Беляева А.Ю.
Национальный технический
университет Украины
«Киевский политехнический
институт»
Анализ проблем
подшипников качения
Как известно, подшипник качения представляет собой готовый узел, основным
элементом которого является тело качения – шарики или ролики,
установленные между кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от
друга обоймой, называемой сепаратором (рис.1) [1].
|
Рис. 1 Шариковый однорядный радиальный подшипник 1-
наружное кольцо; 2- внутреннее кольцо; 3 - шарик; 4 - сепаратор |
В процессе работы
тела качения перекатываются по беговым дорожкам колец, одно из которых в
большинстве случаев неподвижно. Распределение нагрузки между несущими телами
качения неравномерно и зависит от величины радиального зазора в подшипнике и
от точности геометрической формы его деталей. В отдельных случаях для
уменьшения радиальных размеров подшипника кольца отсутствуют и тела качения
перекатываются непосредственно по цапфе и корпусу. Подшипники качения
стандартизованы и изготовляются в массовом производстве специализированными
заводами [1]. Достоинства подшипников качения сле- |
-дующие: сравнительно
малая себестоимость вследствие массового производства подшипников; малые потери на трение и незначительный нагрев. Потери на трение
при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы; высокая
степень взаимозаменяемости, что обеспечивает монтаж и ремонт машин, приборов; более
высокая точность вращения; малый износ; менее чувствительны к
изменению температуры окружающей среды; хорошо работают при отсутствии
смазки и обладают высокой стабильностью момента трения; малый расход
смазки; не требуют особого внимания и ухода. Также у таких подшипников
есть и ряд недостатков, а именно: увеличение веса и габаритных размеров
конструкции; необходимость дополнительных деталей для крепления их в
корпусе и на валу; специфический шум от перекатывания шариков (особенно
при больших скоростях); высокая чувствительность к ударным и вибрационным
нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника; малонадежны в высокоскоростных приводах из-за
чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных
сил; сравнительно
большие радиальные размеры.
Одной из проблем подшипников качения есть чрезмерный нагрев. Во избежание
данной проблемы необходим тепловой расчет подшипников.
Компания ООО "ПодшипникТрейд" (г.Москва)
осуществляет тепловой расчет для
современных быстроходных подшипников, который имеет решающее значение.
Данное вычисление сводится к проверке температуры опорных деталей или к
определению потребной прокачки масла через подшипник для того, чтобы
температура в нем сохранялась в допустимых пределах. Расчет ведут на основе
теплового баланса, т.е. приравнивая теплообразование в подшипнике теплоотдаче.
Для машин, работающих с частыми пусками и остановами или частыми изменениями
режима (по сравнению со временем разогрева подшипника до установившейся
температуры), можно вести данное вычисление по среднему теплообразованию. [2]
Решение связанных задач предусматривает использование
вычислительных возможностей отдельных продуктов, последовательный запуск
которых приводит к получению результатов нового качества. При решении
комплексных проблем можно последовательно использовать разные по назначению
системы расчета, поскольку каждая из них имеет возможность обмена геометрическими
данными без потерь.
Для облегчения комплексного инженерного анализа
механических конструкций и оборудования предусмотрена специальная конфигурация
программного продукта, которая называется APM MDA (Multi Disciplinary Analysis)/
Она включает такие программные системы, как APM
Structure3D и APM TDA, и позволяет совместно
выполнять прочностной и термопрочностной расчет [3].
В работе [4]
показано, что смазочный слой весьма существенно влияет на процесс качения при
работе подшипника. Такой слой не только предотвращает непосредственный контакт
шара с поверхностью качения и таким образом предотвращает их от слипания,
уменьшает износ. Как известно, в современных подшипниках качения для напряжений
в месте контакта допускаются очень большие значения. Возникновение таких
высоких напряжений в месте контак- та объясняется тем, что вычисленная на
основании теории упругости площадь соприкосновения между шаром и опорой очень
мала, что приводит к большим концентрациям сил. Например в обычных стальных
подшипниках допускаются напряжения до 50000 кг/см2 . Присутствие слоя смазки в
месте контакта приводит к увеличению площади соприкосновения и более
равномерному распределению давления и этим несколько снижает величину
напряжения в металле. Как будет видно из данной работы, решение
гидродинамической задачи ненамного сложнее, чем в хорошо известной теории для
подшипников скольжения. Усложнения заключаются в том, что в данном случае слой
смазки находится под значительным давлением. Для качения шара оказывается
возможным найти решение, которое отвечает реальным условиям качения в шариковом
подшипнике [4].
Для более
быстрого расчета тепловых характеристик подшипников качения предложен
динамический расчет с использованием пакета Simulink.
Литература.
1. http://wapref.ru/referat_poljgepolqasyfsbew.html
.
2. http://cestamk.oml.ru/teplovoy_raschet
3. http://apm.ru/produkti/programmnie_kompleksi/prochnostnoy_i_teplovoy_analiz/
3.
ttp://elibrary.lt/resursai/Uzsienio%20leidiniai/Celiabinsk/2004_4/2004_4_11_2.pdf
Динамика качения шара с учетом нестационарного
слоя вязкой жидкости Г.А. Завьялов, О.Г.
Завьялов e–mail: Zavyalov@yandex.ru Южно–Уральский государственный университет,
г. Челябинск, Россия.