Расчет подшипников качения

В трехвальных коробках передач автомобилей применяют шарико- и ролико- подшипники легкой и средней серии.Подшипники ступиц зубчатых колес постоянного зацепления вторичного вала коробки передач автомобиля работают в условиях статического нагружения. При работе под нагрузкой тела качения этих подшипников не вращаются, так как зубчатые колеса блокируются с валом зубчатой муфтой. Подшипники вращаются только при работе зубчатых колес вхолостую, не воспринимая нагрузки.

Оценка работоспособности подшипника при статическом нагружении проводится по статической грузоподъемности C_o, которая наряду с динамической грузоподъемностью C является одной из основных характеристик подшипника. Статическая грузоподъемность представляет собой статическую нагрузку, вызывающую в наиболее нагруженной зоне контакта общую остаточную деформацию тела
качения и колец, равную 0, 0001 диаметра тела качения. Для стандартных подшипников значения C_o приведены в справочной литературе.

Работоспособность подшипника при статическом нагружении обеспечивается, если выполняется условие:

Co > P₃K₆0K_M0, (3.33)

где Р_э - эквивалентная статическая нагрузка, K₆₀ - коэффициент безопасности при статическом нагружении, K_m0 - коэффициент материала.

Эквивалентная статическая нагрузка определяется следующим образом: для радиальных роликоподшипников

P = F

¹ э ¹ r 0

для упорных и упорно-радиальных шарико- роликоподшипников

Рэ = 2, 3Fr 0tga + F_a 0

?

где F_r0 и F_a0 - соответственно, радиальная и осевая статические нагрузки.

Коэффициент K₆₀ зависит от требований к плавности хода и условий трения подшипника: при

высоких требований К₆₀ =1, 2... 2, 5; при пормальных - K₆₀ =0, 8...1, 2; при пониженных - K₆₀ =0, 5...0, 8. Коэффициент материала при расчете подшипников без одного или двух колец определяется по рис. 3.8 в зависимости от поверхностной твердости детали, выполняющую роль бегущей дорожки. Для подшипников с кольцами положить К_м0= 1. Рис.3.8

Причинами выхода из строя подшипников качения в основном являются:

- усталостное выкрашивание тел и дорожек качения;

- разрушение сепаратора;

- потеря работоспособности смазочного материала;

- образование вмятин на беговых дорожках и телах качения при ударных и вибрационных нагрузках и др.

При условии обеспечения нормальной эксплуатации основным видом выхода из строя подшипников является усталостный износ рабочих поверхностей тел и дорожек качения. В этом случае подшипники рассчитывают на усталостную долговечность.

Расчёт подшипников качения (ПК) в этом случае производят по номинальной долговечности L, представляющей собой такой срок службы подшипников, в течение которого не менее 90% подшипников из данной партии при одинаковых условиях эксплуатации должны проработать без признаков усталости. Расчёт подшипников на долговечность осуществляется с учётом эквивалентной нагрузки P на подшипник и его динамической грузоподъёмности С.

Эквивалентной нагрузкой P для радиальных и радиально-упорных подшипников называется такая постоянная радиальная нагрузка, которая при действии ее на подшипник с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным обеспечивает такую же долговечность, какую данный подшипник будет иметь при действительных условиях нагружения и вращения.

Динамической грузоподъемностью C радиального и радиально-упорного подшипника называется такая постоянная радиальная нагрузка, которую группа идентичных подшипников при неподвижном наружном кольце сможет выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 миллион оборотов внутреннего кольца.

Долговечность подшипника зависит от внешних факторов (величины и характера нагрузки, частоты вращения, рабочей температуры и др.) и от динамической грузоподъемности

L = (C/P)^m, мил. об., (3.34)

где m = 3 - для шарикоподшипников; m = 3, 33 - для роликоподшипников.

Формула 3.34 справедлива при частоте вращения п внутреннего кольца подшипника п > 10 об/мин, но не превышающей предельной частоты вращения для данного типоразмера подшипника.

При п = 1...10 об/мин расчёт подшипника производится как для п = 10 об/мин.

Подшипники с п < 1 об/мин рассчитывают на статическую грузоподъемность С_п.

Из формулы 3.34 следует, что при увеличении эквивалентной нагрузки в 2 раза долговечность подшипника снижается в 8 раз - для шариковых и в 10 раз - для роликовых подшипников. Поэтому следует как можно точнее определять действующие на подшипники нагрузки.

Долговечность подшипника может быть определена в часах:

 

г C \ m P

106 L 106

L =

60n 60n

час. (3.35)

 

Эквивалентная нагрузка Р определяется по формуле:

Р = (XVFr + YFa)K₆K_T, Н (3.36)

где X - коэффициент радиальной нагрузки (табл. 3.2, 3.5);

Y - коэффициент осевой нагрузки (табл. 3.2);

V - коэффициент вращения кольца (V = 1 - при вращении внутреннего кольца, V = 1, 2 - при вращении наружного кольца);

^K6 - коэффициент безопасности, учитывает вибрационные нагрузки (табл. 3.3) K_T - коэффициент, учитывающий рабочую температуру подшипника (табл. 3.3).

Осевая нагрузка F_a, действующая на радиально-упорный подшипник, определяется с учетом осевой составляющей S от радиальной нагрузки F_r:

S = eF_r Н, (3.37)

где е- коэффициент осевого нагружения подшипника (табл.3.1, 3.5).

Значения коэффициентов X, Y, e для различных типов ПК приводятся в ГОСТ 18855-82, а также в справочниках по подшипникам [8].

Однорядные

Л VFr

А VFr

Л VFr

Таблица 3.2