Оценка подшипников

Jul 01, 2023

Маркус Раабе исследует методы расчета подшипников.

Подшипники качения являются важными компонентами трансмиссий. Обычно их выбирают исходя из геометрических ограничений, требований к направлению нагрузки и номинального ресурса.

Номинальный срок службы обычно рассчитывается на основе ISO 281 с использованием эквивалентной нагрузки и номинальной динамической нагрузки из каталога. Дополнительные факторы влияния, такие как смазка и чистота, могут быть учтены при расчете модифицированного срока службы. Срок службы ограничивает максимальную нагрузку. Что касается минимальной нагрузки, в каталогах подшипников предусмотрены ограничения в диапазоне 1–2 % от номинальной динамической или статической нагрузки, поскольку проскальзывание может привести к износу или размазыванию. При использовании эквивалентной нагрузки согласно ISO 281 перекос, моментная нагрузка или зазор подшипника не учитываются.

Более подробный подход к расчету номинального срока службы подшипника представлен в стандарте ISO/TS 16281. Его нельзя оценить вручную, поскольку он основан на распределении нагрузки внутри подшипника. Принимая во внимание распределение нагрузки, можно учитывать дополнительные эффекты, такие как перекосы, зазоры подшипников или посадка. Расширение этого подхода позволяет учитывать деформации корпуса, которые также будут влиять на распределение нагрузки внутри подшипника.

Дальнейшие оценки можно провести, используя распределение нагрузки, основанное на квазистатическом равновесии. Для шарикоподшипников риск усечения при высоких осевых нагрузках можно оценить путем сравнения удлинения эллипса контакта с высотой буртика. Отношение вращения к качению и окружное опережение шарика являются кинематическими свойствами, которые используются для оценки высокоскоростных шарикоподшипников. Для высокоскоростных применений минимальное контактное напряжение должно быть достаточным, чтобы избежать проскальзывания. В дополнение к номинальному сроку службы можно оценить максимальное контактное напряжение, что предпочитают некоторые отрасли. Расчет распределения нагрузки на подшипник также позволит получить матрицы жесткости подшипников, которые можно использовать для расчета прогибов или динамики ротора. Для подшипников с углами контакта в матрице жесткости будет существовать связь между осевыми, радиальными отклонениями и углами наклона.

Для расчета распределения нагрузки на подшипник и полученного номинального срока службы в соответствии с ISO/TS 16281 доступно несколько программ, обычно в сочетании с расчетом вала, чтобы можно было уловить несоосность.

Для некоторых дополнительных видов повреждения необходимы расчеты переходных процессов с использованием подхода многих тел вместо квазистатического равновесия. Обычно такие оценки, учитывающие локальное взаимодействие между телами качения и дорожками качения или сепаратором, проводят только производители подшипников.

Действующие стандарты расчета срока службы подшипников все еще имеют некоторые недостатки. Рисунок 1. показан пример номинального срока службы радиально-упорного подшипника с изменением угла контакта при постоянной чистой осевой нагрузке. Для угла контакта около 40° номинальный срок службы по ISO/TS 16281 почти в два раза превышает номинальный срок службы по ISO 281. При угле контакта более 45° подшипник считается упорным, а номинальный срок службы соответствует ISO/TS 16281 будет уменьшен в 2,6 раза. Если для упорных подшипников учитывать дополнительное смещение из-за отклонений вала, номинальный срок службы согласно ISO/TS 16281 будет меньше номинального срока службы согласно ISO 281.

Маркус Раабе, управляющий директор компанииМесис