Динамика подшипника

Каждый шарик или ролик подшипника (рис.14.5,а) прижимается к наружному кольцу центробежной силой

Р_цб = m_c²D₀ / 2, (14.17)

где m – масса шарика или ролика.

Контактные напряжения у внешнего кольца меньше, чем у внутреннего, поэтому дополнительная нагрузка центробежными силами практически не влияет на работоспособность подшипника. Это положение остается справедливым только до некоторых значений частот вращения, которые считаются нормальными для данного подшипника.

Рис.14.5

У высокоскоростных подшипников влияние центробежных сил возрастает. Центробежные силы особенно неблагоприятны для упорных подшипников (рис.14.5). здесь они расклинивают кольца и могут давить на сепаратор – повышаются трение и износ.

Кроме центробежных сил, на шарики упорного подшипника действует гироскопический момент, связанный с изменением направления оси вращения шариков в пространстве (см.рис.14.5,б),

Т_г = I_ш _с, (14.18)

где I – момент инерции шарика относительно своей оси.

Под действием гироскопического момента шарик стремится повернуться в направлении, перпендикулярном к направлению качения. Вращение будет возможно, если

Т_г >T_т= Рfd_ш(14.19)

где T_т– момент сил трения между шариком и кольцами; Р – нагрузка на шарик.

Вращение шариков под действием Т_гсопровождается дополнительными потерями и износом.

В радиальных подшипниках направление оси вращения шариков или роликов в пространстве не изменяется. Поэтому на них не действуют гироскопические моменты.

Радиально-упорные подшипники занимают промежуточное положение. Для них

Т_г=I_ш_сsin(14.20)

где - угол давления (см.рис.14.1).

Таким образом, вредное влияние динамических факторов больше всего проявляется в упорных подшипниках. Поэтому допускаемые частоты вращения (см. таблицы в ) для упорных подшипников значительно ниже, чем для радиальных и радиально-упорных. При высоких частотах вращения упорные подшипники рекомендуют заменять радиально-упорными.

Смазка подшипников

Смазка весьма существенно влияет на долговечность подшипников. Она уменьшает трение, снижает контактные напряжения, защищает от коррозии, способствует охлаждению подшипника.

Для смазки подшипников качения применяют пластичные (густые) мази и жидкие масла. Жидкая смазка более эффективна в смысле уменьшения потерь и охлаждения. Необходимое количество смазки для подшипников качения очень невелико. Излишнее количество смазки только ухудшает работу подшипника. Например, если сепаратор погрузить в масло, то оно будет препятствовать его свободному вращению; увеличиваются потери и нагрев подшипника.

Подшипниковые узлы необходимо тщательно защищать от попадания пыли и грязи. В противном случае долговечность подшипников резко снижается.

Для защиты подшипников разработаны специальные уплотнения (см.[ ], [ ], .[ ]).

Основные критерии работоспособности и расчета подшипников качения

Для подшипников качения можно отметить следующие основные причины потери работоспособности.

Усталостное выкрашивание– наблюдается у подшипников после длительного времени их работы в нормальных условиях.

Износнаблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц (пыли и грязи). Износ является основным видом разрушения подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих подобных машин.

Разрушение сепараторов– дает значительный процент выхода из строя подшипников качения и особенно быстроходных.

Раскалывание колец и тел качения– связано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание и т.п. При нормальной эксплуатации этот вид разрушения не наблюдается.

Остаточные деформации– на беговых дорожках в виде лунок, вмятин и прочего наблюдаются у тяжело нагруженных тихоходных подшипников.

Современный расчет подшипников качения базируется только на двух критериях: 1) расчет на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям; 2) расчет на ресурс (срок службы) по усталостному выкрашиванию.

Расчеты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учету.