19.2. Виды повреждений и критерии расчёта

1. Усталостное выкрашивание дорожек и тел качения является основным видом повреждения подшипников, хорошо смазываемых и защищённых от попадания абразивных частиц. Наблюдается после длительной работы в нормальных условиях.

2. Абразивный износ деталей распространен в подшипниках, не имеющих надёжной защиты от попадания абразивных частиц (в строительных, дорожных, горных машинах и т.д.).

3. Разрушение сепараторов дает значительный процент выхода из строя подшипников качения, особенно быстроходных.

4. Раскалывание колец и тел качения связано с ударными и вибрационными перегрузками либо неправильным монтажом.

5. Остаточные деформации на беговых дорожках в виде лунок и вмятин (бринеллирование), возникающие при больших статических нагрузках, характерных для тяжелонагруженных тихоходных валов.

Для исключения разрушений беговых дорожек и тел качения в течение заданного ресурса подшипника выполняют расчёты по критериям прочности. Существует две методики расчёта:

1. Расчёт на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям.

2. Расчёт на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию.

19.3. Расчёт по динамической грузоподъёмности

Расчёт по заданному ресурсу выполняют при частоте вращения n ³ 10 об/мин. При n = 1…10 об/мин в расчёт принимают n = 10 об/мин. Условие расчёта:

. (19.1)

Динамическая грузоподъёмность С – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может воспринимать в течение номинальной долговечности в 1 млн. оборотов. Значения С приведены в каталогах (прил. Ж) для каждого типоразмера подшипника. Потребная (расчётная) динамическая грузоподъёмность и ресурс связаны эмпирической зависимостью:

, (19.2)

где P – приведенная нагрузка; L – ресурс, млн. оборотов; p – показатель степени (p = 3 для шариковых и p = 3,33 для роликовых подшипников);

Базовая динамическая грузоподъёмность С гарантирована для 90% подшипников определённого типоразмера. Следовательно, в партии выпущенных подшипников вероятность отказа составляет 10%. При постоянной частоте вращения ресурс L_h удобнее считать в часах. В этом случае:

(19.3)

С учётом (19.3) формула (19.2) примет вид:

. (19.4)

Приведенная нагрузка P есть такая условная постоянная нагрузка, при которой обеспечивается такой же ресурс и надёжность, как и при действительных условиях нагружения:

(19.5)

где F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки. Н; X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок;V – коэффициент вращения (V = 1 или 1,2);

К_б – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки; К_Т – температурный коэффициент, при t £ 100°C К_т = 1.

Пример 27. Рассчитать радиальные однорядные шарикоподшипники по динамической грузоподъёмности по следующим исходным данным: радиальные нагрузки F_r1 = 5 кН, F_r2 = 7 кН, F_a = 0; частота вращения n = 230 об/мин; диаметр шейки d = 45 мм, ресурс L_h = 10000 ч.

Решение.

1. Расчётная схема приведена на рис. 19.9.

Рис. 19.9. Расчётная схема радиальных шарикоподшипников

2. Приведенная нагрузка по формуле (20.5) при F_a = 0, Y = 0; X = 1; V = 1 (вращается внутреннее кольцо); К_б = 1,4 (подшипники зубчатых редукторов); К_т = 1 (t < 100°C):

кН.

3. Расчётная динамическая грузоподъёмность – формула (19.4):

кН.

4. Принят подшипник 309 средней серии с параметрами d ´ D ´ В = 45 ´ 100 ´ 25; С = 52,7 кН; С₀ = 30 кH (прил. Ж). Условие (19.1) выполнено.

Пример 28. Подобрать роликоподшипники по схеме рис. 19.10. Исходные данные: радиальные нагрузки F_r1 = 2,8 кН; F_r2 = 4,4 кН, F_a = 0; диаметр шейки d = 35 мм, частота вращения п = 240 об/мин, ресурс L_h = 10000 ч.

Решение.

1. Расчётная схема приведена на рис. 19.10.

Рис. 19.10. Расчётная схема радиальных роликоподшипников

Расчёт проведен дл наиболее нагруженного радиальной нагрузкой подшипника 2. Приведенная нагрузка при V = 1, X = 1, Y = 0, К_б = 1,4 и

К_т = 1:

Р₂ = F_r2 K_б = 4,41,4 = 6,2 кН.

2.Расчётная динамическая грузоподъёмность

кН.

3. Приняты роликоподшипники лёгкой серии 2207 с параметрами d  D  В = 35  72  17; С = 48,4 кН; С₀ = 26,5 кH (прил. Ж). Условие (19.1) выполнено.