Что такое динамическая нагрузка на подшипник

Грузоподъемность подшипников

Современные механизмы требуют компактных и надежных соединений вращающихся деталей (валов) с неподвижными частями. Валы могут передавать значительные усилия или скорости вращения с помощью специальных технологических изделий – подшипников.

Для оценки надежности подшипников используют принятый во всем мире способ – расчет на номинальную долговечность, динамическую и статическую грузоподъемность. Статья содержит сведения о силах, действующих в сопрягаемых узлах, методах расчета и понятия надежности работы подшипника.

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.

Рис. 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).

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 Долговечность подшипников L в зависимости и отношения C/P для шариковых подшипников Долговечность подшипников L в зависимости и отношения C/P для роликовых подшипников

Динамическая грузоподъемность и долговечность связаны между собой зависимостью, которая получила название – эмпирическая зависимость, выражается формулой:

где: L – ресурс в млн. оборотов; С – величина динамической нагрузки.

Силы, действующие на радиальные и радиально-упорные шариковые и роликовые подшипники, расчет эквивалентной нагрузки

Для компенсации осевых нагрузок, действующих на валах, применяются упорные подшипники. Осевая нагрузка – Fx воспринимается роликами, находящимися в обоймах, наклоненных под углом, таким образом передавая нагрузку N на детали корпуса.

Рис. 2. Осевая нагрузка и силы действующее на упорный подшипник.

Для устойчивой и надежной работы узла с такими действующими на подшипник силами необходимо выполнение условия: Fr 1 ≥ Fx + S2 и Fr 2 ≥ S1+ Fx.

Эквивалентная нагрузка определяется по формуле:

где: Fr и Fa- радиальная и осевая нагрузки на подшипник;

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

Kb – коэффициент, учитывающий величину нагрузки;

KT – температурный коэффициент.
С последующими выполнением Ро Внимание покупателей подшипников

Источник

Обозначение термина грузоподъёмности

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:

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:

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

Её принято подразделять на:

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):

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

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

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.

Источник

Обозначение термина грузоподъёмности

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:

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:

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

Её принято подразделять на:

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):

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

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

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.

Источник

Что такое динамическая нагрузка на подшипник

ГОСТ 18855-94
(ИСО 281-89)

ДИНАМИЧЕСКАЯ РАСЧЕТНАЯ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ И РАСЧЕТНЫЙ РЕСУРС (ДОЛГОВЕЧНОСТЬ)

Rolling bearings. Dynamic load ratings and rating life

Дата введения 1997-01-01

1 РАЗРАБОТАН Российской Федерацией

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол N 6-94 от 21 октября 1994 г.)

За принятие проголосовали:

Наименование национального органа по стандартизации

Госстандарта Республики Казахстан

Настоящий стандарт представляет собой полный аутентичный текст ИСО 281-89 «Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность)» и содержит дополнительные требования, отражающие потребности экономики страны

3 Постановлением Комитета Российской Федерации по стандартизации, метрологии и сертификации от 21 февраля 1996 г. N 88 межгосударственный стандарт ГОСТ 18855-94 (ИСО 281-89) введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 января 1997 г.

Нерационально подтверждать правильность выбора подшипников для данных условий применения путем испытания большего числа подшипников в рассматриваемых условиях. Однако ресурс (3.1) является первым показателем правильности этого выбора. Поэтому надежный расчет ресурса рассматривается как приемлемый и удобный заменитель испытаний. Целью настоящего стандарта является создание необходимой основы для вычисления этого ресурса.

Имеющиеся научные данные не позволяют включить в данный стандарт конкретные значения коэффициентов, корректирующих ресурс для специальных свойств подшипников и условий эксплуатации. Поэтому значения этих коэффициентов следует разрабатывать с учетом опыта, обычно по согласованию с изготовителем подшипников.

Расчеты, выполненные согласно настоящему стандарту, не дают точных результатов для подшипников, работающих в таких неблагоприятных условиях и/или имеющих такую внутреннюю конструкцию, при которых уменьшается зона контакта между телами качения и дорожками качения колец. Не скорректированные результаты вычислений не могут быть точными также для шарикоподшипников с канавками для вставления шариков, если канавка значительно выступает в зону контакта шариков с желобами в момент нагружения подшипника.

Расчеты согласно данному стандарту не дают также точных результатов для подшипников, работающих в условиях, когда возникают отклонения от обычного распределения нагрузки в подшипнике, например при несоосности, прогибе корпусов или валов, при больших центробежных силах тел качения или других эффектах, связанных с высокой частотой вращения, а также при предварительном натяге или увеличенных зазорах в радиальных подшипниках. При таких условиях эксплуатации потребитель должен консультироваться у изготовителя по методу оценки эквивалентной нагрузки и ресурса подшипников.

Следовательно, время от времени, в результате новых разработок или в свете новой информации потребуется пересмотр данного стандарта применительно к определенным типам подшипников и материалов.

Подробные информационные данные относительно выведения формул и коэффициентов, приведенных в данном стандарте, содержатся в ИСО/TR 8646*.

* До прямого применения данного документа в качестве государственного стандарта распространение его осуществляет ВНИИКИ.

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает методы вычисления базовой динамической расчетной грузоподъемности подшипников качения в диапазоне размеров, приведенных в соответствующих стандартах на типы и размеры, изготовленных из современной, обычно применяемой, закаленной стали хорошего качества, в условиях хорошо налаженного производства и имеющих обычную конструкцию и формы контактных поверхностей качения.

Настоящий стандарт устанавливает также методы вычисления базового расчетного ресурса, соответствующего 90% надежности. При этом имеется в виду, что используют обычный материал, обычную технологию производства и обычные условия эксплуатации. Кроме того, настоящий стандарт уточняет методы вычисления скорректированного расчетного ресурса, когда учитывают различную степень надежности, специальные свойства подшипников и особые эксплуатационные условия, используя коэффициенты, корректирующие расчетный ресурс.

Настоящий стандарт не применим к конструкциям, где тела качения работают по валу или по поверхности корпуса, если эти поверхности не эквивалентны во всех отношениях дорожкам качения подшипниковых колец и колец, упорных и упорно-радиальных подшипников, которые они заменяют.

Двухрядные радиальные подшипники и двойные упорные подшипники рассматриваются в данном стандарте, как симметричные.

Ограничения для других типов подшипников оговорены в соответствующих пунктах.

2 НОРМАТИВНЫЕ ССЫЛКИ

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 18854-82 Подшипники качения. Статическая грузоподъемность

ИСО 5593-84* Подшипники качения. Терминологический словарь

* До прямого применения данного документа в качестве государственного стандарта распространение его осуществляет ВНИИКИ.

3 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем стандарте применяют следующие термины:

3.1 Ресурс (для конкретного подшипника качения): число оборотов, которое одно из колец подшипника (или кольца упорного подшипника) делает относительно другого кольца до появления первых признаков усталости металла одного из колец или тел качения.

3.2 Надежность (применительно к ресурсу подшипника): процент из группы идентичных подшипников, работающих в одинаковых условиях, которые должны достигнуть или превзойти расчетный ресурс.

Надежность конкретного подшипника качения представляет собой вероятность того, что данный подшипник достигнет или превысит расчетный ресурс.

3.3 Базовый расчетный ресурс: ресурс, соответствующий 90% надежности для конкретного подшипника или группы идентичных подшипников качения, работающих в одинаковых условиях, изготовленных из обычного материала с применением обычной технологии и обычных условий эксплуатации.

3.4 Скорректированный расчетный ресурс: расчетный ресурс, полученный путем корректировки базового расчетного ресурса для заданного уровня надежности, специальных свойств подшипника и конкретных условий эксплуатации.

3.5 Базовая динамическая радиальная расчетная грузоподъемность: постоянная неподвижная радиальная нагрузка, которую подшипник теоретически может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем один миллион оборотов. Для радиально-упорных однорядных подшипников радиальная расчетная грузоподъемность соответствует радиальной составляющей нагрузки, которая вызывает чисто радиальное смещение подшипниковых колец относительно друг друга.

3.6 Базовая динамическая осевая расчетная грузоподъемность: постоянная центральная осевая нагрузка, которую подшипник теоретически может воспринимать при базовом расчетном ресурсе, составляющем один миллион оборотов.

3.7 Динамическая эквивалентная радиальная нагрузка: постоянная неподвижная радиальная нагрузка под воздействием которой подшипник будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

3.8 Динамическая эквивалентная осевая нагрузка: постоянная центральная осевая нагрузка, под воздействием которой подшипник будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

3.9 Диаметр ролика для вычисления расчетной грузоподъемности: диаметр ролика в среднем сечении ролика.

3.10 Длина ролика при вычислении расчетной грузоподъемности: максимальная теоретическая длина контакта ролика или дорожки качения, где контакт является самым коротким.

3.12 Диаметр окружности центров набора шариков: диаметр окружности, проходящей через центры шариков в одном ряду подшипника.

3.13 Диаметр окружности центров набора роликов: диаметр окружности, проходящей через центры роликов в одном ряду подшипника.

3.14 Нормальные условия эксплуатации: условия, которые являются оптимальными для подшипника, т.е. подшипник правильно установлен, смазан, защищен от проникания инородных тел, нагрузка соответствует типоразмеру подшипника, подшипник не подвергается чрезмерным изменениям температуры и частоты вращения.

4 ОБОЗНАЧЕНИЯ

— базовая динамическая радиальная расчетная грузоподъемность, Н;

— базовая динамическая осевая расчетная грузоподъемность, Н;

— базовая статическая радиальная расчетная грузоподъемность*, Н;

* Определения и методы расчета приведены в ГОСТ 18854.

— базовая статическая осевая расчетная грузоподъемность*, Н;

* Определения и методы расчета приведены в ГОСТ 18854.

— диаметр ролика для вычисления расчетной грузоподъемности, мм;

— диаметр окружности центров набора шариков или роликов, мм;

— радиальная нагрузка на подшипник или радиальная составляющая фактической нагрузки, действующей на подшипник, Н;

— осевая нагрузка на подшипник или осевая составляющая фактической нагрузки, действующей на подшипник, Н;

— базовый расчетный ресурс, миллион оборотов;

— скорректированный расчетный ресурс, миллион оборотов;

— длина ролика для вычисления расчетной грузоподъемности, мм;

— эквивалентная динамическая радиальная нагрузка, Н;

Источник

Наименования и виды грузоподъемности

Упомянутые критерии, наряду с номинальной долговечностью, используются для расчётов надёжности подшипниковой продукции.

Статическая грузоподъёмность – именуется нагрузка, приводящая к началу процесса деформации неподвижного подшипника.

Динамическая – нагрузка постоянной величины, под действием которой подшипник способен обеспечить базовую долговечность работы, определяемую 1 миллионом оборотов.

Статическая грузоподъёмность

Статические нагрузки средней величины, действующие на элементы конструкции подшипника, становятся причиной остаточных деформаций, возникающих на дорожках качения, шариках (роликах). Величина последних растёт при возрастании нагрузок.

Эмпирическим путём установлено, что при величине подобной деформации, не превышающей 0,0001 d используемых тел качения, ухудшения работоспособности изделия не наблюдается. Замеры выполняются в центральной части зоны, подвергающейся максимальным нагрузкам, где тела качения контактируют с поверхностью дорожки (источник, норматив STN ISO 76).

Поэтому за величину статической грузоподъёмности принята величина нагрузки, действие которой приводит к возникновению подобной деформации.

Её величины, для подшипников различного конструктивного исполнения, следующие:

По умолчанию, статическая грузоподъёмность (СГ) рассчитывается для полностью неподвижного изделия, либо вращающегося с малыми угловыми скоростями (0,105 рад/с или 1 об/мин)

Эквивалентная нагрузка (в статике), может быть больше/меньше, либо равной по значению величине СГ. Это зависит от реальных геометрических размеров подшипника, требований, касающихся момента трения либо относящихся к плавности хода.

Методы расчёта указанного параметра определены нормативом 18854-2013.

Динамическая грузоподъёмность

Для аксиальных подшипников качения данная величина определяется исключительно для нагрузки, считающейся постоянной, и действующей в радиальном направлении.

Для моделей упорных, в осевом. Последняя также принимается за константу.

Величины динамической нагрузки, считающиеся базовыми, сведены в справочные таблицы, составленные согласно положениям норматива STN ISO 281.

При выполнении проектировочных расчётов принято выделять:

Расчётную грузоподъёмность аксиальную, значение которой равно const радиальной нагрузке, воспринимаемой изделием без выхода из строя (при ресурсе до 1 млн оборотов).

Для однорядных моделей радиально-упорного типа эта грузоподъёмность равна аксиальной составляющей внешней нагрузки, инициирующей радиальный сдвиг обойм (внешней относительно внутренней).

Расчётную грузоподъёмность осевую. Так именуется центральная нагрузка (const), действующая вдоль оси, которую изделие способно воспринимать без поломок при совершении до 1 млн оборотов.

Динамическая грузоподъёмность, именуемая базовой, рассчитывается согласно положениям норматива 18855-2013. Стандартом предусмотрены различия при выполнении расчётов, зависящие от вида воспринимаемой нагрузки, формы тел качения, варианта установки подшипника.

Значение указанной величины проставляется в паспорте подшипника.

Осевая грузоподъёмность для моделей упорно-радиальных, а также упорных шарикоподшипников рассчитывается согласно разделу 6.1. вышеназванного ГОСТ.

Её эквивалентное значение для этой группы подшипниковой продукции, по разделу 6.2.

Динамическая грузоподъёмность, для шарикоподшипников аксиальных и радиально-упорных, определяется согласно разделу 7.1.

Специфика расчётов, учитывающих вариант установки, рассмотрена в подразделе 7.1.2. (статьи 7.1.2.1. – 7.1.2.4).

Эквивалентная нагрузка (осевая) для изделий данной группы считается согласно разделу 7.2.

Особенности монтажа, влияющие на выполнение расчётов, в подразделах 7.2.1., 7.2.2. и статьях 7.2.2.1., 7.2.2.2.

Для роликоподшипников упорно-радиального и упорного типов динамическая грузоподъёмность считается согласно разделу 8.1. А эквивалентная нагрузка (осевая), 8.2.

Источник