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 18 854–94. Приводимые в ГОСТ 18 854 94 формулы и коэффициенты для расчета базовой статической расчетной грузоподъемности основаны на принятых в качестве расчетных значениях контактных напряжений.

В ГОСТ 18 854–94 применяют следующие термины и определения. Статическая нагрузка — нагрузка, действующая на подшипник, кольца которого не вращаются относительно друг друга.

Базовая статическая радиальная грузоподъемность С_ог — 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 Р_ог — 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; Д_г — 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 Б_г — радиальная нагрузка на подшипник; Б_а — 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 Р_г и Б_а

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 /^г_г и Б_а 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 18 855–94. Целью ГОСТ 18 855–94 является создание необходимой основы для расчета основного показателя правильности выбора подшипников качения — ресурса.

В ГОСТ 18 855–94 применяются перечисленные ниже термины и определения в соответствии с ГОСТ 18 854–94.

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

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

Динамическая эквивалентная осевая нагрузка Р_а — 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 Д_г, > 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 Ь_т = 1,0 для игольчатых подшипников со штампованным наружным кольцом; Ь_т = 1,1 для роликовых цилиндрических, конических и игольчатых с кольцами, подвергнутыми обработке резанием; Ь_т = 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 Р_г или осевая Р_а); к — показатель степени, равный 3 для шариковых подшипников и равный 3,33 для роликовых подшипников.

Формула расчета ресурса справедлива, если Р_г (или Р_а), а при переменных нагрузках — Р_гаих (или Р_атак), нс превышает 0,5 С_г (или 0,5 С_а).

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.

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.