Расчет долговечности для подшипников качения

Такая характеристика, как динамическая грузоподъёмность подшипника, прямо влияет на его долговечность «L» (вычисляется в миллионах оборотов).

1. Особенности расчётов

Существует расчётная формула, согласно которой величина последнего значения, часто именуемая ресурсом, равна частному от деления динамической грузоподъёмности изделия «С», указанной в его паспорте, на его расчётную (иное наименование, эквивалентную) динамическую нагрузку «Р» в степени «р» (так именуется величина кривой усталости). Величина «р» является постоянной, и равна:

• 3 - для шарикоподшипников;
• 10/3 – для роликоподшипников.

В зависимости от конструктивного исполнения подшипника качения расчёт эквивалентных нагрузок для них производится с учётом различных параметров.

• 1. Для аксиальных шарикоподшипников и радиально-упорных, с любыми телами качения, во внимание принимают:
• Величины нагрузки, действующие на подшипник в радиальном (FR) и осевом (FA) направлениях;
• Коэффициент вращения обоймы (V).

Величина последнего зависит от того, какая обойма вращается. Если внешняя, то V=1,2, если внутренняя, V=1,0.

• Коэффициент безопасности (Kb), вводимый для учёта характера нагрузок, действующих на изделие извне;
• Коэффициент температурный (KT);
• Коэффициенты нагрузок, действующих в аксиальном (Х) и осевом (Y) направлениях.

1. 2. Для роликоподшипников с цилиндрическими телами качения используются некоторые из этих параметров, но в ином наборе: Р = FR∙V∙Kb∙KT.

Значения величин Y и X определяются с учётом частного от деления величины FA на произведение V* FR. Отсюда можно сделать вывод, что её величина не влияет на значение эквивалентной нагрузки, пока она не превысит значение коэффициента «е» (коэффициента влияния).

Следовательно, пока FA < е, принимают во внимание исключительно аксиальную нагрузку (Х=1, Y=0). После превышения значения «е» величины Х и Y выбирают по справочнику (с учётом типа подшипника).

Следует помнить, что величина «е» для подшипников различного конструктивного исполнения отличается:

• Для конических роликоподшипников и радиально-упорных шарикоподшипников, имеющих углы контакта, превышающие 18°, значение коэффициента постоянно для конкретного изделия (не меняется от величины нагрузки);
• Для однорядных шарикоподшипников с меньшим значением угла, это величина переменная, задающаяся частным от деления действующей нагрузки (Fx) на статическую грузоподъёмность (C0).

В подшипниках радиально-упорного типа действие радиальных сил приводит к возникновению дополнительных нагрузок, действующих в направлении оси, S:

• Для изделий с шариками S= e* FR;
• С роликами, S=0,83 e* FR.

2. Зависимость расчётов от типа монтажа

При расчётах не следует забывать, что подшипники радиально-упорные устанавливаются парами. При этом существует несколько схем их монтажа.

Чаще всего, выбирается вариант установки «в распор» (осевая фиксация).

В этом случае торцевые части внутренних обойм упираются в буртики, выполненные на валу, а внешних, на участки корпуса. При этом силы, действующие на подшипники, соответствуют ряду ограничений:

• Они однозначно ≥ осевых составляющих внешней радиальной нагрузки (S), различных для 1 и 2 подшипника (F1 ≥S1, F2 ≥S2);
• Они ≥ суммарных нагрузок, действующих на подшипники извне.

3. Выводы

Расчёт на долговечность для подшипников качения осуществляется по следующему алгоритму:

• Для каждой из опор вычисляют опорные реакции, действующие в аксиальном направлении;
• Выбирают тип подшипника и схему его расположения, руководствуясь, при этом, действующими нагрузками и условиями эксплуатации;
• По величине d из каталога выбирается конкретное изделие (берутся его характеристики: D, Y, X, C0, C, e;
• Определяется динамическая нагрузка «Р» (эквивалентная), действующая на подшипник;
• Считается расчётная долговечность одного из подшипников (максимально нагруженного). Полученное значение сравнивается с требуемой величиной. Если результат больше или равен последней, задача решена.

Если он меньше, возможно принятие одного из следующих решений:

• Выбор серии, являющейся более тяжёлой;
• Увеличение внешнего диаметра вала;
• Подбор изделия большей грузоподъёмности;
• Сокращение требуемых сроков эксплуатации изделия до его плановой замены.