Динамическая грузоподъемность подшипника в чем измеряется
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.
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
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)
Расчет долговечности для подшипников качения
Такая характеристика, как динамическая грузоподъёмность подшипника, прямо влияет на его долговечность «L» (вычисляется в миллионах оборотов).
Существует расчётная формула, согласно которой величина последнего значения, часто именуемая ресурсом, равна частному от деления динамической грузоподъёмности изделия «С», указанной в его паспорте, на его расчётную (иное наименование, эквивалентную) динамическую нагрузку «Р» в степени «р» (так именуется величина кривой усталости). Величина «р» является постоянной, и равна:
В зависимости от конструктивного исполнения подшипника качения расчёт эквивалентных нагрузок для них производится с учётом различных параметров.
Величина последнего зависит от того, какая обойма вращается. Если внешняя, то V=1,2, если внутренняя, V=1,0.
Значения величин Y и X определяются с учётом частного от деления величины FA на произведение V* FR. Отсюда можно сделать вывод, что её величина не влияет на значение эквивалентной нагрузки, пока она не превысит значение коэффициента «е» (коэффициента влияния).
Следовательно, пока FA
Следует помнить, что величина «е» для подшипников различного конструктивного исполнения отличается:
В подшипниках радиально-упорного типа действие радиальных сил приводит к возникновению дополнительных нагрузок, действующих в направлении оси, S:
При расчётах не следует забывать, что подшипники радиально-упорные устанавливаются парами. При этом существует несколько схем их монтажа.
Чаще всего, выбирается вариант установки «в распор» (осевая фиксация).
В этом случае торцевые части внутренних обойм упираются в буртики, выполненные на валу, а внешних, на участки корпуса. При этом силы, действующие на подшипники, соответствуют ряду ограничений:
Расчёт на долговечность для подшипников качения осуществляется по следующему алгоритму:
Если он меньше, возможно принятие одного из следующих решений:
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.