17.7. Практический расчёт (подбор) подшипников качения.

Основные критерии работоспособности и расчёта.

Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения:

- усталостное выкрашивание наблюдается у подшипников после длительного времени их работы в нормальных условиях;

- износ наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц. Износ является основным видом разрушения подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих пободных машин;

- разрушение сепараторов даёт 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;

- остаточные деформации на беговых дорожках в виде лунок и вмятин наблюдаются у тяжелонагруженных тихоходных подшипников.

Современный расчёт подшипников качения базируют только на двух критериях:

1. расчёт на статическую грузоподъёмность по остаточным деформациям;

2. расчёт на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию. Расчёты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учёту.

Стандартом ограничены число типов и размеров подшипников. Это позволило рассчитать и экспериментально установить грузоподъёмность (работоспособность) каждого типо-размера подшипника.

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

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

Выбор подшипников по динамической грузоподъёмности С (по заданному ресурсу или долговечности) выполняют при частоте вращения . Приn от 1 до 10 мин^-1 в расчёт принимают n = 10 мин^-1.

Условие подбора:

С (потребная) С (паспортная).

Паспортная динамическая грузоподъёмность С – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение 1 млн. оборотов без появления признаков усталости не менее чем у 90% из определённого числа подшипников, подвергшимся испытаниям. Значения С приведены в каталогах на подшипники. При этом, под нагрузкой понимают радиальную - для радиальных радиально-упорных подшипников (с невращающимся наружным кольцом, осевую - для упорных и упорно-радиальных (при вращении одного из колец).

Динамическая грузоподъёмность и ресурс связаны эмпирической зависимостью

или ,

где L – ресурс, млн. оборотов; Р – эквивалентная нагрузка; р = 3 для шариковых и р = 10/33,33 для роликовых подшипников; а₁ – коэффициент надёжности; а₂ – обобщённый коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации.

Если мы ведём подбор подшипников, без дополнительных ограничений при работе, то а₁ = а₂ = 1; при этом коэффициент надёжности равен 0,9.

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

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

. ( 17.1 )

Эквивалентная динамическая нагрузка Р.

Для радиальных и радиально-упорных подшипников - это есть такая условная постоянная радиальная нагрузка ,которая при приложении её к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным наружным обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения:

, ( 17.2)

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

, ( 17.3 )

где F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки; X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (приводятся в каталоге); V – коэффициент вращения, зависит от того, какое кольцо подшипника вращается (при вращении внутреннего кольца V = 1, наружного V = 1,2); - коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки: спокойная, умеренные толчки, с сильными толчками (ударами); К_Т – температурный коэффициент (для стали ШХ15 при t до 100⁰С К_Т = 1, при t = 125 – 250⁰С К_Т = 1,05 – 1,4 соответственно).

В таблицах значения X и Y различны в зависимости от отношения . Объясняется это тем, что до некоторых пределов, равных коэффициену этого отношенияe, дополнительная осевая нагрузка не ухудшает условия работы подшипника. Она уменьшает радиальный зазор в подшипнике и выравнивает распределение нагрузки по телам качения.

Учёт переменности режима нагрузки принято выполнять путём замены нагрузки Р эквивалентной нагрузкой

,

где P_i – по формуле (17.2 или 17.3) для каждого уровня нагрузки (см. циклограмму на рис. 13.2); L_i – число млн.оборотов при нагрузке P_i.

Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъёмности.

Статическую грузоподъёмность используют для подбора подшипников при частоте вращения n < 1 мин^-1, когда число циклов нагружений мало и не вызывает усталостных разрушений, а также для проверки подшипников, рассчитанных по динамической грузоподъёмности. Условие проверки и подбора:

Р₀ С₀,

где Р₀ - эквивалентная статическая нагрузка; С₀ – статическая грузоподъёмность.

Под статической грузоподъёмностью понимают такую статическую нагрузку, которой соответствует общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. При этом под нагрузкой понимают радиальную для радиальных и радиально-упорных подшипников, осевую для упорных и упорно-радиальных. Значения С₀ указаны в каталогах для каждого типоразмера подшипника.

Эквивалентная статическая нагрузка

, но не меньше чем P₀ = F_r,

где F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки; X₀ и Y₀ – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (см. каталог).