Критерии работоспособности и расчета подшипников качения

Основные причины выхода из строя подшипников качения:

· Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец – основная причина выхода из строя подшипников, работающих при значительных нагрузках в условиях хорошей защиты от загрязнений.

· Износ колец и тел качения – частая причина выхода из строя из-за недостаточной или загрязненной смазки.

· Разрушение колец и тел качения – при значительных перегрузках. При нормальной эксплуатации не должно происходить.

· Образование вмятин на рабочих поверхностях – при значительных нагрузках без вращения.

· Разрушение сепараторов – из-за действия центробежных сил при высоких скоростях вращения.

Внешними признаками выбраковки подшипников обычно являются: потеря точности вращения, повышенный шум, повышение сопротивления вращению, нагрев.

Подбор подшипников

Характеристики подшипников приводятся в таблицах каталогов подшипников и включают в себя:

· Геометрические размеры: внутренний диаметр d, наружный диаметр D, ширина B (рис. 7.10);

· Статическая грузоподъемность (или ) и динамическая грузоподъемность (или ) – радиальная или осевая, в зависимости от типа подшипника;

· Быстроходность n – предельная скорость вращения подшипника.

Подшипники подбираются по каталогам из числа стандартных. Для проверки правильности подбора, проводят проверочный расчет. Неподвижные или медленно вращающиеся подшипники (менее 10 об/мин) рассчитывают на статическую грузоподъемность. Подшипники с частотой вращения более 10 об/мин, но менее предельной, проверяются на долговечность.

7.2.5.2 Расчет на статическую грузоподъемность (по ГОСТ 18854-82)

Расчет на статическую грузоподъемность проводится для неподвижных или медленно вращающихся ( об/мин) валов.

Условие обеспечения статической грузоподъемности:

радиальной (для радиальных и радиально-упорных подшипников):

;

осевой (для упорных и упорно-радиальных подшипников):

;

где – эквивалентная статическая радиальная нагрузка, Н;

– статическая радиальная грузоподъемность, Н;

– эквивалентная статическая осевая нагрузка, Н;

– статическая осевая грузоподъемность, Н.

Статическая грузоподъемность или является характеристикой конкретного подшипника и берется по таблицам каталога подшипников.

Эквивалентная статическая радиальная нагрузка :

для радиальных шариковых и радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников равна большему из двух значений:

; ;

где , – коэффициенты статической радиальной и статической осевой нагрузок, определяются по табл. 7.1;

для радиальных роликовых подшипников:

;

Эквивалентная статическая осевая нагрузка :

для упорных шариковых и роликовых подшипников:

;

для упорно-радиальных шариковых и роликовых подшипников:

.

Таблица 7.1

Коэффициенты статической радиальной и статической осевой нагрузок

Тип подшипника	Подшипник
однорядный	двухрядный
Радиальный шариковый	0,6	0,50	0,6	0,50
Радиально-упорный шариковый с углом контакта α:
12º	0,5	0,47		0,94
15º	0,5	0,46		0,92
20º	0,5	0,42		0,84
25º	0,5	0,38		0,76
30º	0,5	0,33		0,66
35º	0,5	0,29		0,58
40º	0,5	0,26		0,52
Сферический шариковый с углом контакта	0,5	0,22 ctgα		0,44 ctgα
Радиально-упорный роликовый	0,5	0,22 ctgα		0,44 ctgα
Примечание: Значение YO для промежуточных значений углов контакта α определяют линейной интерполяцией.

7.2.5.3 Расчет динамической грузоподъемности и долговечности подшипника (по ГОСТ 18855-82)

Базовая долговечность подшипника измеряемая в млн. оборотов, соответствующая 90% надежности, рассчитывается по формулам таблицы 7.2, в зависимости от типа подшипника.

Таблица 7.2

Расчет базовой долговечности

Тип тел качения	Базовая долговечность для подшипников, млн. оборотов
радиальных и радиально-упорных	упорных и упорно-радиальных
Шариковый
Роликовый
Примечание: 1) Формулы применимы для случаев, когда () не превышает 0,5 (0,5 ). 2) , – эквивалентная динамическая радиальная нагрузка и динамическая грузоподъемность (для радиальных и радиально-упорных подшипников); , – эквивалентная динамическая осевая нагрузка и динамическая грузоподъемность (для упорных и упорно-радиальных подшипников);

Более удобным для восприятия является ресурс подшипника в часах , который рассчитывается по формуле:

,

где – частота вращения подшипника, об/мин.

Ресурс подшипника в часах должен быть не меньше ресурса всего механизма. Если ресурс механизма не оговорен в техническом задании, то обычно принимают 10000…25000 часов.

Эквивалентная динамическая нагрузка или рассчитывается по формулам таблицы 7.3.

Таблица 7.3

Расчет эквивалентной динамической нагрузки

Конструктивная разновидность подшипника	Эквивалентная динамическая нагрузка
Шариковый радиальный и радиально-упорный, роликовый радиально-упорный
Роликовый радиальный	(при )
Шариковый и роликовый упорный	(при )
Шариковый и роликовый упорно-радиальный
Примечание: 1) V =1 – при вращении внутреннего кольца по отношению к направлению нагрузки; V =1,2 – при неподвижном по отношению к направлению нагрузки внутреннем кольце. 2) – коэффициент безопасности, учитывает эксплуатационных перегрузок на долговечность подшипника; принимается от – для спокойной нагрузки без толчков, до – для динамической нагрузки с сильными ударами. 3) – коэффициент, учитывающий влияние температуры на долговечность; принимается по таблице 7.4.

Коэффициенты динамической нагрузки X и Y определяются по таблице 7.5.

Таблица 7.4

Коэффициент

Рабочая температура подшипника, ºС
Температурный коэффициент	1,0	1,05	1,10	1,15	1,25	1,35	1,40	1,45

Таблица 7.5

Коэффициенты динамической нагрузки X и Y для радиальных

и радиально-упорных подшипников

Тип подшипника		Относительная осевая нагрузка	е	Для однорядного подшипника	Для двухрядного подшипника
X	Y	X	Y	X	Y	X	Y
Радиальный подшипник
0º	0,014	0,19			0,56	2,30			0,56	2,30
0,028	0,22	1,99	1,99
0,056	0,26	1,71	1,71
0,084	0,28	1,55	1,55
0,11	0,30	1,45	1,45
0,17	0,34	1,31	1,31
0,28	0,38	1,15	1,15
0,42	0,42	1,04	1,04
0,56	0,44	1,00	1,00
Радиально-упорный подшипник
5º	0,014	0,23			0,56	2,30		2,78	0,78	3,74
0,028	0,26	1,99	2,40	3,23
0,056	0,30	1,71	2,07	2,78
0,084	0,34	1,55	1,87	2,52
0,11	0,36	1,45	1,75	2,36
0,17	0,40	1,31	1,58	2,13
0,28	0,45	1,15	1,39	1,87
0,42	0,50	1,04	1,26	1,69
0,56	0,52	1,00	1,21	1,63
10º	0,014	0,29			0,46	1,81		2,18	0,75	3,06
0,029	0,32	1,62	1,98	2,78
0,057	0,36	1,46	1,76	2,47
0,086	0,38	1,34	1,63	2,29
0,11	0,40	1,22	1,55	2,18
0,17	0,44	1,13	1,42	2,00
0,29	0,49	1,04	1,27	1,79
0,43	0,54	1,01	1,17	1,64
0,57	0,54	1,00	1,16	1,63

Продолжение таблицы 7.5

Тип подшипника		Относительная осевая нагрузка	е	Для однорядного подшипника	Для двухрядного подшипника
X	Y	X	Y	X	Y	X	Y
Радиально-упорный подшипник
12º	0,014	0,30			0,45	1,81		2,08	0,74	2,94
0,029	0,34	1,62	1,84	2,63
0,057	0,37	1,46	1,69	2,37
0,086	0,41	1,34	1,52	2,18
0,11	0,45	1,22	1,39	1,98
0,17	0,48	1,13	1,30	1,84
0,29	0,52	1,04	1,20	1,69
0,43	0,54	1,01	1,16	1,64
0,57	0,54	1,00	1,16	1,62
15º	0,015	0,38			0,44	1,47		1,65	0,72	2,39
0,029	0,40	1,40	1,57	2,28
0,058	0,43	1,30	1,46	2,11
0,087	0,46	1,23	1,38	2,00
0,12	0,47	1,19	1,34	1,93
0,17	0,50	1,12	1,26	1,82
0,29	0,55	1,02	1,14	1,66
0,44	0,56	1,00	1,12	1,63
0,58	0,56	1,00	1,12	1,63
18º	–	0,57			0,43	1,00		1,09	0,70	1,63
19º
20º
24º	–	0,68			0,41	0,87		0,92	0,67	1,41
25º
26º
30º	–	0,80			0,39	0,76		0,78	0,63	1,24
35º	–	0,95			0,37	0,66		0,66	0,60	1,07
36º
40º	–	1,14			0,35	0,57		0,55	0,57	0,93
45º	–	1,34			0,33	0,50		0,47	0,54	0,81
Примечание: i – число рядов тел качения; е – коэффициент осевого нагружения.