхностях (бринеллирование) наблюдается при динамических и больших статических нагрузках без вращения;

• разрушение сепараторов вызывается центробежными силами и воз­действием на сепаратор тел качения. Подшипники рассчитываются по критерию статической грузоподъемности и по критерию выносли­вости.

5.1.6. Расчет подшипников качения и подбор их по стандарту

Экспериментально установлено:

,

где — ресурс подшипника — суммарное число миллионов оборо­тов до появления признаков усталости;

— динамическая грузоподъемность. Это постоянная РАДИАЛЬНАЯ нагрузка (а для упорных и упорно-радиальных — осевая нагрузка), которую подшипник может выдержать в течение 10⁶ обо­ротов, Н;

— ПРИВЕДЕННАЯ нагрузка, воспринимаемая подшипником, Н;

— показатель степени: для шарикоподшипников , для роликоподшипников .

Подшипники часто подвергаются действию осевой и радиальной нагрузок, нагрузка может быть статической или динамической, вращается внутреннее или наружное кольцо, температура может быть нормальной, повышенной или пониженной. Все эти факторы должны учитываться при выборе приведенной нагрузки.

ПРИВЕДЕННУЮ РАДИАЛЬНУЮ нагрузку для радиальных шарикопод­шипников и радиально-упорных шарико - и роликоподшипников определя­ют по формуле:

где — постоянная по величине и направлению радиальная нагрузка на подшипник, Н;

— постоянная по величине и направлению осевая нагрузка на подшипник, Н;

— коэффициент радиальной и осевой нагрузки;

— коэффициент вращения; (вращается внутреннее кольцо) и (вращается наружное кольцо);

— коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагруз­ку;

— температурный коэффициент, вводится только при .

	1,05	1,1	1,25
	125	150	200

Для подшипников с короткими цилиндрическими роликами приве­денная нагрузка равна:

.

Приведенная осевая нагрузка для упорных подшипников

Приведенная осевая нагрузка для упорно-радиальных шарико- и роликоподшипников

.

При расчете радиально-упорных шарико- и роликоподшипников необходимо учитывать, что в них при радиальном нагружении и отсутствии осевого зазора и натяга возникает дополнительная осевая сила. Тогда, осевая нагрузка , действующая на радиально-упорный подшипник определяется с учетом осевой состав­ляющей и радиальной нагрузки , действующей на опоры.

Для РАДИАЛЬНЫХ и РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ:

Для КОНИЧЕСКИХ РОЛИКОПОДШИПКОВ:

,

где — вспомогательный коэффициент. Величина коэффициен­та выбирается по таблицам каталога подшипников, в зависимости от соотношения ,

где — осевая нагрузка,

— статическая грузоподъемность подшипника, выбирается согласно типу предварительно принятого подшипника по таблицам каталога подшипников.

Зная и (рис. 26), можно определить расчетные нагрузки и с учетом значений и .

Рис. 26. Схема к расчету осевых составляющих и конического подшипника

Рис. 27. Схема распределения сил между телами качения

Величины и определяются по формулам, в зависимости от схемы нагружения принятых подшипников.

Например, для РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ подшипников:

Условия нагружения	Осевые нагрузки
1. 2. 3.	( )

По вычисленной приведенной нагрузке и расчетному ресурсу миллионов оборотов на основе ис­ходной зависимости определяют требуемую динами­ческую грузоподъемность:

.

Зная , по каталогу выбирают подшипник. Часто подшипники подбирают по конструктивным соображениям. Тогда расчетом прове­ряют их ресурс:

где — ресурс подшипника в часах;

— частота вращения об/мин.

Ресурс подшипника в общем машиностроении принимают

часов.

Подшипники, работающие при переменных режимах, подбирают по эквивалентной нагрузке. Под ЭКВИВАЛЕНТНОЙ НАГРУЗКОЙ понимают нагрузку, которая вызывает такой же эффект усталости, что и весь комплекс действующих нагрузок.

где — постоянная нагрузка, действующая в течение миллионов оборотов;

— постоянная нагрузка, действующая в течение миллионов оборотов;

— общее число миллионов оборотов, в течение которого действуют нагрузки , , .

Суммирование производят по числу режимов работы. Если нагрузка на подшипник изменяется по линейному закону от до , то

.

Подшипники качения грузоподъемных, транспортных и других машин периодически подвержены нагрузкам без вращения. Допускаемая статическая нагрузка (статическая грузоподъемность) на не вращающийся подшипник выбирается исходя из условия, по которому общая остаточная деформация тела качения и колец не должна превышать величину, заметно влияющую на работу под­шипника.

Статическая грузоподъемность радиальных и радиально- упорных шарикоподшипников равна, Н:

;

то же, для роликоподшипников:

то же, для упорных и упорно-радиальных шарикоподшипников:

где , — число рядов и число тел качения в раду;

— диаметр шарика, мм;

, — диаметр и эффективная длина (без фасок) роли­ков, мм;

— номинальный угол контакта;

— коэффициент равный:

для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников . Для самоустанавливающихся .

Наибольшая нагрузка или приведенная статическая, нагрузка (при совместном действии радиальной и осевой) должна быть меньшей статической грузоподъемности подшипника.

Приведенная статическая нагрузка для радиальных шарикопод­шипников, радиально-упорных шарикоподшипников и роликоподшип­ников определяется зависимостью: как большая из 2-х значений

Значения, коэффициентов и следует выбирать из табл. 83 /2/.