Что такое статическая и динамическая грузоподъемность подшипника

Грузоподъемность подшипника

Это, пожалуй, одна из важнейших характеристик подшипников. Благодаря правильному расчету и подбору необходимой детали можно быть уверенным в том, что все будет работать как следует и не сломается в самый неподходящий момент. Но давайте не будем ходить вокруг да около и перейдем сразу к сути.

Итак, грузоподъемностью называют нагрузку, при которой с неподвижным подшипником начинает происходить процесс деформации (статическая грузоподъемность или СГ) либо нагрузку, с которой он способен отработать свой базовый ресурс (динамическая грузоподъемность или ДГ). Помимо такой классификации, она может также быть поделена на радиальную и осевую.

Статическая грузоподъемность подшипника

Является постоянной действующей силой. Напрямую связана с давлением, поэтому измеряется в паскалях (по ГОСТу). От ее величины зависит уровень образования остаточных деформаций на дорожках и телах качения. Такие деформации увеличиваются прямо пропорционально возрастанию нагрузки. Если они не превышают 0,0001 d тел качения, то ухудшения эксплуатационных качеств подшипника не происходит. Замер выполняется в центре зоны, которая подвергается максимальному давлению. Исходя из этого, величина статической грузоподъемности является величиной нагрузки, приводящей к появлению такой деформации.

Статическая грузоподъемность для подшипников различной конструкции следующая:

Расчет статической грузоподъемности проводится или при полностью неподвижном подшипнике, или при минимальном угловом вращении (0,105 радиан в секунду или 1 оборотов в минуту)

Величина эквивалентной нагрузки (в статике) может являться меньшей, большей либо равной СГ. На это влияют геометрические размеры подшипника, требования, относящиеся к моменту трения и к плавности хода.

Динамическая грузоподъемность подшипника

Представляет собой меру, определяющую несущую способность подшипника в динамическом режиме. Определяется выносливостью материала, которая в свою очередь тесно связана с нагрузкой, статистической случайностью первого повреждения и с рабочей частотой вращения.

Для расчета вращающихся подшипников качения существует динамическая грузоподъемность C, являющаяся нагрузкой постоянной величины и направления, при которой для множества одинаковых подшипников достигается номинальная долговечность в 1 млн. оборотов.

Соответствие такой грузоподъемности относительно подшипников различной конструкции следующее:

Радиальная и осевая грузоподъемность подшипника

Представляют собой вид классификации грузоподъемности по направлению нагрузки на подшипник. Таким образом, действие радиальной нагрузки происходит в перпендикулярном направлении к оси в центр вала, а действие осевой – параллельно по отношению к оси.

От правильно подобранных подшипников с необходимыми параметрами зависит продолжительность эксплуатации сборочного узла. Поэтому при подборе подшипника, помимо расчетов величины усилий, нужно также определять и другие параметры, такие как:

• пространство в механизме, где будут расположены подшипники;

• возможность компенсации несоосности корпусной части и вала.

Следует также учитывать и комбинированные силы, представляющие собой комбинации радиальных и осевых нагрузок. В таких случаях часто используют более одной радиально-упорной модели, а во время монтажа подшипника производят расчет фиксированного расположения вала сразу в двух направлениях.

Источник

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

Основные характеристики подшипников

Технические характеристики подшипников позволяют определять степень пригодности изделия для выполнения конкретных задач. Все основные параметры учитываются производителями при производстве и регламентируются действующими нормативными документами. К таковым можно отнести следующие характеристики, которые мы постараемся рассмотреть более подробно.

Вес и размер

Как правило, вес подшипника учитывается в килограммах, если речь идет о больших изделиях, и в граммах – если изделие отличается своей миниатюрностью.

Размер принято обозначать следующей формулой dxDxh:

d – внутренний диаметр отверстия;

h – ширина подшипника;

D – диаметр наружного кольца.

Различают два основных типа: подшипники скольжения и подшипники качения. Они различаются воспринимаемыми нагрузками и их направлением, наличием тел качение и смазочных составов, материалами изготовления и рядом специфических конструктивных особенностей.

Так, в подшипниках качения используются шарики, ролики, за счет которых и происходит вращение двух колец (внешнего и внутреннего). В подшипниках скольжения тел качения нет, их заменяют смазывающие составы, которые располагаются между двумя кольцами.

Скорость вращения

В данном случае различают номинальную и предельную скорость. Первая величина характеризует такой скоростной режим, при котором отсутствует перегрев подшипника. Вторая величина указывает допустимый предел вращения, при котором не произойдет разрушение изделия. Два этих показателя нужно учитывать при выборе оптимального варианта для использования в конкретных механизмах при определенных условиях.

Трение

Величина, указывающая потери передаваемой через подшипник энергии к движущимся элементам механизма. Для уменьшения этого показателя для изготовления отдельных частей подшипников используются специальные композитные материалы, а также применяются смазочные составы.

Грузоподъемность

Различают динамическую и статическую величины. Динамическая грузоподъемность характеризует нагрузку на подшипник в движении, при которой изделие отрабатывает свой установленный производителем ресурс без выхода из строя. Статическая грузоподъемность – это максимальная нагрузка, при которой подшипник в покое не подвергается деформации.

Также различают радиальную и осевую нагрузки, которые оказывают воздействие в зависимости от направления силы действия на подшипник.

Материал изготовления

В большинстве случаев в качестве основных материалов применяют нержавеющую или подшипниковые марки стали, полимерные составы, керамику, латунь. От них зависят и основные характеристики изделий.

Ресурс

Продолжительность выполнения своей функции на протяжении определенного срока. Как правило, базовый ресурс подшипников составляет 6 млн. оборотов. Но, реальный может быть несколько меньше, так как в процессе работы на подшипниковое изделие оказывает влияние окружающие факторы: температура, влажность, наличие загрязнений и т.д.

Внутренний зазор

Величина, характеризующая люфт внутренних частей подшипника. Регламентируется для каждой разновидности изделия отдельно.

Класс точности

Это сборное понятие, в которое включены технические параметры подшипника, указанные в регламентах на каждый тип изделий. Сюда входят не только нормативы габаритов, но и точность вращательных движений при определенных скоростных режимах.

Обозначения

Существуют множество специальных обозначений, которые указывают на определенные характеристики подшипников. Отметим, что зарубежные обозначения отличаются от российских. Поэтому этот фактор нужно учитывать при подборе аналогов.

Источник

Нагрузка на подшипники: как узнать важную информацию об изделии

Осевой грузоподъемности подвержены упорные подшипники. Одинарные упорные шарикоподшипники хорошо выдерживают односторонние нагрузки на ось, а двойные успешно справляются с разнонаправленными нагрузками.

Если отсутствует соответствие осей корпуса и валов, что может быть спровоцировано производственными погрешностями или валовыми прогибами из-за функциональных нагрузок, прибегают к помощи:

— сферических шарикоподшипников и роликоподшипников;

Для механизмов, не отличающихся максимальными показателями точности, используют шариковые детали с кольцевой поверхностью в форме сферы. Их устанавливают в корпусные отверстия соответствующей формы.

Подшипник способен функционировать, если под влиянием нагрузок шарик либо ролик деформируется не больше, чем на 0,0001 миллиметра.

Что нужно знать об использовании подшипников качения

Рекомендации по использованию таких изделий в определенных условиях, которые необходимо учитывать:

Чтобы увеличить компактность и снизить вес изделия, не допускается сильное завышение указанной долговечности. Фактические показатели обычно намного превышают расчетные, учитывая, что стандартная гарантия достигает 90%.

Ориентироваться следует на эксплуатацию деталей класса точности 0. Использовать изделия повышенного и высокого класса рекомендуется только в узлах, требующих специфической точности оборотов.

Способы расчета долговечности подшипников

Вычисления производят для деталей, имеющих скорость вращения свыше 1 об/мин. Не вращающиеся изделия или оборачивающиеся медленнее указанного показателя попадают в категорию, для которой подходят способы расчета статистической грузоподъемности.

Основные вычислительные методы утверждены международными стандартами на детали качения (ГОСТ 18855-2013). Стандарт регламентирует способы определения базовой долговечности, отвечающей 90% прочности.

Статическая грузоподъемность

Если изделие пребывает в фиксированном положении, делает меньше 1 об/мин, работает в режиме неспешных колебательных движений, говорят о статической грузоподъемности.

Главное условие надежности узла непременно должно воплощаться. Оно имеется в расчетной формуле: Ро

Статическая грузоподъемность – это величина, где остаточная деформация тел качения равна 0,0001 миллиметра.

Динамическая грузоподъемность

Показатели динамической нагрузки на подшипники прописывают в паспорте изделия. Их вычисляют экспериментально, а заключаются они в нагрузке, выдерживаемой деталью на протяжении 1000000 вращений без признаков износа у 90% агрегатов.

Динамическая грузоподъемность и долговечность прямо пропорциональны. Их взаимная зависимость называется эмпирической и заключается в формуле: L = (C/R), где L – нагрузка в 1 млн. вращений, С – динамическая грузоподъемность.

Таким образом, сегодня несложно приобрести изделие с необходимыми техническими и эксплуатационными характеристиками.

Источник

Эксплуатационные особенности роликового подшипника. |ЧАСТЬ 1|

Подшипники качения представляют собой детали машин, которые выполняют ключевые функции в работе вращающихся элементов. Они передают силу, момент, вращающееся движение и направляющие для оси, вала и шпинделей станка. Неожиданный или преждевременный отказ подшипника может существенно повлиять на работу машины или связанного с ней оборудования и нередко повлечь за собой серьезные последствия. Поэтому при выборе вращающего элемента необходимо учитывать многие аспекты, включая требование срока службы (L10), требования к усталостному сроку службы и требования к точности.

Вот почему до внедрения и выбора подшипника необходимо определить все важные входные данные и параметры для конкретного механизма.

На каждый подшипник влияет несколько параметров во время работы. Подшипники также должны следовать некоторым дополнительным критериям, таким как низкий шум, точные размеры и т.д.

Грузоподъемность и срок службы.

Способность подшипника выдерживать нагрузки рассчитывается в связи с различными факторами. Так же при выборе подшипника нужно различать разные термины, с помощью которых рассчитывается эта нагрузка.

Статическая грузоподъемность

Обязателен расчет для определения максимального давления контактной нагрузки, приложенного к неподвижному или очень медленно вращающемуся подшипнику.

Динамическая грузоподъемность

Когда подшипник подвергается определенной номинальной и динамичной нагрузке, в структуре материала возникает напряжение сдвига. Эти напряжения вызовут усталость материала и последующие микротрещины в подшипниковой стали. Этот естественный процесс следует статистическим теориям, делающим это явление предсказуемым и даже вычислимым.

Срок службы

Является термином, значение которого может отличаться от механизма к механизму.

Например, срок службы машины, которая снабжена герметичными шарикоподшипниками, может быть значительно ниже теоретического срока службы подшипников, поскольку смазка, заполняемая внутри подшипников может иметь более короткий срок службы, чем номинальный срок службы подшипников в этом механизме. Существуют также случаи, когда подшипники имеют слишком большой радиальный зазор, что также ограничивает срок службы. Поэтому рекомендуется, чтобы инженеры проверяли срок службы с учетом конкретного механизма, смазки и чистоты.

Статическая грузоподъемность

Подшипники качения могут выдерживать большие нагрузки, которые будут передаваться через очень небольшие участки между элементами качения и опорными кольцами. Таким образом, в зонах контакта может возникать очень высокое давление, так называемое давление по Герцу. Эти давления могут вызвать некоторую деформацию компонентов подшипника. Так же до определенного предела деформации подшипник находится в пределах диапазона упругости, который означает, что при удалении давления части его возвращаются в исходную форму. Но если силы слишком высокие и преодолевают этот предел, то подшипник начнет деформироваться безвозвратно и в конце концов сломается.

Испытания и практический опыт показали, что если подшипник используется как стационарный или при очень низких скоростях (n 4

Игольчатые роликоподшипники: S0 min > 3

Динамический срок службы подшипников

Расчет срока службы подшипника основан на усталостном механизме подшипниковой стали. Такая усталость материала подшипника является естественным явлением, зависящим как от сдвиговых напряжений, вызванных приложенными нагрузками, так и от чистоты материала, используемого для опорных колец. Когда подшипник подвергается воздействию определенной нагрузки, напряжение сдвига будет возникать в структуре материала. Эти напряжения вызывают усталость материала и последующие микротрещины в подшипниковой стали. Этот естественный процесс следует статистическим теориям, делающим это явление предсказуемым и даже вычислимым.

(Стальная зерновая структура)

Для расчета динамических значений срока службы подшипников необходимо использовать значения динамической нагрузки, указанные в таблицах продуктов.

Фактический расчет должен соответствовать международным значениям, указанным в стандарте DIN ISO 281.

(Стальной усталостный механизм)

Пример расчета:

Следуя стандарту DIN ISO 281, динамическая грузоподъемность радиальных шарикоподшипников должна быть рассчитана следующим образом:

Cr = динамическая радиальная нагрузка, Н

bm = коэффициент нагрузки в зависимости от типа и конструкции подшипника; подшипник, соответствующий новейшим технологиям с точки зрения материала и процедуры изготовления (значения bm приведены в DIN ISO)

fc = коэффициент расчета в зависимости от геометрии подшипника, точность изготовления и материал отдельных компонентов подшипника (Пределы значений fc приведены в DIN ISO)

Фактический коэффициент fc определяется посредством геометрического отношения, например.

i = количество рядов элементов качения

Dpw = диаметр делительной окружности, мм

alpha = угол контакта, град.

Z = количество шаров

Dw = диаметр шарика, мм

Номинальный срок службы L10

Номинальный срок понимается как ожидаемая продолжительность жизни для 90% подшипников, при равных условиях эксплуатации до начала пробоя материала. Определение основано на приемлемой, надежной практике проектирования.

Доказано, что большинство подшипников превышают расчетный срок службы. Фактически 50% подшипников превышают рассчитанный срок службы в 5 раз.

Расчет динамически нагруженных подшипников

Для расчета номинального срока службы подшипника L10 в миллионах оборотов должна применяться следующая формула:

p = показатель жизни

для шариковых подшипников: p = 3

для роликовых подшипников: p = 10/3

L10 = номинальный срок службы, 10 ^ 6 U

C = динамическая грузоподъемность

Cr для радиальных подшипников

Ca для упорных подшипников

P = максимальная эквивалентная несущая нагрузка, кН

При расчете номинального срока службы подшипников L10 в рабочие часы должна применяться следующая формула:

p = показатель жизни

для шариковых подшипников: p = 3

для роликовых подшипников: p = 10/3

L10h = номинальный срок службы, ч

C = динамическая грузоподъемность

P = максимальная эквивалентная несущая нагрузка, кН

Если номинальный срок службы подшипника L10S указывается с точки зрения пробега километров, следует применять приведенную ниже формулу:

p = показатель жизни

для шариковых подшипников: p = 3

для роликовых подшипников: p = 10/3

L10S = номинальный срок службы

C = динамическая грузоподъемность, кН

P = максимальная эквивалентная несущая нагрузка, кН

D = диаметр колеса, мм

Следующая таблица дает типичные рекомендации относительно номинального срока службы подшипников (Требования к L10S):

Практические значения могут значительно отличаться!

Динамическая эквивалентная нагрузка P

Формулы для расчета динамического срока службы подшипников, как указано выше, предсказывают нагрузку одинаковой величины и направления, которая действует только радиально (для радиальных подшипников) или в осевом направлении (для упорных подшипников).

В случае подшипников, подверженных комбинированным динамическим нагрузкам, компоненты одной нагрузки должны быть перенесены в мнимую нагрузку, которая будет влиять на подшипники так же, как и фактические силы.

Эта мнимая нагрузка представляет собой так называемую динамическую эквивалентную нагрузку P.

P рассчитывается следующим образом:

P = динамическая эквивалентная нагрузка, кН

X = динамический радиальный коэффициент (приведенный в таблицах продуктов)

Fr = радиальная нагрузка на подшипник, кН

Y = динамический осевой коэффициент (приведенный в таблицах продуктов)

Источник