Виды разрушения подшипников качения

Основными причинами потери работоспособности подшипников качения являются:

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец в виде раковин или отслаивания (шелушения) вследствие циклического контактного нагружения. Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения. Пластические деформации на дорожках качения (вмятины) вследствие действия ударных нагрузок или больших статических нагрузок без вращения.

Задиры рабочих поверхностей качения по причине недостаточной смазки или слишком малых зазоров из-за неправильного монтажа.

Абразивный износ вследствие плохой защиты подшипника от попадания пыли. Применение совершенных конструкций уплотнений подшипниковых узлов уменьшает износ рабочих поверхностей подшипника.

Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор тел качения. Этот вид разрушения является основной причиной потери работоспособности быстроходных подшипников.

Раскалывание колец и тел качения из-за перекосов при монтаже или при больших динамических нагрузках.

Критерии работоспособности подшипников качения

Основными критериями работоспособности подшипников качения являются долговечность по усталостному выкрашиванию и статическая грузоподъемность по пластическим деформациям.

Расчет на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с угловой скоростью  < 0,1 рад/с.

Не вращающиеся подшипники или медленно вращающиеся (с угловой скоростью <0,1 рад/с) рассчитывают на статическую грузоподъемность.

При проектировании машин подшипники качения не конструируют, а подбирают по таблицам каталога по условным формулам. Методы подбора подшипников качения стандартизованы  ГОСТ 1885473 и ГОСТ 1885573.

Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от его назначения, направления и величины нагрузки, угловой скорости, режима работы, стоимости подшипника и особенностей монтажа.

При выборе типа подшипника рекомендуется вначале рассмотреть возможность применения радиальных однорядных шарикоподшипников, как наиболее дешевых и простых в эксплуатации. Выбор других типов должен быть строго обоснован.

Для малых нагрузок и больших скоростей вращения принимают шариковые однорядные подшипники легких серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая угловая скорость их меньше. При одновременном действии радиальной и осевой нагрузок выясняют, достаточно ли одного подшипника или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельными подшипниками.

При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники. Следует иметь в виду, что шариковые подшипники менее требовательны к смазке, чем роликовые.

Расчет подшипников качения на долговечность

Расчет на долговечность радиальных и радиально-упорных подшипников основан на динамической грузоподъемности С подшипника, представляющей постоянную радиальную нагрузку (а для упорных и упорно-радиальных подшипников осевую нагрузку), которую подшипник может выдержать в течение 10⁶ оборотов.

Экспериментально установлено, что расчетная долговечность подшипника качения определяется по формуле

, (21.12)

где  расчетная долговечность подшипника (срок службы), ч;   угловая скорость, рад/с; С  динамическая грузоподъемность, Н; приводится в каталогах;  эквивалентная (приведенная) нагрузка (см. ниже), Н; m  показатель степени, для шариковых идля роликовых подшипников (для определенияпри таких значенияхm в каталогах предусмотрены таблицы).

Формула (21.12) справедлива при рад/с. Прирад/с в нее поставляютрад/с.

Эквивалентная нагрузка . Эквивалентная нагрузка учитывает характер и направление действующих на подшипник нагрузок, условия работы и зависит от типа подшипника:

для радиальных шариковых и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников

; (21.13)

для радиальных роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами

; (21.14)

для упорных шариковых и роликовых подшипников

,(21.15)

где  радиальная нагрузка на подшипник (суммарная опорная реакция), Н;  осевая нагрузка подшипника, Н;  коэффициент вращения, учитывающий зависимость долговечности подшипника от того, какое из колец вращается. При вращении внутреннего кольца . При вращении наружного кольца ;  коэффициент безопасности, учитывающий влияние характера нагрузки на долговечность подшипника;  коэффициент, учитывающий влияние температуры на долговечность подшипника; X, Y  коэффициенты радиальной и осевой нагрузки (указываются в каталоге).

Осевая нагрузка не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки , пока отношениене превысит величиные  коэффициента осевого нагружения (указывается в каталоге).

При расчете радиально-упорных подшипников необходимо учитывать осевые составляющие реакций подшипников, возникающие под действием радиальных нагрузок(рис. 21.12 и 21.13).

Рис. 21.12. Пример установки вала на роликовых конических подшипниках враспор: l – расстояние между опорами

Для шариковых радиально-упорных подшипников

. (21.16)

Для конических роликовых подшипников

. (21.17)

Расчетная осевая нагрузка на каждый из двух радиально-упорных подшипников вала определяется по следующим формулам, полученным при условии отсутствия предварительного натяга и осевой «игры».

Рис. 21.13. Пример установки вала-шестерни конической передачи на конических роликоподшипниках

Вариант	Соотношение сил	Расчетная осевая нагрузка
1
2
3