Современные механизмы требуют компактных и надежных соединений вращающихся деталей (валов) с неподвижными частями. Валы могут передавать значительные усилия или скорости вращения с помощью специальных технологических изделий – подшипников.
Для оценки надежности подшипников используют принятый во всем мире способ – расчет на номинальную долговечность, динамическую и статическую грузоподъемность. Статья содержит сведения о силах, действующих в сопрягаемых узлах, методах расчета и понятия надежности работы подшипника.
Силы, действующие на подшипник
Для того, чтобы правильно понимать суть темы, необходимо определиться с некоторыми терминами: так, радиальное направление – это вектор силы направленный перпендикулярно оси подшипника; осевое – это направление, которое направлено вдоль оси кольца или подшипника.
Сила, действующая вдоль оси, называется осевой, по направлению радиального вектора – радиальной. Если на узел действует обе силы, то такое действие называется смешанным. Направление сил, действующих на подшипник можно увидеть на рисунке 1.
Одним из основных показателей долговечности в работе является сопротивление усталостному выкрашиванию и пластической деформации. В первом случае дефект вызывает статическая нагрузка, во втором динамическая. Работоспособным подшипник остается если под действием нагрузки у него не происходит деформация тел качения, например, ролика или шарика, не более чем на одну десятитысячную долю миллиметра (0,0001 мм).
Методы расчета
Расчет на долговечность выполняются для подшипников, у которых скорость вращения более 1 об/мин (ω ≥ 0,105 рад/с). Статические (не вращающиеся) или вращающиеся медленнее чем 1 об/мин (ω < 0,105 рад/с) рассчитывается по способу статической грузоподъемности.
Все основные стадии расчёта регламентируются межгосударственным стандартом на подшипники качения по расчёту динамической грузоподъемности подшипника и его расчётного ресурса (долговечности ) ГОСТ 18855-2013. Этот стандарт устанавливает также методы вычисления базового расчетного ресурса, соответствующего 90% надежности.
Статическая грузоподъемность
Если подшипниковый узел нагружен статической нагрузкой – подшипник находится в неподвижном состоянии, вращается менее 1 об/мин или совершает медленные колебательные движения, то это действует статическая грузоподъемность подшипника.
Основное условие, прочности узла, которое должно обязательно выполняться, выражено формулой:
Ро < Со,
где: Ро – эквивалентная статическая нагрузка (радиальная нагрузка); Со – статическая грузоподъемность (выбирается в каталогах на подшипники).
При заданном коэффициенте запаса S0:
S0 = Со / Ро ,
где: S0 – статический коэффициент запаса.
Статическая грузоподъемность – это нагрузка при которой остаточная деформация тел качения или обойм составляет 0,0001мм. диаметра тел качения.
Эта величина определяется по следующей формуле:
Ро = X0∙Fr + Y0∙Fa. (кН); ( см. Рис.1)
где: Хо и Yo — коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок и
подбираются по каталогу. (см. Табл.1)
Таблица1.
Значения коэффициентов радиальной Хо и осевой Yo нагрузок
| Тип подшипника | Однорядные подшипники | Двухрядные подшипники | ||
| X0 | Y0 | X0 | Y0 | |
| Шарикоподшипники радиальные | 0,6 | 0,5 | 0,6 | 0,5 |
| Шарикоподшипники радиально-упорные с α: | ||||
| 18 | 0,5 | 0,43 | 1 | 0,86 |
| 19 | 0,5 | 0,43 | 1 | 0,86 |
| 20 | 0,5 | 0,42 | 1 | 0,84 |
| 25 | 0,5 | 0,38 | 1 | 0,76 |
| 26 | 0,5 | 0,37 | 1 | 0,74 |
| 30 | 0,5 | 0,33 | 1 | 0,66 |
| 35 | 0,5 | 0,29 | 1 | 0,58 |
| 36 | 0,5 | 0,28 | 1 | 0,56 |
| 40 | 0,5 | 0,26 | 1 | 0,52 |
| Шарикоподшипники самоустанавливающиеся и роликоподшипники самоустанавливающиеся и конические |
0,5 | 0,22 ctgα | 1 | 0,44 ctgα |
| Для пары одинаковых однорядных радиально-упорных подшипников, установленных узкими или широкими торцами колец друг к другу, следует применять те же значения коэффициентов X0 и Y0, что и для одного двухрядного. Для двух и более одинаковых однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, установленных последовательно следует применять те же значения коэффициентов X0 и Y0, что и для одного такого же подшипника. | ||||
Строго радиальная нагрузка в реальных подшипниковых узлах встречается редко, зачастую нагрузка бывает переменной от P min до Р max. При этих условиях величина статической грузоподъемности (при условии постоянной частоты изменения амплитуды) определяется:
Ро = (P min + Р max) / 3; (кН.).;
где – P min, Р max – величина изменяющейся силы.
Динамическая грузоподъемность подшипника и долговечность (ресурс) подшипника
Динамическая грузоподъемность указана в паспортах на каждый подшипник или группу, эта величина устанавливается экспериментально и выражается в постоянной нагрузке, которую подшипник выдерживает течение одного миллиона (1 млн.) оборотов без появления деформации любого вида у 90% из числа испытуемых подшипников. Например, из партии 1000 изделий – 900 выдерживают нагрузку без возникших дефектов. Эта зависимость приводится в каталогах для каждого вида подшипников:
Динамическая грузоподъемность и долговечность связаны между собой зависимостью, которая получила название – эмпирическая зависимость, выражается формулой:
L = (С/Р),
где: L – ресурс в млн. оборотов; С – величина динамической нагрузки.
Силы, действующие на радиальные и радиально-упорные шариковые и роликовые подшипники, расчет эквивалентной нагрузки
Для компенсации осевых нагрузок, действующих на валах, применяются упорные подшипники. Осевая нагрузка – Fx воспринимается роликами, находящимися в обоймах, наклоненных под углом, таким образом передавая нагрузку N на детали корпуса.
Для устойчивой и надежной работы узла с такими действующими на подшипник силами необходимо выполнение условия: Fr 1 ≥ Fx + S2 и Fr 2 ≥ S1+ Fx.
Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:
Р0 = (X∙V∙Fr + Y∙Fa)∙Kb∙KT, с по
где: Fr и Fa- радиальная и осевая нагрузки на подшипник;
V- коэффициент вращения кольца (V =1 при вращении внутреннего кольца, V =1,2 – при вращении наружного кольца);
Kb – коэффициент, учитывающий величину нагрузки;
KT – температурный коэффициент.
С последующими выполнением Ро < Со.
Все значения коэффициентов получены экспериментально и приведены в справочных пособиях.
В таблице ниже приведена зависимость серий шариковых радиально – упорных подшипников от нагрузки.
Зависимость серий шариковых радиально -упорных подшипников от нагрузки.
|
Внимание покупателей подшипников
Уважаемые
покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по
приобретению подшипников и комплектующих на почту или
звоните сейчас:
+7(499)403
39 91
Доставка подшипников по РФ и зарубежью.
Каталог подшипников на сайте themechanic.ru
|
Внимание покупателей подшипников
Уважаемые покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по приобретению подшипников и комплектующих на почту или звоните сейчас:
+74951086120
zakaz@themechanic.ru
Доставка подшипников по РФ и зарубежью.
Каталог подшипников на сайте
Внимание покупателей подшипников
Уважаемые покупатели, отправляйте ваши вопросы и заявки по приобретению подшипников и комплектующих на почту или звоните сейчас:
+74951086120
zakaz@themechanic.ru
Доставка подшипников по РФ и зарубежью.
Каталог подшипников на сайте
