1 Литературный обзор

1.1 Назначение и условия работы детали

Шарики подшипников качения являются телами качения в шариковых подшипниках.

Подшипником называют опору или направляющую, определяющую положение движущихся частей по отношению к другим частям механизма [2]. Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел каче­ния и сепаратора, отделяющего тела каче­ния друг от друга, удерживающего на рав­ном расстоянии и направляющего их дви­жение. По наружной поверхности внутрен­него кольца и внутренней поверхности на­ружного кольца (на торцовых поверхностях колец упорных подшипников качения) вы­полняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения. Подшипники осуществляют пространственную фиксацию вращающихся роторов и воспринимают основную часть статических и динамических усилий, возникающих в механизме. Подшипники дают возможность обеспечить ровное движение при низком трении между двумя поверхностями [3].

На рисунке 1 показано изображение подшипника в разрезе с указанием составных частей.

Рисунок 1 – Шарикоподшипник, где 1 – наружное кольцо; 2 – шарик; 3 – внутреннее кольцо; 4 – сепаратор

Нагружающие подшипник силы подраз­деляют на: радиальную (действующую в направле­нии, перпендикулярном оси подшипника) и осевую (действующую в направлении, параллельном оси подшипника).

Распределение нагрузки на тела качения в подшипнике показано на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема распределения нагрузки между телами качения в подшипнике

Распределение нагрузки между телами качения определяют по формуле:

,

где γ = 360°, F – число шариков

В уравнение входят только те члены, для которых угол γ меньше 90°, так как верхняя половина подшипника не нагружена [8].

Вследствие рабочих нагрузок в подшипнике качения возникают возможные повреждения, которые разделяются на следующие группы:

1. Выкрашивание: возникает на дорожках качения шариковых подшипников. Появляется из – за воздействия высоких удельных нагрузок переменного характера, вследствие чего в металле возникают явления усталости.

2. Заклинивание тел качения: образуются вмятины на дорожках качения подшипников с шагом, равным расстоянию между телами качения или глубокие вмятины в зоне контакта в одном ряду тел качения сферических двухрядных подшипников.

3. Нагрев подшипников из – за защемления тел качения вплоть до проворачивания циркуляционно нагруженных колец и сваривании их с валом.

4. Повреждения тел качения: риски неопределенного направления на шариках радиальноупорных подшипников и матовый цвет шариков в ненагруженном ряду радиальноупорных подшипников.

5. Искажение формы контакта: овальная форма следа контакта тел качения с вращающимся кольцом, пересекающего ось симметрии желоба.

6. Износ тел и дорожек качения. Виды: абразивный, осповидный, окислительный, появляется вследствие контакта с атмосферой или смазкой, содержащей примеси.

С точки зрения изнашивания, все виды повреждений можно подразделить на: усталостное изнашивание, абразивное изнашивание, коррозионно – механическое изнашивание [1].

Диапазон рабочих нагрузок подшипников изменяется в широких пределах и зависит от условий, в которых происходит работа подшипника.

Температура также зависит от условий эксплуатации и может сильно различаться. Нормальной температурой работы подшипника качения считается 70 °С.

Важной характеристикой работы подшипника является предел рабочей температуры. Скорость, при которой достигается предел рабочей температуры, зависит от тепловыделе­ния вследствие трения в подшипнике (включая все внешние источники тепла) и количества тепла, которое может отводиться от подшипника.

Скоростные характеристики определяются типоразмером и внутренней конструкцией под­шипника, величиной нагрузки, условиями смазы­вания и охлаждения, а также точностью и внутренним зазором подшипника [5].

Для того, чтобы тела качения не набегали друг на друга, используются сепараторы. Без них кроме трения качения возникает трение скольжения, увеличиваются потери и износ подшипника. Установка сепаратора значительно уменьшает потери на трение, так как сепаратор является свободно плавающим и вращающимся элементом. Большинство сепараторов выполняют штампованными из стальной ленты. При повышенных окружных скоростях (более 10– 15 м/с) применяют массивные сепараторы из латуни, бронзы, дюралюминия или пластмассы [7].