7.5. Расчетная нагрузка на радиально-упорные подшипники
Для упорядочения расчетов принято опору вала, воспринимающую только радиальную силу, обозначить цифрой 1, а воспринимающую радиальную и осевую силы – 2.
Радиальные силы Fr1 и Fr2, действующие на подшипники, определяются при расчете вала по уравнениям статики как суммарные реакции опор.
На рис. 7.9 представлены четыре возможные схемы осевого нагружения вала:
а) при установке подшипников “враспор” (рис. 7.9, а);
б) при установке подшипников “врастяжку” (рис. 7.9, б).
а) б)
Рис. 7.9
Для любой схемы расчетные осевые силы Fa1 и Fa2 на подшипниках определяются по двум условиям:
1) по условию равновесия сил на оси вала:
Fa1 – Fa2 + FА = 0, (7.1)
где FА – заданная внешняя осевая сила;
2) по условию регулирования (сборки):
Fa1 > FS1, Fa2 > FS2. (7.2)
Предположим, что Fa1 = FS1, тогда из условия (7.1) Fa2 = FS1 + FА. Если
Fa2 > FS2, то силы Fa1 и Fa2 определены верно. Если Fa2 окажется меньше FS2, то следует принять Fa2 = FS2, и тогда Fa1 = FS2 – FА > FS1, таким образом, условие (7.2) обязательно будет выполнено.
Для шариковых однорядных радиальных ПК (α = 0°) принято считать FS = = 0. Тогда из условия равновесия будем иметь Fa1 = 0; Fa2 = FA.
7.6. Причины выхода из строя и критерии расчета
1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения в виде раковин или отслаивания частиц металла под действием переменных контактных напряжений. Это основной вид разрушения ПК после длительной работы при n > 1 мин -1.
2. Смятие рабочих поверхностей в зоне контакта дорожек и тел качения вследствие местных пластических деформаций (образование лунок, вмятин) под действием вибрационных, ударных или значительных нагрузок при n < 1 мин -1.
Кроме того, в условиях загрязнения из-за несовершенных уплотнений может иметь место абразивное изнашивание рабочих поверхностей. В быстроходных ПК вследствие действия центробежных сил может происходить разрушение сепаратора.
Внешними признаками нарушения работоспособности подшипников являются потеря точности вращения, повышенный шум и вибрация, повышение температуры и сопротивления вращению.
Итак, критериями работоспособности ПК являются сопротивление контактной усталости (расчет производят по динамической грузоподъемности) и статическая контактная прочность (расчет по статической грузоподъемности).
7.7. Материалы деталей подшипников
Кольца и тела качения изготавливают из специальных шарикоподшипниковых высокоуглеродистых хромистых сталей ШХ15, ШХ20СГ с термообработкой до твердости 61…67 HRC. При повышенных требованиях по ресурсу и надежности применяют стали, подвергаемые специальным (электрошлаковый, вакуумно-дуговой) переплавам.
Сепараторы изготавливают из мягкой углеродистой стали (08кп, 10кп)
55
или пластмасс. Сепараторы высокоскоростных подшипников называют массивными и выполняют из текстолита, фторпласта, латуни, бронзы с предпочтительным центрированием их по наружному кольцу ПК.
В особых условиях хорошо зарекомендовали себя керамические подшипники из нитрида кремния Si3N4 (E = 3,1·105 МПа; = 3,2 г/см3; Н = 80 HRC; t° до 1200°С; αt в 4 раза меньше, чем у стали). Но материал очень хрупкий. Практика показала, что лучше иметь комбинированные ПК: стальные кольца и керамические тела качения.