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:

• Долговечность.

• Грузоподъёмность.

Распределение нагрузки на теле качения подшипника

Задача распределения нагрузки на тела качения статически неопределимая и решается на основе совместности деформации системы:

Для шарикоподшипника:

. . . . . . . . . . . .

Для роликоподшипника:

. . . . . . . . . . .

Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:

1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.

2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - б раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.

Особенности кинематики подшипников качения

Подшипники можно рассматривать как планетарный ряд с двумя вариантами привода:

1) вращается внутреннее кольцо,

2) вращается наружное кольцо.

Мгновенный центр скоростей (МЦС) лежит в точке кон­такта тела качения с неподвижным кольцом, построение пла­нов скоростей показывает, что при равных угловых скоростях - w: , так как ; ; .

Это значит, что скорость центра тела качения (сепаратора), а, следовательно, и угловые скорости вращения тел качения во втором случае больше, чем в первом, а, следовательно, больше и износ всех элементов подшипника. Это обстоятельство в расчетной формуле для подшипников качения учитывается особым коэффициентом.

Расчет (подбор) подшипников качения

Статический расчет - только для подшипников, делающих меньше одного оборота, например, подшипников поворотных кранов, грузоподъемных крюков и пр.

Q < Q_ст

где Q - реакция опоры;

Q_ст - допускаемая статическая нагрузка на под­шипник по таблицам ГОСТ.

Расчет на долговечность - основной расчет.

Приведенная нагрузка:

где R - радиальная нагрузка на опору;

А - осевая нагрузка;

К_к - коэффициент, зависящий от того, какое кольцо вращается: если внутреннее – К_к = 1;

m - табличный коэффициент, характеризующий способность данного типа подшипника воспринимать осевую нагрузку.

Расчетное уравнение имеет вид:

где n - число оборотов в минуту;

h - долговечность подшипника в часах;

К_s - табличные коэффициент, зависящий от ди­намичности нагрузки (спокойная, со слабыми толчками, ударная);

K_т - табличный температурный коэффициент при t < 100⁰C К_т = 1.

При переменной нагрузке, которая задается усредненным графиком, определяется эквивалентная нагрузка:

Например, для графика, указанного на рисунке:

Здесь: Q_i, n_i, h_i - нагрузка, число оборотов и долговечность на i-ой ступени графика.

Центробежные силы инерции, действующие в подшипниках качения, определяются известным уравнением . При малых и средних угловых скоростях они не очень велики, но сильно возрастают при высоких и сверхвысоких углов их скоростях, становясь главными нагрузками, которые и определяют предельное число оборотов подшипников этого типа.

Для упорных шариковых подшипников центробежные силы составляют большую опасность, чем для других типов, способствуя износу сепараторов.