Расчет (подбор) подшипников качения на заданный ресурс
Показателем сопротивления контактной усталости служит ресурс— продолжительность работы подшипника до появления первых признаков усталостного разрушения материала колец или тел качения. Ресурс обозначают буквой L и выражают числом миллионов оборотов (млн. об.) или часами работы (ч).
При проектировании машин подшипники качения не конструируют, а подбирают по таблицам каталога. Методы расчета (подбора) стандартизованы.
Опустив индекс /, получают формулу для вычисления ресурса L (млн. об.) в зависимости от действующей на подшипник нагрузки С (Н) в общем виде:
L = (C/RE)P. (в)
Нагрузку С (Н) называют динамической грузоподъемностью подшипника.
Подбор подшипников на сопротивление контактной усталости выполняют по базовой динамической расчетной грузоподъемности.
Базовая динамическая радиальная (или осевая) расчетная грузоподъемность представляет собой постоянную радиальную (или осевую) силу в Н, которую подшипник может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем 106 оборотов одного кольца относительно другого.
Базовую динамическую расчетную грузоподъемность обозначают:
радиальную — Сr для радиальных и радиально-упорных подшипников;
осевую— Caдля упорных и упорно-радиальных подшипников.
Значения Сr и Сa для каждого подшипника заранее определены и приводятся в справочной литературе (каталоге).
Базовый расчетный ресурс L10 — ресурс в млн. об., соответствующий 90 %-ной надежности для конкретного подшипника, изготовленного из обычного материала с применением обычной технологии и работающего в обычных условиях эксплуатации (в обозначении Ll0 при 90 %-ной надежности индекс 10=100-90).
При отличии свойств материала или условий эксплуатации от обычных, а также при повышенных требованиях к надежности определяют скорректированный расчетный ресурс Lsa в млн. об. или Lsahв ч.
В соответствии с формулой (в) скорректированный по уровню надежности и условиям применения подшипника расчетный ресурс Lsahв часах (ч):
(29.1)
где р — показатель степени кривой усталости (рис. 29.13, а); P=3 для шариковых и P = 3,33 для роликовых подшипников.
Вместо индекса s в обозначении ресурса записывают цифру s= 100 - Р, где Р— надежность при определении ресурса (см. § 1.4). Так, при 90 %-ной надежности — Ll0ah, при 95 %-ной — L 5ah, при 97 %-ной — L 3ah.
В формуле (29.1) обозначены:
С— базовая динамическая расчетная грузоподъемность (радиальная Сг или осевая Са), Н;
RE — эквивалентная динамическая нагрузка (радиальная REr или осевая REa), Н (см. ниже);
n —частота вращения кольца, мин-1;
а1 — коэффициент надежности. При определении ресурса, соответствующего 90 %-ной надежности, коэффициент а1 = 1, при 95 %-ной надежности а1 = 0,62, при 97 %-ной надежности а1= 0,44;
а23 — коэффициент, учитывающий совместное влияние на долговечность особых свойств металла колец ител качения (обычная плавка, вакуумный или электрошлаковый переплав), условий эксплуатации (перекосы колес, наличие гидродинамической пленки масла в контакте колец и тел качения).
Для обычных условий применения подшипников(материал обычной плавки, наличие перекосов колец, отсутствие надежной гидродинамической пленки масла) значения коэффициента a23:
Для шарикоподшипников (кроме сферических) 0,7...0,8
Для роликоподшипников конических 0,6...0,7
Для роликоподшипников цилиндрических,
шарикоподшипников сферических двухрядных 0,5...0,6
Для роликовых радиальных двухрядных
сферических подшипников............ 0,3...0,4
Условие пригодности подшипника:
Lsah>L`sah (29.2)
где Lsah — расчетный ресурс, ч; L`sah — заданный ресурс, ч.
Обычно L`sahсоответствует ресурсу машины или наработке между плановыми ремонтами. В зависимости от типа машины и условий эксплуатации L`sah = 4000... 100 000 ч.
Формула (29.1) справедлива при эквивалентных нагрузках, не превышающих 0,5 С и n>10 мин -1.
Эквивалентная нагрузка. Вбольшинстве случаев радиальные и радиаль-но-упорные подшипники подвержены совместному действию радиальной и осевой сил. Кроме того, условия работы подшипников разнообразны и могут различаться по величине кратковременных перегрузок, рабочей температуре, вращению внутреннего или наружного кольца. Влияние всех этих факторов на работоспособность подшипников учитывают введением в расчет эквивалентной динамической радиальной нагрузки.
Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка REr для радиальных и радиально-упорных подшипников — это такая постоянная радиальная сила, под действием которой подшипник качения будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения:
REr=(XVRr+YRa)KБKT. (29.3)
Для упорных и упорно-радиальных подшипников соответственно будет REa— постоянная центральная осевая сила:
REa=RaKБKT, (29.4)
где Rr — радиальная сила, действующая на подшипник (суммарная опорная реакция), Н;
Ra — осевая сила, Н;
V—коэффициент вращения, учитывающий зависимость ресурса подшипника от того, какое из колец вращается: V= 1 при вращении
внутреннего кольца подшипника относительно направления радиальной нагрузки и V =1,2 при вращении наружного кольца;
KБ— динамический коэффициент, учитывающий влияние эксплуатационных перегрузок на долговечность подшипника (табл. 29.2):
KT— коэффициент, учитывающий влияние температуры на долговечность подшипника:
при t, 0C <100 125 150 175 200 250
KT 1.00 1.05 1.10 1.15 1.25 1.4
Х, Y— коэффициенты радиальной и осевой динамических нагрузок (приводятся в каталоге, см. также табл. 29.3); зависят от типа и конструктивных особенностей подшипника, а также от соотношения осевой и радиальной сил Ra / VRr.
Осевая сила Ra влияет на ресурс подшипника. При действии этой силы кольца подшипника смещаются относительно друг друга в осевом направлении. Происходит выборка радиального зазора между кольцами и телами качения, что до некоторого значения Ra способствует более равномерному распределению нагрузки по телам качения.
Осевая сила Ra не уменьшает ресурс подшипников, пока отношение Ra /( VRr) не превысит значения е — параметра осевого нагружения (приводится в каталоге, см. также табл. 29.3). При Ra /( VRr) < е коэффициенты Х= 1 и Y= 0, т. е. при определении RE силу Ra не учитывают [см. формулу (29.3)].
При увеличении силы Ra, т. е. при Ra/VRr>e, ухудшаются условия работы тел качения и колец подшипника, снижается его ресурс, что и учитывает параметр е при выборе значений коэффициентов X и Y (см. табл. 29.3).
При установке вала на шариковых радиальных подшипниках осевая сила Ra нагружающая подшипник, равна внешней осевой силе Fa, действующей на вал: Ra = Fa. Силу Fa воспринимает подшипник, ограничивающий осевое перемещение вала под действием этой силы.
Таблица 29.2. Значения динамического коэффициентаКБ
Характер нагрузки | КБ | Область применения |
Спокойная нагрузка без толчков Легкие толчки; кратковременные перегрузки до 125% Умеренные толчки; кратковременные перегрузки до 150% Значительные толчки; кратковременные перегрузки до 200% Сильные удары; кратковременные перегрузки до 300% | 1,0 1,0... 1,2 1,3...1,5 1,8...2,5 2,5...3,0 | Механизмы ручных кранов, блоков, лебедок Металлорежущие станки (кроме долбежных, строгальных). Механизмы подъема кранов. Гироскопы Зубчатые передачи. Редукторы всех типов. Механизмы передвижения крановых тележек и поворота кранов Кривошипно-шатунные механизмы. Валки прокатных станов. Дробилки. Копры. Мощные вентиляторы Тяжелые ковочные машины. Лесопильные рамы. Рабочие роликовые конвейеры блюмингов и слябингов |
Таблица 29.3. Коэффициенты X, Y и параметр е для шариковых однорядных подшипников (выборка)
Тип | a, град | Ra/С0r | Ra /(YRr )>е | ||
подшипника | (рис. 29.10) | е | X | Y | |
Шариковые | 0,014 | 0,19 | 2,30 | ||
радиальные | 0,028 | 0,22 | 1,99 | ||
подшипники | 0,056 | 0,26 | 1,71 | ||
0,084 | 0,28 | 1,55 | |||
0,110 | 0,30 | 0,56 | 1,45 | ||
0,170 | 0,34 | 1,31 | |||
0,280 | 0,38 | 1,15 | |||
0,420 | 0,42 | 1,04 | |||
0,560 | 0,44 | 1,00 | |||
— | 0,68 | 0,41 | 0,87 | ||
— | 0,95 | 0,37 | 0,66 |
При установке вала на радиально-упорных подшипниках осевые силы Ra, нагружающие подшипники, находят с учетом осевых составляющих Rs, возникающих под действием радиальных сил Rr из-за наклона контактных площадок (рис. 29.15 и 29.16). Эти подшипники при монтаже регулируют так, чтобы осевой зазор в них при установившемся температурном режиме был бы близок к нулю. В этом случае под действием радиальной нагрузки Rr находятся около половины тел качения (см. рис. 29.2), а суммарная осевая составляющая Rs равна:
для шариковых радиально-упорных подшипников с малым углом (а < 18°) контакта, изменяющимся под действием осевой силы,
(29.5)
Rs = e'Rr
где значения параметра е/ принимают в зависимости от отношения Rr/C0r
Рис. 29.15. Пример установки вала на роликовых конических подшипниках «враспор»
Рис. 29.16. Пример установки вала-шестерни конической зубчатой передачи на конических роликоподшипниках «врастяжку»
Так, для подшипника с углом контакта а= 15°:
при Rr/C0r | 0,1 | 0,3 | 0,5 | 0,7 | 0,9 |
е' | 0,42 | 0,50 | 0,56 | 0,58 | 0,60 |
для шариковых радиально-упорных подшипников с большим углом (а>18°) контакта, не изменяющимся под действием осевой силы,
Rs= eRr
Значения параметра е указаны в каталоге, см. также табл. 29.3;
для конических роликовых подшипников
Rs =0,83еRг.
Величина Rs представляет собой минимальную осевую силу, которая должна действовать на радиально-упорный регулируемый подшипник при заданной радиальной нагрузке.
Для нормальных условий работы осевая сила Ra, нагружающая подшипник, должна быть не меньше минимальной: Ra>Rs.
Расчетную осевую силуRa на каждый из двух радиально-упорных подшипников вала (рис. 29.15 и 29.16) определяют по формулам из табл. 29.4, полученным из условия равновесия всех осевых сил, действующих на вал.
Внекоторых случаях в одной опоре устанавливают два одинаковых радиально-упорных однорядных подшипника, образующих один подшипниковый узел. При этом пару подшипников рассматривают как один двухрядный подшипник. В этом случае при определении ресурса по формуле (29.1) вместо Сr подставляют базовую динамическую радиальную грузоподъемность Сгсум комплекта из двух подшипников: для шарикоподшипников С rсум= 1,625 Сг, для роликоподшипников
С rсум = 1,714Сг.
Базовая статическая радиальная грузоподъемность С0 rсумтакого комплекта равна удвоенной номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника С0гсум = 2С0г.
В этом случае при определении эквивалентной нагрузки RE значения коэффициентов X и У принимают как для двухрядных подшипников.
Сдвоенная установка радиальных подшипников не рекомендуется.
Дата добавления: 2020-05-20; просмотров: 565;