CC BY
20
УДК 621.22
АНАЛИЗ СИЛ СОПРОТИВЛЕНИЙ КАЧЕНИЮ ИГОЛЬЧАТЫХ ПОДШИПНИКОВ,
РАБОТАЮЩИХ ПОД НАГРУЗКОЙ
Е. В. Кукушкин, В. А. Меновщиков, О. В. Семенуха*
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: semenukha.cool@mail.ru
Проведен анализ сил сопротивлений качению игольчатых подшипников, работающих под нагрузкой, в результате было выявлено, что перекос игл существенно влияет на сопротивление качению под нагрузкой. Перекос игл вызывает проскальзывание тел качения в контакте, что, повышает сопротивление движению, а увеличение нагрузки увеличивает сопротивление движению. Было установлено, что скольжение в осевом и радиальном направлениях приводит к росту величин сопротивления.
Ключевые слова: сила сопротивления, игольчатый подшипник, качение под нагрузкой.
ANALYSIS OF FORCES OF RESISTANCES TO WOOBLING OF NEEDLE-SHAPED BEARING, WORKING ON-LOADING
E. V. Kukushkin, V. A. Menovshchikov, O. V. Semenukha*
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: semenukha.cool@mail.ru
The article analyzed the forces of rolling resistance of needle bearings operating under load, as a result, it was found that the misalignment of needles significantly affects the rolling resistance under load. The misalignment of the needles causes sliding of the rolling elements in contact, which increases the resistance to movement, and the increase in load increases the resistance to movement. It was found that sliding in the axial and radial directions leads to an increase in the resistance values.
Keywords: force of resistance, needle bearing, rolling under load.
Введение. На протяжении многих лет игольчатые подшипники являются важной частью механизмов различных машин. А именно, они применяются в редукторах, осевых опорах, шкивах, шестеренчатых насосах, двигателях, трансмиссиях автомобилей и во многих других современных машинах. Игольчатые подшипники используются в условиях значительных радиальных и осевых нагрузок. В качестве тел качения применяют цилиндрические иголки, с отношением l / d > 3 [1].
Долговечность и грузоподъемность подшипников зависит от влияния сил сопротивления под нагрузкой. Под воздействием этих сил происходит разрушение подшипника, т. е. бринелли-рование. В этом направлении было проведено много исследований, но вопрос остаётся не до конца изученным [2].
Основная часть. При работе подшипника сопротивление вращению складывается из трения между иглами и дорожками качения колец подшипника, состоящего, в свою очередь, из трения качения и дополнительного трения скольжения, возникающего на площадках контакта [3].
Это является следствием: сдвиговых деформаций материала; неравенства окружных скоростей; трения тел качения в ячейках сепаратора; вязкого сопротивления смазочного материала.
Сопротивление вращению в подшипниках качения зависит от размеров и конструкции подшипника, точности изготовления и качества рабочих поверхностей, нагрузки, скорости враще-
ния, количества и свойств смазывающего масла, способа смазки, температуры подшипникового узла.
Перекос игл вызывает проскальзывание тел качения в контакте, что, как известно, повышает сопротивление движению (рис. 1). При приложении силы Ртах происходит движение микрообъема материала, и часть материала вытесняется из зоны контакта (рис. 2), в результате реакция силы основания р смещается в сторону движения. В этом случае условие равновесия определиться моментом от силы р, равном Руи и моментом от силы Р", равном Р"А. При выполнении условия: Руи > Р"А в контакте наблюдается качение; Руи < Р"А в контакте наблюдается скольжение.
Рис. 1. Схемы поворота шипа крестовины при передаче вращающего момента в пределах радиального зазора 5 на угол у и нагружения элементов шарнира при передаче вращающего момента: а - со стороны ведущей вилки; б - со стороны ведомой вилки
Рис. 2. Схема действия сил в контакте при наличии деформации
Для реализации данного условия и его решения необходимо определить размер площадки контакта С2, расстояние к приложения нагрузки р и угол действия а данной силы. Согласно решения контактной задачи Галина, длина участка С2 можно определить по формуле (с учетом пластической деформации в контакте)
Результаты экспериментального определения сопротивления движению иглы в зависимости от величины перекоса приведены на рис. 3, б. Кривая 1 соответствует испытанию при ПБ = 640 мии-1, кривая 2 при ПБ = 200 мии-1. Кроме того, даны кривые зависимости общего сопротивления движению от нагрузки (рис. 3, а) при ПБ = 200 мии-1, кривая 3 и при ПБ = 640 мии-1 кривая 4.
И '_ кг1 Им
Л', Ю-1 Им
¿ ¿11 -- 4 —1 1—
►—
*
100 200 300
400
Т Им О 0,5 1 0 1,5 2.0 2,5
б
а
Рис. 3. Графики результатов эксперимента: а - оценка зависимости сопротивления от нагрузки; б - оценка зависимости сопротивления от угла перекоса
Из анализа графиков следует, что перекос игл оказывает существенное влияние на сопротивление движению. Последнее растет до максимума, когда перекос игл достигает 2°50', после чего сопротивление остается примерно постоянным. Это вызвано тем, что при перекосе, большем 2°, кинематика иглы не меняется и проскальзывание не увеличивается.
На рис. 4, а, б показаны осциллограммы записи общего момента сопротивления движению иглы в рабочей зоне подшипника.
I ]0ны = 2 1(Г1Нн ч/ = 2"3аг п = 640 мин"1 М^ = 350 Нм Г = 20 Гц
"-1 [0мм = 2-10 Нм
Ч/ = 1" й = 640 ынн 1
Мч,=350Нм Г = (150-170) Гц
аб Рис. 4. Осциллограммы общего момента сопротивления иглы
На осциллограмме хорошо видно, что момент сопротивления на режиме с высокочастотным нагружением, обеспечивающим малый угол перекоса = 1 °, значительно меньше, чем при низкочастотном нагружении и = 2°36 . По приведенным на рис. 5 кривым 3, 4 зависимости сопротивления от нагрузки видно, что увеличение нагрузки увеличивает сопротивление движению.
Заключение. Проведя анализ исследований [1-5], рассмотрены силы сопротивления качению игольчатых подшипников под нагрузкой, стоит заметить, что перекос игл довольно существенно влияет на сопротивление под нагрузкой. Было установлено, что скольжение в осевом и радиальном направлениях приводит к росту величин сопротивления. В заключении хотим отметить, что недооценка сил сопротивления при расчете, проектировании и эксплуатации приводит к быстрому износу, сокращению срока службы и низкому ресурсу игольчатых подшипников.
Библиографические ссылки
1. Меновщиков В. А., Ереско С. П. Перекашивание тел в зоне силового контакта подшипника качения и его влияние на начальную остаточную деформацию // Проблемы машиностроения и автоматизации. 2006. № 4. 134 с.
2. Меновщиков В. А., Ермаков И. В. Влияние нарушения кинематики движения тел качения на сопротивление движению // Вестник КрасГАУ. 2010. №12. 334 с.
3. Решетов Д. Н. Детали машин. М. : Машиностроение, 1989. 496 с.
4. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Вопросы формирования усталостных трещин в материалах игольчатых подшипников карданных шарниров // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы X Всерос. науч.-практ. конф. / СибГАУ. Красноярск, 2014. С. 148-150.
5. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Основные направления развития, улучшения и совершенствования рабочих характеристик карданных передач на игольчатых подшипниках // Ре-шетневские чтения : материалы XVI Междунар. науч. конф. : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова / Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2012. С. 254-256.
© Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Семенуха О. В., 2017
