8.4. Критерії роботоздатності та підбір вальниць котіння

за динамічною і статичною вантажностями

Основні причини втрати роботоздатності вальницями котіння. Це втомне руйнування робочих поверхонь тіл котіння та бігових доріжок кілець внаслідок циклічного контактного навантаження; цей основний вид пошкоджень вальниць спостерігається після тривалої роботи і супроводжується підвищенням шуму та вібрації; з досвіду експлуатації встановлено, що найчастіше пошкоджується бігова доріжка внутрішнього кільця.

Спостерігаються пластичні деформації у вигляді вм’ятин, ямок на доріжках котіння. Особливо у важконавантажених тихохідних вальницях при дії великих навантаг без обертання або ударних навантаг.

Має місце абразивне спрацьовування як результат недостатнього захисту від абразивних часток (пилу та бруду), яке є основною причиною виходу з ладу вальниць авт, тракторів, будівельних та гірничих машин і т. ін.; застосування досконалих конструкцій ущільнювачів вальницевих вузлів значно зменшує спрацювання.

Можуть бути задúрки робочих поверхонь як результат недостатнього змащення, дуже малих проміжків через неправильний монтаж, а ще – розколювання кілець і тіл котіння через перекоси при монтажі або при великих динамічних навантагах (при нормальній експлуатації цей вид руйнувань не спостерігається).

У швидкохідних вальницях можуть бути руйнування сепараторів від дії відцентрових сил і тиску тіл котіння на них через значний розкид діаметрів тіл котіння в одній вальниці.

Критерії роботоздатності і розрахунок вальниць котіння. Сучасний розрахунок вальниць ґрунтується тільки на двох критеріях:

1) розрахунок на статичну вантажність за залишковими деформаціями;

2) розрахунок на ресурс (довговічність) за втомним викришуванням. Розрахунки за іншими критеріями не розроблені, оскільки ці критерії пов’язані з низкою випадкових факторів, які важко піддаються обліку.

Стандартом обмежені кількість типів та розмірів вальниць. Це дозволило розрахувати і експериментально встановити вантажність (роботоздатність) кожного типорозміра вальниць.

Проектуючи машини, вузли і аґреґати, вальниці котіння не конструюють і не розраховують, а підбирають з числа стандартних за умовними формулами. Методика підбору стандартних вальниць також стандартизована і відповідає в основному вимогам міжнародної організації зі стандартизації (ISO).

Підбір вальниць котіння за динамічною та статичною вантажністю. Розрізняють підбір вальниць за динамічною вантажністю для попередження втомного руйнування (викришування) і статичною вантажністю для попередження залишкових деформацій, які базуються відповідно на міждержавних стандартах – ГОСТ 18855 “Вальниці котіння. Розрахунок динамічної вантажності, еквівалентної динамічної навантаги довговічності” та ГОСТ 18854 “Вальниці котіння. Розрахунок статичної вантажності та еквівалентної статичної навантаги”.

Підбір вальниць котіння за динамічною вантажністю С (за даним ресурсом або довговічністю) здійснюють при частоті обертання n ≥ 10 хв^-1. При n від 1 до 10 хв^-1 в розрахунку приймають n=10 хв^-1.

Заувага. Фірма SKF (Швеція) розрахунок за динамічною вантажністю проводить при n > 20хв^-1.

Умова підбору:

С (потрібна) ≤ С (паспортна або з каталогу),

або

С_пот ≤ С_кат. (8.5)

Паспортна динамічна вантажність С – це така стала навантага, яку вальниця може витримати на протязі 1 млн. обертів без появи ознак втомленості не менше ніж у 90% з певної кількості вальниць, що піддаються випробуванням. Значення С наведені в каталогах.

Під навантагою розуміють радіальну для радіальних та радіально-упорних вальниць (із зовнішнім кільцем, що не обертається), вісеву для упорних та упорно-радіальних (при обертанні одного з кілець).

Динамічна вантажність та ресурс пов’язані емпіричною залежністю

L = a₁a₂(C/F_e)^p або , (8.6)

де L – ресурс, млн.обертів; F_e – еквівалентна навантага (про це йтиметься нижче); p = 3 для кулькових і p =10/3=3,33... для роликових вальниць; а₁– коефіцієнт надійності; а₂ – узагальнений коефіцієнт сумісного впливу якості металу та умов експлуатації. В каталогах та довідниках вказані значення С з коефіцієнтом надійності S = 0,9.

При малих ресурсах обмежують F_e<0,5 С, інакше можливе невтомне руйнування.

Еквівалентні динамічні навантаги. Еквівалентна динамічна навантага F^e для радіальних та радіально-упорних вальниць є така умовна стала радіальна навантага F_r, яка, якщо прикласти її до вальниці з внутрішнім кільцем, що обертається, та з нерухомим зовнішнім, забезпечує таку ж довговічність, яку вальниця має при дійсних умовах навантаження та обертання.

Перевірка і підбір вальниць за статичною вантажністю. Навантага F_e зростає зі зменшенням ресурсу L і теоретично не має обмеження. Практично навантага обмежена втратою статичної тривкості, або так званою статичною вантажністю.

Статичну вантажність викориcтовують для підбору вальниць при малих частотах обертання n < 1 хв^-1, коли число циклів навантаг мале і не викликає втомних руйнувань, а також для перевірки вальниць, що розраховані за динамічною вантажністю. Умова перевірки і відбору

F₀ ≤ С₀, (8.7)

де F₀ – еквівалентна статична навантага; С₀ – статична вантажність.

Заувага. Фірма SKF розрахунок за статичною вантажністю рекомендує при n < 20 хв^-1.

Під статичною вантажністю розуміють таку статичну навантагу, якій відповідає загальна залишкова деформація тіл котіння та кілець в найбільш навантаженій точці контакту, що рівна 0,0001 діаметра тіла котіння. При цьому під навантагою розуміють радіальну для радіальних і радіально-упорних вальниць, вісеву для упорних і упорно-радіальних. Значення С₀ вказані в каталогах для кожного типорозміру вальниці.

Еквівалентна статична навантага

Р₀ = Х₀Fr + Y₀F_a, (8.8)

де F_r i F_a – радіальна і вісева навантаги; Х₀ та Y₀ – коефіцієнти радіальної та вісевої статичних навантаг.

Наприклад:

а) Х₀ = 0,6 і Y₀ =0,5 – для радіальних кулькових однорядних (дворядних) вальниць;

б) Х₀ = 0,5 і Y₀ = 0,47...0,28 (при = 12...36⁰ відповідно) – для радіально-упорних кулькових вальниць;

в) Х₀ = 0,5 і Y₀ = 0,22ctg – для конічних та самоустановних кулькових та роликових вальниць.

Гранична швидкохідність вальниці. Обмежуються вальниці граничною частотою n_гр , яка вказується в каталозі. Це найбільша частота обертання, за межами якої розрахункова довговічність не ґарантується. Дослідами встановлено, що інтенсивність спрацювання і втрати на тертя у вальницях котіння пов’язані з коловою швидкістю, тому для оцінки граничної швидкохідності прийнятні умовні швидкісні параметри (пропорціональні коловій швидкості)

[D_mn] = const, (8.9)

де D_m – діаметр обводу центрів тіл котіння, мм; n – частота обертання, хв^-1.

Допустиме значення [D_mn] залежить від конструктивних та експлуатаційних параметрів і типу вальниці, типу сепаратора, класу точності, типу мастила та ін.