Расчёт номинальной долговечности подшипника
Причины поломок и критерии расчёта подшипников
Главная особенность динамики подшипника – знакопеременные нагрузки.
Циклическое перекатывание тел качения может привести 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. Усталостное выкрашивание – основной вид выхода из строя подшипников качения.
В подшипниках также возможны статические и динамические перегрузки, разрушающие как кольца, так и тела качения.
Следовательно, при проектировании машины необходимо определить, во-первых, количество оборотов (циклов), которое гарантированно выдержит подшипник, а, во-вторых - максимально допустимую нагрузку, которую выдержит подшипник.
Вывод: работоспособность подшипника сохраняется при соблюдении двух критериев:
è Долговечность.
è Грузоподъёмность.
Номинальная долговечность это число циклов (или часов), которые подшипник должен проработать до появления первых признаков усталости. Существует эмпирическая (найденная из опыта) зависимость для определения номинальной долговечности Ln =( C / P )a, [млн. оборотов],
где С – грузоподъёмность, Р – эквивалентная динамическая нагрузка, a = 0,3 для шариков, a = 0,33 для роликов.
Номинальную долговечность можно вычислить и в часах
Lh = (106 / 60 n) Ln , [часов],
где n – частота вращения вала.
Эквивалентная динамическая нагрузка это такая постоянная нагрузка, при которой долговечность подшипника та же, что и при реальных условиях работы. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка.
Эквивалентная динамическая нагрузка вычисляется по эмпирической формуле
P = ( V X Fr + Y Fa ) KБ KТ,
где Fr , Fa – радиальная и осевая реакции опор;
V – коэффициент вращения вектора нагрузки ( V = 1 если вращается внутреннее кольцо, V = 1,2 если вращается наружное кольцо)
X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, зависящие от типа подшипников, определяются по справочнику;
КБ – коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических условий работы (КБ =1 для передач, КБ = 1,8 для подвижного состава),
КТ – коэффициент температурного режима (до 100оС КТ =1).
Грузоподъёмность это постоянная нагрузка, которую группа идентичных подшипников выдержит в течение одного миллиона оборотов. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка. Если вал вращается медленнее одного оборота в минуту, то речь идёт о статической грузоподъёмности C0, а если вращение быстрее одного оборота в минуту, то говорят о динамической грузоподъёмности C. Величина грузоподъёмности рассчитывается при проектировании подшипника, определяется на экспериментальной партии подшипников и заносится в каталог.