3.2.2. Оценка долговечности подшипников качения с учётомсостояния смазки

Многочисленные исследования показывают, что расчёт долговечности подшипников качения без учёта особенностей работы смазки зачастую приводит к значительным погрешностям.

Для оценки этого фактора в качестве основного параметра, несущего комплексную информацию о работе подшипника как с жидкими, так и с пластичными смазками, принимается число Рейнольдса:

, (3.15)

где п– скорость вращения внутреннего кольца подшипника, об/с; ρ – плотность смазки, кг/м³;d₀= (D_н–D_вн)/2 – средний диаметр подшипника, м; μ – динамическая вязкость смазки, Па·с.

На основании экспериментальных данных для подшипников, смазываемых маслами, получена следующая зависимость:

, (3.16)

где λ – параметр смазки; Т_р– расчётная долговечность подшипника, ч;Т^*– её опытное значение с учётом особенностей работы смазки.

В результате статистической обработки опытных данных уравнение для любой жидкой смазки может быть представлено в таком виде:

≈ 0,41∙R_e^0,56∙λ^0,78. (3.17)

Для подшипников с пластичными смазками

, (3.18)

где Δ = 2δ_ср/δ₀– параметр среднего радиального зазора в подшипнике после его посадки на вал; δ₀= (δ_max+ δ_min)/2; δ_cp– то же самое, но после посадки подшипника на вал (в подшипниковые щиты).

Как показывают исследования, уравнение (3.18) не может быть представлено в универсальном виде, так как входящие в него параметры существенно зависят от типа смазки.

Вопросы для самопроверки

1. Назовите причины выхода из строя подшипниковых узлов.

2. Что собой представляет расчетная долговечность подшипника качения?

3. Какой из законов распределения отказов лежит в основе расчета вероятности безотказной работы подшипников качения?

4. Приведите соотношение между долговечностью подшипника качения и подшипниковых узлов электрической машины.

5. Дайте краткую характеристику факторов, определяющих надежность подшипниковых узлов.

6. Каким образом можно оценить влияние технологии изготовления и условий эксплуатации подшипниковых узлов на их надежность?

7. Поясните принципиальные положения методики оценки долговечности подшипниковых узлов с учетом состояния смазки.

Раздел 4. Надёжность узлов со скользящими контактами

После изучения раздела 4 следует проверить уровень своих знаний по этому разделу с помощью тренировочного теста 4, а затем пройти контрольное тестирование по этому разделу (контрольный тест 4).

4.1. Особенности условий работы коллекторно-щеточного узла, критерии работоспособности и отказов

Работоспособность и долговечность коллекторного узла определяются воздействиями трёх групп основных факторов, связанных с электромагнитными процессами, механическими воздействиями и физико-химической природой скользящего контакта.

К факторам электромагнитногохарактера относятся электромагнитные нагрузки, напряжения между смежными пластинами, реактивная ЭДС, токовые перегрузки и др.

Факторы механическоговоздействия определяются технологическими и конструктивными особенностями машины (ослабление прессовки, эксцентриситет и эллиптичность коллектора, уровень вибрации всей машины или агрегата, частота вращения ротора).

Факторы физико-химическойприроды скользящего контакта определяются условиями токосъёма и состоянием окружающей среды (износ щёток и коллектора, нажатие на щётку, материал коллектора, температура, влажность, кислотность и запылённость окружающей среды). Следует упомянуть об образовании контактной плёнки (политуры) на поверхности коллектора. Влага, наличие в среде активных газов и особенно запылённость оказывают разрушающее воздействие на материал коллектора. Кроме того, большое число повреждений коллекторов вызывается трением щёток о коллектор и высокими плотностями токов под щётками при их неплотном прилегании к коллектору, что сопровождается значительным повышением температуры (местным перегревом отдельных участков). В результате этого наступает термическая ионизация щёточных контактов. Размыкание и замыкание контактных точек на поверхности коллектора с образованием малых электрических дуг приводят к разрушению поверхности коллектора.

Наиболее эффективными средствами уменьшения износа коллектора являются: улучшение условий коммутации машины путём правильной её настройки, подбор марки и размера щёток для данной мощности и напряжения машины, снижение окружной скорости коллектора, выбор оптимального давления щётки, тщательная балансировка якоря.

Совместный анализ перечисленных выше факторов, а также статистичес-ких данных, получаемых в результате испытаний, экспериментов и эксплуатации машин, позволяет решать задачу создания математической модели надёжности коллекторно-щёточного узла.

При построении математических моделей надёжности коллекторно-щёточного узла, а также при проверке их адекватности важнейшим этапом являются испытания на надёжность.

Оценка состояния узла при испытаниях на надёжность производится с помощью критериев работоспособности и отказа.

К ним относятся: искрение; биение; износ щёток; износ и температура коллектора; переходное сопротивление щёточного контакта; падение напряжения в щёточном контакте; величина небалансной ЭДС в секциях, замыкаемых щёткой.

Многочисленные исследования позволяют сделать вывод, что наиболее общими (интегральными) критериями оценки качества коммутации, а следовательно, качества работы коллекторно-щёточного узла являются среднеквадратическое отклонение перепадов уровней коллекторных пластин и уровень искрения (на практике – биение и искрение).

Если первый критерий в основном отражает причины механического характера, то второй является наиболее общим, так как включает в себя все три вида рассмотренных выше факторов, обусловливающих коммутационный процесс. Именно поэтому критерием качества коммутации в соответствии с ГОСТ 183–74 является её оценка по уровню качества.