Тема № 2. Критерии работоспособности подшипниковых узлов

Основными критериями работоспособности подшипников качения являются: момент трения, температура наружного кольца, общий уровень вибраций, виброспектр подшипникового узла, химический состав смазки.

Повышенный момент трения вызывает разогрев деталей подшипникового узла, поэтому увеличение температуры наружного кольца сверх допустимого значения свидетельствует о неисправности подшипника. Критерием отказа обычно является повышение температуры на 15 – 20°С за 10 – 15 ч работы машины. Повышение общего уровня вибрации на 15% от первоначального значения в номинальном режиме работы также является критерием отказа подшипникового узла.

Рассчитав значения так называемых информативных частот по формулам (9.12) – (9.18) и определив спектр вибрации подшипникового узла, можно не только судить о его работоспособности, но и выявить характер повреждений. Повышение амплитуды вибрации на какой-либо из информативных частот свидетельствует о выходе или скором выходе подшипника из строя, а также указывает на причину вибрации, которая вызывает эту информативную частоту.

Здесь следует отметить, что снижение вибрации подшипниковых узлов и всей электрической машины может быть достигнуто установкой подшипников скольжения. Изменение химического состава смазки приводит к изменению вязкости, а значит, ухудшает условия вращения. Около 95% электрических машин в СССР смазывают пластичными смазочными материалами. Мощные электромашины (выше 100 кВт) с подшипниками скольжения обычно смазывают маслами, однако такое разграничение условно. Достаточно широко пластичные смазки используют и в подшипниках машин мощностью 300 и даже 500 кВт. Скоростной фактор для подшипников электрических машин составляет 50 – 400 тыс. мм×об/мин.

ТЕМА № 3 Основы расчета долговечности подшипников

В настоящее время расчет подшипников на долговечность базируется на усталостной прочности деталей. Усталостная выносливость металла определяется экспериментальным путем.

Характеристика зависимости механических напряжений q от числа циклов нагружения N графически представляется в виде кривой усталости, называемой кривой Велера и снимается следующим образом. Металлическая деталь подвергается воздействию различных циклических напряжений и фиксируется число циклов нагружения до разрушения детали. Для каждого металла существует такое циклическое напряжение q, при котором разрушение детали не наступает теоретически никогда.

При расчете подшипников качения определяют их типоразмеры при заданных сроке службы, нагрузке и частоте вращения Наибольшая радиальная нагрузка (Н) на подшипник

(9.19)

где G – сила тяжести сердечника ротора с обоймой и участком вала по длине сердечника, Н; T₀ – сила одноосного магнитного тяжения, Н; F₀ – поперечная сила от передачи, Н; k₀ – коэффициент, зависящий от расположения подшипника – для подшипника выступающего конца вала,— для подшипника, установленного с противоположной стороны вала;b – расстояние от точки приложения сил тяжести и одноосного магнитного тяжения до опоры выступающего конца вала;

Уравнение Вейбулла в этом случае принимает вид

(9.24)

На основе зависимости (9.24) разработана методика расчета долговечности подшипников с жесткими требованиями к гарантии долговечности. Эта методика наиболее точно отражает закономерности контактного износа однорядных радиальных шарикоподшипников.

Рассмотрим еще один метод определения надежности подшипниковых узлов электрических машин. Здесь с учетом различных причин отказов надежность оценивается вероятностью безотказной работы также с помощью распределения Вейбулла:

при

при (9.25)

где параметр сдвига α характеризует зону, в которой вероятность отказа практически равна нулю. В некоторых случаях показатель оказывается близким к единице, что соответствует постоянной интенсивности отказов. Параметры ,b, k находятся экспериментальным путем по формулам:

где , – оценки параметров иb; n – объем выборки; T_ср – наработка до первого отказа; T_р – средний ресурс.

Заметим, что в последнее время с развитием математических методов и теории эксперимента в качестве моделей надежности подшипниковых узлов электрических машин все чаще используются интерполяционные полиномиальные модели, полученные реализацией факторных экспериментов. Используются подобные модели как для режимов работы в нормальных условиях, так и в форсированных режимах.