Нагрузка на подшипники – один из основных критериев их выбора! Выбираем правильно.

Данные величины оказывают существенное влияние на долговечность подшипника, и обязательно рассматриваются при его подборе.

Статическая грузоподъёмность

Базовой статической грузоподъёмностью принято именовать максимально допустимую нагрузку, после превышения которой в местах контакта поверхностей обойм с шариками (роликами) возникают остаточные деформации.

Величина совокупной остаточной деформации, значение которой составляет 0,0001 диаметра тела качения, в максимально нагруженных контактных зонах, может рассматриваться в качестве допустимой, и не приводит к ухудшению качества работы изделия.

Подобные деформации возникают в случаях действия статической нагрузки, именуемой эквивалентной, величина которой равна расчётной грузоподъёмности подшипника в статике.

В зависимости от типа изделия, максимальные величины контактных напряжений принимаются равными:

  • 4000 МПа – роликоподшипники радиально-упорного, аксиального вариантов исполнения (любых типов);
  • 4200 МПа – шарикоподшипники аксиальные, радиально-упорные, кроме самоцентрирующихся;
  • 4600 МПа – самоцентрирующиеся аксиальные шарикоподшипники.

Формулы, применяемые для расчётов статической грузоподъёмности, величина которой принимается за базовую (БСГ), а также соответствующие коэффициенты, основываются на величине контактных напряжений.

Относительно величины БСГ, статическая нагрузка (имеется в виду допустимая эквивалентная) имеет любое значение (равная, превышающая либо меньшая по значению). Она прямо зависит от:

  • фактической геометрии контактных поверхностей;
  • величины момента трения;
  • плавности хода.

Базовая статическая грузоподъёмность, а также статическая эквивалентная нагрузка (ЭСН) рассчитывается в соответствии с положениями норматива 18854-94 (в действующей редакции).

Её принято подразделять на:

  • радиальную (Сor) – равную аналогичной нагрузке (радиальной статической), соответствующей расчётным напряжениям в зоне контакта (смотри выше);
  • осевую (Сoa) – представляет центральную нагрузку, действующую в направлении оси, соответствующую следующим контактным напряжениям:

4000 МПа – для роликоподшипников радиально-упорного и упорного типа.

4200 МПа – для аналогичных типов шарикоподшипников.

Динамическая грузоподъёмность

Этим термином обозначается (в зависимости от типа подшипника):

  • постоянная нагрузка, действующая в аксиальном направлении, величину которой группа идентичных изделий с неподвижной обоймой (90% отобранной партии или более) способна, в течение 1 млн оборотов, выдерживать без появления усталостного разрушения – для аксиальных и радиально-упорных моделей;
  • аналогичная нагрузка с осевым вектором приложения – для упорно-радиальных и упорных подшипников.

Как правило, величина динамической грузоподъёмности, именуемая базовой (БДГ), вносится в паспорт на изделие.

Её принято подразделять на следующие виды расчётной грузоподъёмности (базовой):

  • радиальная – постоянная по величине и направлению, действующая в аксиальном направлении, величину которой изделие способно воспринимать на протяжении 1 млн. оборотов.

Для версий радиально-упорных однорядных, величина этой грузоподъёмности равна аксиальной составляющей внешней нагрузки. Последняя приводит к аксиальному смещению обойм (одной относительно другой).

  • осевая – аналогичная нагрузка с осевым направлением вектора приложения.

Кроме рассмотренных видов динамической грузоподъёмности выделяются радиальная и осевая эквивалентные нагрузки. Под действием первой (неподвижная постоянная), и второй (центральная), подшипник имеет ресурс, аналогичный ситуации действительного нагружения.

Силы, действующие на подшипник

Для того, чтобы правильно понимать суть темы, необходимо определиться с некоторыми терминами: так, радиальное направление – это вектор силы направленный перпендикулярно оси подшипника; осевое – это направление, которое направлено вдоль оси кольца или подшипника.

Силы, действующие на подшипникРис. 1. Силы, действующие на подшипник. 1- радиальная, 2- осевая, 3- смешанная нагрузка.

Сила, действующая вдоль оси, называется осевой, по направлению радиального вектора – радиальной. Если на узел действует обе силы, то такое действие называется смешанным. Направление сил, действующих на подшипник можно увидеть на рисунке 1.

Одним из основных показателей долговечности в работе является сопротивление усталостному выкрашиванию и пластической деформации. В первом случае дефект вызывает статическая нагрузка, во втором динамическая. Работоспособным подшипник остается если под действием нагрузки у него не происходит деформация тел качения, например, ролика или шарика, не более чем на одну десятитысячную долю миллиметра (0,0001 мм).

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методы расчета базовой статической грузоподъемности и статической эквивалентной нагрузки для подшипников качения в диапазоне размеров, приведенных в соответствующих стандартах.
При этом подразумевается, что подшипники изготовлены из высококачественной закаленной стали в условиях хорошо налаженного производства, имеют обычную конструкцию и формы контактных поверхностей.
Применение настоящего стандарта нецелесообразно для подшипников, работающих в условиях выхода площадки контакта на бортики колец или конструктивного уменьшения площадок контакта между телами качения и дорожками качения колец.
Это положение распространяется также на подшипники с отклонениями от обычного распределения нагрузки, например, при относительном смещении колец, при наличии предварительного натяга или чрезмерного зазора. При наличии перечисленных условий потребитель должен проконсультироваться у изготовителя подшипников в отношении рекомендаций по оценке статической эквивалентной нагрузки. Стандарт не распространяется на конструкции подшипников, в которых тела качения работают непосредственно по поверхности вала или корпуса, если эта поверхность не является эквивалентной во всех отношениях поверхностям подшипника с наружным или внутренним кольцами. При расчете двухрядные подшипники и двойные упорные подшипники рассматриваются симметричными.

Методы расчета

Расчет на долговечность выполняются для подшипников, у которых скорость вращения более 1 об/мин (ω ≥ 0,105 рад/с). Статические (не вращающиеся) или вращающиеся медленнее чем 1 об/мин (ω < 0,105 рад/с) рассчитывается по способу статической грузоподъемности.

Все основные стадии расчёта регламентируются межгосударственным стандартом на подшипники качения по расчёту динамической грузоподъемности подшипника и его расчётного ресурса (долговечности ) ГОСТ 18855-2013. Этот стандарт устанавливает также методы вычисления базового расчетного ресурса, соответствующего 90% надежности.

Выбор подшипников, работающих при переменных режимах

Для подшипниковых узлов, где величины действующих нагрузок и угловые скорости изменяются во времени (например, в опорах коробок скоростей, канатных барабанов и т. п.), выбор подшипников производится по эквивалентной нагрузке Qэкв и суммарному числу оборотов. Под эквивалентной нагрузкой понимается такая условная нагрузка, которая обеспечивает ту же долговечность, какую имеет подшипник в действительных условиях работы.
Приведенная нагрузка при каждом режиме определяется, как указано выше.
Если нагрузка меняется, по линейному закону от Qmin до  Qmax, то эквивалентная нагрузка может быть определена с достаточной точностью по формуле

формула17

При более сложном законе изменения нагрузок и угловых ско­ростей для определения эквивалентной нагрузки пользуются фор­мулой
формула18

где Q1 — постоянная нагрузка, действующая в течение L1 оборотов
Q2 — постоянная нагрузка, действующая в течение L2 оборотов
Q3 — постоянная нагрузка, действующая в течение L3 оборотов
Qn — постоянная нагрузка, действующая в течение Ln оборотов
L — общее число оборотов, в течение которого действуют нагрузки Q1; Q2; Q3…Qn
Формула справедлива для всех типов подшипников, кроме подшипников с витыми роликами

Статическая грузоподъемность

Если подшипниковый узел нагружен статической нагрузкой – подшипник находится в неподвижном состоянии, вращается менее 1 об/мин или совершает медленные колебательные движения, то это действует статическая грузоподъемность подшипника.

Основное условие, прочности узла, которое должно обязательно выполняться, выражено формулой:

Ро < Со,

где: Ро – эквивалентная статическая нагрузка (радиальная нагрузка); Со – статическая грузоподъемность (выбирается в каталогах на подшипники).

При заданном коэффициенте запаса S0:

S0 = Со / Ро ,

где: S0 – статический коэффициент запаса.

Статическая грузоподъемность – это нагрузка при которой остаточная деформация тел качения или обойм составляет 0,0001мм. диаметра тел качения.

Эта величина определяется по следующей формуле:

Ро = X0∙Fr + Y0∙Fa. (кН); ( см. Рис.1)

где: Хо и Yo — коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок и
подбираются по каталогу. (см. Табл.1)

Таблица1.

Значения коэффициентов радиальной Хо и осевой Yo нагрузок

Тип подшипника Однорядные подшипники Двухрядные подшипники
X0 Y0 X0 Y0
Шарикоподшипники радиальные 0,6 0,5 0,6 0,5
Шарикоподшипники радиально-упорные с α:
18 0,5 0,43 1 0,86
19 0,5 0,43 1 0,86
20 0,5 0,42 1 0,84
25 0,5 0,38 1 0,76
26 0,5 0,37 1 0,74
30 0,5 0,33 1 0,66
35 0,5 0,29 1 0,58
36 0,5 0,28 1 0,56
40 0,5 0,26 1 0,52
Шарикоподшипники самоустанавливающиеся и роликоподшипники самоустанавливающиеся
и конические
0,5 0,22 ctgα 1 0,44 ctgα
Для пары одинаковых однорядных радиально-упорных подшипников, установленных узкими или широкими торцами колец друг к другу, следует применять те же значения коэффициентов X0  и Y0, что и для одного двухрядного. Для двух и более одинаковых однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, установленных последовательно следует применять те же значения коэффициентов X0  и Y0, что и для одного такого же подшипника.

Строго радиальная нагрузка в реальных подшипниковых узлах встречается редко, зачастую нагрузка бывает переменной от P min до Р max. При этих условиях величина статической грузоподъемности (при условии постоянной частоты изменения амплитуды) определяется:

Ро = (P min + Р max) / 3; (кН.).;

где – P min, Р max – величина изменяющейся силы.

5 ПОДШИПНИКИ РАДИАЛЬНЫЕ И РАДИАЛЬНО-УПОРНЫЕ ШАРИКОВЫЕ

5.1 Базовая статическая радиальная грузоподъемность
Базовую статическую радиальную грузоподъемность для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников рассчитывают по формуле

gost_18854_94%5C55c9f4c838048.jpg. (1)

Значения коэффициента techhap.ru для шариковых подшипников приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Значение коэффициента techhap.ru для шариковых подшипников

gost_18854_94%5C55c9f4c86b45c.jpg

techhap.ru для шариковых подшипников

радиальных
и радиально-упорных

самоустанавливающихся

упорных
и упорно-радиальных

0,00

14,7

1,9

61,6

0,01

14,9

2,0

60,8

0,02

15,1

2,0

59,9

0,03

15,3

2,1

59,1

0,04

15,5

2,1

58,3

0,05

15,7

2,1

57,5

0,06

15,9

2,2

56,7

0,07

16,1

2,2

55,9

0,08

16,3

2,3

55,1

0,09

16,5

2,3

54,3

0,10

16,4

2,4

53,5

0,11

16,1

2,4

52,7

0,12

15,9

2,4

51,9

0,13

15,6

2,5

51,2

0,14

15,4

2,5

50,4

0,15

15,2

2,6

49,6

0,16

14,9

2,6

48,8

0,17

14,7

2,7

48,0

0,18

14,4

2,7

47,3

0,19

14,2

2,8

46,5

0,20

14,0

2,8

45,7

0,21

13,7

2,8

45,0

0,22

13,5

2,9

44,2

0,23

13,2

2,9

43,5

0,24

13,0

3,0

42,7

0,25

12,8

3,0

41,9

0,26

12,5

3,1

41,2

0,27

12,3

3,1

40,5

0,28

12,1

3,2

39,7

0,29

11,8

3,2

39,0

0,30

11,6

3,3

38,2

0,31

11,4

3,3

37,5

0,32

11,2

3,4

36,8

0,33

10,9

3,4

36,0

0,34

10,7

3,5

35,3

0,35

10,5

3,5

34,6

0,36

10,3

3,6

0,37

10,0

3,6

0,38

9,8

3,7

0,39

9,6

3,8

0,40

9,4

3,8

Примечание — Значения techhap.ru рассчитаны по формулам Герца, полученным из условия первоначального точечного контакта с модулем упругости 2,07х10techhap.ru МПа и коэффициентом Пуассона, равным 0,3.

Принято такое распределение нагрузки между телами качения, при котором нагрузка на наиболее нагруженный шарик в шариковых радиальных и радиально-упорных подшипниках равна gost_18854_94%5C55c9f4c89b5d2.jpg, а в шариковых упорных и упорно-радиальных подшипниках gost_18854_94%5C55c9f4c8d311b.jpg.
techhap.ru для промежуточных значений gost_18854_94%5C55c9f4c911308.jpg получают линейным интерполированием.
Формула (1) распространяется на подшипники с радиусом дорожки качения в поперечном сечении не более 0,52techhap.ru — для внутренних колец шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников и 0,53techhap.ru — для наружных колец шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников и для внутренних колец шариковых радиальных двухрядных самоустанавливающихся подшипников.
Грузоподъемность не всегда увеличивается при применении меньшего радиуса желоба, но она уменьшается при применении радиуса большего, чем радиусы, указанные выше. В последнем случае следует применять соответственно уменьшенное значение techhap.ru.

5.1.1 Комплекты подшипников

5.1.1.1 Базовая статическая радиальная грузоподъемность для двух одинаковых однорядных шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении широкими или узкими торцами друг к другу и образующих общий подшипниковый узел, равна удвоенной номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника.

5.1.1.2 Базовая статическая радиальная грузоподъемность двух и более одинаковых однорядных шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении их по схеме тандем (последовательно) в случае их точного изготовления и равномерного распределения нагрузки равна номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника, умноженной на число подшипников.

5.2 Статическая эквивалентная радиальная нагрузка
Статическая эквивалентная радиальная нагрузка для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников равна большей из двух значений, рассчитанных по формулам:

gost_18854_94%5C55c9f4c93f972.jpg; (2)
gost_18854_94%5C55c9f4c998b76.jpg. (3)

Значения коэффициентов techhap.ru и techhap.ru приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Значения коэффициентов techhap.ru и techhap.ru для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников

Тип подшипника

techhap.ru

techhap.ru

techhap.ru

techhap.ru

для однорядных подшипников

для двухрядных подшипников

Радиальные*

0,6

0,5

0,6

0,5

Радиально-упорные при techhap.ru**

15°

0,5

0,46

1,0

0,92

20°

0,5

0,42

1,0

0,84

25°

0,5

0,38

1,0

0,76

30°

0,5

0,33

1,0

0,66

35°

0,5

0,29

1,0

0,58

40°

0,5

0,26

1,0

0,52

45°

0,5

0,22

1,0

0,44

Самоустанавливающиеся techhap.ru

0,5

0,22 techhap.ru

1,0

0,44 techhap.ru

* Допустимое максимальное значение gost_18854_94%5C55c9f4c9ca8f0.jpg зависит от конструкции подшипника (внутренний зазор и глубина желоба).
** Для techhap.ru12° см. приложение А.

Значения techhap.ru для промежуточных углов контакта получают линейным интерполированием.

5.2.1 Комплекты подшипников

5.2.1.1 При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух одинаковых однорядных радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении широкими или узкими торцами друг к другу и образующих общий подшипниковый узел, используют значения techhap.ru и techhap.ru для двухрядных подшипников, а значения techhap.ru и techhap.ru принимают в качестве общей нагрузки, действующей на весь комплект.

5.2.1.2 При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух и более одинаковых однорядных шариковых радиальных или радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу по схеме тандем, используют значения techhap.ru и techhap.ru для однорядных подшипников, а значения techhap.ru и techhap.ru принимают в качестве общей нагрузки, действующей на весь комплект.

ПРИЛОЖЕНИЕ А (обязательное). ЗНАЧЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТОВ X(o) и Y(o) ДЛЯ ШАРИКОВЫХ РАДИАЛЬНЫХ И РАДИАЛЬНО-УПОРНЫХ ПОДШИПНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(обязательное)

Тип подшипника

techhap.ru

techhap.ru

techhap.ru

techhap.ru

для однорядных подшипников

для двухрядных подшипников

Радиально-упорные при techhap.ru, равном 12°

0,5

0,47

1,0

0,94

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Загрузка ...