4.1 Кинематика и динамика подшипников

Относительно друг друга детали подшипников: тела качения, кольца и сепараторы движутся так же как сателлиты, водило и центральные колеса. В планетарном редукторе одно из центральных колес неподвижно. В подшипниках тоже одно кольцо неподвижно. Тела качения, как и сателлиты, вращаются относительно собственных осей и вместе с сепаратором – относительно центральных осей (рис. 12.12).

Рис.4.3

Внешняя сила, реакция вала Fr,, не меняет своего направления, поэтому во вращающихся деталях подшипника напряжения меняются циклически, их долговечность зависит от числа циклов смены напряжений, чем меньше циклов, тем выше долговечность.

Число циклов зависит от угловой скорости, оно тем больше, чем больше угловая скорость сепаратора – аналога водила планетарного редуктора.

По определению

тогда угловая скорость сепаратора

Если вращается внешнее кольцо, то

угловая скорость сепаратора

.

При угловая скорость сепаратора меньше, когда вращается внутреннее кольцо 1, неподвижно посаженное на вал.

От угловой скорости сепаратора зависят силы инерции тел качения

разрушающие сепаратор из-за увеличения сил трения тел качения о сепаратор.

Силы трения вызывают нагрев, уменьшают вязкость масла и толщину его слоя. В каталогах указывается предельная частота вращения кольца, т.е. ограничивается центробежная сила инерции, приводящая к разрушению сепаратора.

В радиально-упорных подшипниках вследствие изменения направления оси вращения тела в пространстве возникает гироскопический момент

Здесь Im – момент инерции шарика или ролика относительно его оси.

Вектор гироскопического момента направлен по касательной к окружности диаметром dm . Противоположное направление имеет момент трения

Его величина у шариковых подшипников больше, чем у роликовых, так как коэффициенты трения скольжения у них в паре с кольцами fш= 0,0015 у шарикового и fр= 0,0010 у роликового.

4.3 Внешние силы

Внешние силы, радиальные Fr и осевые Fa, равные реакциям опор вала, распределяются по телам качения неравномерно (рис.). Степень неравномерности зависит от величины радиального зазора

:

чем он больше, тем выше степень неравномерности. Осевые зазоры радиально-упорных подшипников регулируются, величина зазора зависит от диаметра вала, угла контакта a, для роликовых конических она 20...50 мкм, для шариковых- 12...32 мкм, если подшипники разнесены.

Степень неравномерности распределения силы зависит также жесткости колец и вида их посадки на вал и в корпус.

Внутреннее кольцо садится на вал с натягом (квалитеты m6, k6), внешнее устанавливается в корпус с малым зазором (Н7), необходимым для замены подшипника. Чем меньше жесткость внешнего кольца, тем выше степень неравномерности . Максимальное значение силы, приходящейся на один ролик, для роликовых радиальных подшипников

шариковых –

,

- радиальная составляющая реакции опоры вала,

Основной вид повреждений тел качения и колец – усталостное выкрашивание и шелушение.

Все детали подшипников имеют одинаковые допускаемые напряжения, для роликовых подшипников =4000 МПа, для шариковых- =4200 МПа.

Усталостное выкрашивание начинается у дорожек внутренних колец всех подшипников, кроме сферических: проверка на прочность имеет смысл только для внутреннего кольца . При больших перегрузках и вибрациях во время перевозки машин, когда подшипники неподвижны, появляются вмятины на кольцах, .величина которых зависит от контактных напряжений. .

Когда мало смазки и силы выше расчетных, возможно заедание: на участках перехода шариков (роликов) из разгруженной зоны в зону повышенной силы. Из-за неправильного монтажа и перегрузок подшипника раскалываются кольца.

Нередко разрушаются сепараторы из-за неодинаковых размеров тел качения, перекоса, неравномерного нагружения, а также от действия сил инерции.

Заедание возможно из-за резкого повышения температуры в зоне контакта при больших силах трения, причина которых высокие скорости скольжения, возможные при большой частоте вращения вала. Повышение температуры приводит к снижению вязкости масла, его коксованию, повышению коэффициента трения.

В каталогах указывается предельные частоты вращения в виде условного параметра – произведения диаметра тела качения на его частоту вращения – d·n. Наибольшее его значение допускается у подшипников с текстолитовым или бронзовым сепаратором, меньшее значение у конических роликовых подшипников и у подшипников без сепаратора.