Виды повреждений и критерии работоспособности подшипников качения
Каждая причина повреждения подшипника находит отражение в характерной картине. Такие повреждения, их именуют первичными, порождают вторичные повреждения – усталостные раковины (питтинг), и трещины, - которые служат непосредственной причиной выхода подшипника из строя. Уже первичные повреждения в некоторых случаях могут оказаться причиной утраты подшипником работоспособности.
Виды повреждений
1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения в виде раковин или отслаивания под действием переменных контактных напряжений. Его обычно наблюдают после длительной работы. Сопровождается повышенным шумом и вибрациями.
2. Смятие рабочих поверхностей дорожек и тел качения (образование лунок и вмятин) вследствие местных пластических деформаций под действием ударных или значительных статических нагрузок.
3
.
Абразивное изнашивание вследствие
плохой защиты подшипника от попадания
абразивных частиц.
4
.
Разрушение сепараторов от действия
центробежных сил и воздействия на
сепаратор разноразмерных тел качения.
5
.
Разрушение колец и тел качения из-за
перекосов колец или действия больших
динамических нагрузок (рис.8).
Основными критериями работоспособности подшипников качения являются износостойкость, теплостойкость и виброустойчивость.
Подбор подшипников качения
Проектный расчёт для стандартизованных подшипников качения заменяется процедурой подбора подшипника. Выбор подшипника качения определяется следующим:
диаметр d цапфы вала;
значение и направление нагрузки (радиальная, осевая, комбинированная);
характер нагрузки (постоянная, переменная, ударная);
частоту вращения кольца подшипника;
требуемую долговечность (срок службы, выраженный в часах или миллионах оборотов);
окружающую среду (температуру, влажность, кислотность и т.п.);
особые требования, обусловленные конструкцией узла машины или механизма (необходимость самоустанавливаемости подшипника в опоре с целью компенсации перекосов вала или корпуса, обеспечение перемещения вала в осевом направлении и т.п.).
Расчет подшипников качения на долговечность
Так как подшипники предварительно выбирают по конструктивным соображениям, то расчетом проверяют их долговечность (ресурс). Под долговечностью работы подшипника подразумевается максимально возможное количество оборотов, которое выполнят тела качения вокруг оси подшипника до момента появления признаков усталости материала на кольцах или непосредственно на телах качения с сопутствующими изменениями в его работе (шум, избыточный перегрев и, в конечном счете, разрушение изделия).
Долговечность подшипника:
,(млн.
оборотов),
(1)
где p=3 - для шариковых подшипников, p=3,33 – для роликовых подшипников;
С
- динамическая грузоподъемность,
указываемая в каталогах. Это такая
нагрузка, которую подшипник может
выдержать за 1 миллион оборотов кольца
подшипника без появления признаков
усталостного разрушения при частоте
вращения
1
об/мин
(в расчетах
при
об/мин принимается
об/мин);
Р – эквивалентная динамическая нагрузка. Это постоянная однонаправленная нагрузка, при которой подшипник имеет такую же долговечность, что и при реальных условиях работы.
Эквивалентная динамическая нагрузка вычисляется по эмпирической формуле:
,
(2)
где Fr , Fa – радиальная и осевая составляющие нагрузки, действующей на вращающееся кольцо подшипник;
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.
Для радиальных
подшипников, не воспринимающих осевую
нагрузку, Fa
=0, Х=1, для
упорных подшипников, не воспринимающих
радиальную нагрузку,
,
Y=1.
Для остальных подшипников значения X
и Y
находятся по специальным таблицам;
КБ – коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических условий работы
(КБ = 1 для передач, КБ = 1,8 для подвижного состава);
КТ – коэффициент температурного режима (до 125оС КТ =1).
Долговечность (ресурс) подшипника можно вычислить в часах:
,
(часов),
(3)
где n – частота вращения вала.
Необходимая долговечность подшипника будет обеспечена, если
,
(4)
где
- заданный
ресурс работы подшипника.
Заданный ресурс подшипников в машинах определяется технико-экономическими показателями. Его выбирают тем большим, чем важнее бесперебойная работа машины, чем труднее разборка машины для замены подшипников и т.д. Рекомендуемые значения в зависимости от типа машин приводятся в таблице 1.
Таблица 1
Рекомендуемые значения
Типы машин |
Ресурс , час. |
Приборы и аппараты, используемые периодически: демонстрационная аппаратура, механизмы для закрывания дверей, бытовые приборы |
500 |
Машины, работающие с полной загрузкой в одну смену: машины общего машиностроения, подъемные краны, вентиляторы, распределительные валы |
Около 20000 |
Машины для круглосуточного использования: компрессоры, насосы, шахтные подъемники, стационарные электромашины, судовые приводы |
40000 и более |
Непрерывно работающие машины с высокой нагрузкой: оборудование бумажных фабрик, энергетические установки, шахтные насосы, оборудование торговых морских судов |
100000 и более |