Требования к эксплуатационным свойствам

При работе подшипника, элемент качения, зажатый под действием нагрузки между наружным и внутренним кольцами, катится по беговым дорожкам.

Под действием вертикальной силы, действующей на вал, через элементы качения взаимодействующих элементов, которая в реальных случаях составляет несколько десятков мкм. Эти напряжения могут вызвать образование трещины.

Рис. 98. Схема распределения сил при работе подшипника

Так как действующая нагрузка в каждой точке элементов повторяется за каждый оборот один раз, то образование и развитие трещины носит усталостный характер, то есть возникает и распространяется в результате многоцикловой усталости. Процесс разрушения усугубляется тем, что металл элементов неоднороден, а неоднородности являются концентраторами напряжений.

Концы образовавшейся трещины в результате многоциклового нагружения выходят на поверхность детали, что приводит к выкрашиванию частицы и образованию лунки (питтинга) в детали. В дальнейшем процесс питтингования развиваются катастрофически, так как разрушение вызывает проскальзывание и возникновение новых концентраторов напряжений.

Из сказанного следует, что элементы подшипников относятся к тяжело нагруженным деталям машиностроения и

Рис. 99. Схема

деформации в зоне

контакта элемента качения и кольца: 1 – элемент качения; 2 – кольцо; 3 – эпюра растягивающих напряжений; V – направление вращения; 4 – «волна» металла, 5 – максимальные растягивающие напряжения

для их производства применяют

специальные стали. К этим сталям

предъявляются особые требования:

1. высокая статическая грузоподъемность – предельная нагрузка, при которой остаточные деформации в зоне контакта не должны превышать 0,01 % диаметра элемента качения. Необходимая статическая грузоподъемность, а она должна быть весьма значительна, поскольку давление в области контакта при работе подшипника доходит до 2000…4000 МПа, достигается применением в качестве ма­териала для подшипников заэвтектоидных легированных хромом сталей, обработанных на высокую твердость.

2. Высокое сопротивление контактной усталости. Эта характеристика чрезвычайно сильно зависит от наличия металлургических дефектов различного рода, особенно сульфидных и оксидных включений, а также водорода, по­скольку подшипниковые стали флокеночувствительны.

3. Износостойкость, в том числе абразивная. она достигает­ся введением в сталь ~ 1,0% С и 1,5% Сr. Влияние хрома на износостойкость определяется тем, что хром увеличивает количество карбидной фазы и меняет качественно ее состав, позволяя получать твердые специальные карбиды малых размеров.

4. Высокое сопротивление малым пластическим дефор­мациям. Это требование наиболее актуально для подшип­ников точных приборов.

5. Размерная стабильность. В зависимости от размеров и класса точности подшипников изменения размеров элементов качения при эксплуатации не должны превышать 10^-4…10^-5 мм/мм. Размерная стабильность зависит от содержания остаточно­го аустенита в стали. При увеличении количества остаточ­ного аустенита размерная стабильность ухудшается, так как остаточный аустенит является нестабильной структур­ной составляющей и при высоких нагрузках может превращаться в мартенсит, что сопровождается объемными изменениями элементов качения.