CC BY
131
2009
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханик, прочность, поддержание летной годности ВС
№141
УДК 621.822
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО РАСЧЕТУ СТАТИЧЕСКОЙ И ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ ПОДШИПНИКОВ 914000 СЕРИИ ИЗ СТАЛЕЙ ШХ 15-Ш И 95 Х18-Ш
В.К. ХАРИНА
Статья представлена доктором технических наук, профессором Машошиным О.Ф.
В данной статье даются рекомендации по расчету грузоподъемности игольчатых подшипников 914000 серии. Ключевые слова: грузоподъемность, подшипник игольчатый, ресурсоспособность, коррозионностойкость.
Для изготовления игольчатых подшипников 914000, применяемых в предкрылках и закрылках ЛА, используется высокоуглеродистая хромистая сталь ШХ15-Ш и высокоуглеродистая нержавеющая сталь 95Х18Ш.
Расчетная долговечность подшипников, изготовленных из стали 95Х18Ш, немного меньше, чем из стали ШХ15Ш. Однако подшипники, изготовленные из 95Х18Ш, показали себя хорошо в каретках закрылков и предкрылков, т.к. одной из причин выхода их из строя является коррозия, вызванная воздействием атмосферной среды. Для увеличения ресурсоспособности подшипниковых узлов разработчику предлагается использовать подшипники из нержавеющей стали 95Х18. Некоторые позиции были заменены на подшипники из стали 95Х18 во время регламентных работ. По результатам испытаний срок работы таких подшипников оказался не менее, чем у подшипников из стали ШХ 15. Проведенный анализ применения игольчатых подшипников (914000 серии) в составе агрегатов изделий Ил-76, Ил-76 ТД, Ил-86, Ил-96-300, как объекта исследования, позволил подтвердить возможность использования подшипников в коррозионностойком исполнении с своевременной регламентной смазкой пластичным смазочным материалом ЭРА (ЦИАТИМ 221), имеющих большую долговечность, и обеспечивающих увеличение ресурсоспособности агрегатов вышеуказанных изделий. Данный выбор подшипников в коррозионностойком исполнении может быть уточнен по результатам испытаний агрегатов ЛА на испытательных стендах и в процессе эксплуатации.
Оптимальная твердость ШХ15Ш - ИЯС 62-64, что соответствует твердости деталей подшипников производства фирмы СКФ. Нержавеющие подшипники из стали 95Х18Ш обладают меньшей твердостью деталей - ИЯС 58-62 , но имеют достаточно высокую работоспособность в агрессивных средах.
Долговечность подшипников, установленных в предкрылках и закрылках, во многом зависит от качества поверхностного слоя деталей подшипника, работоспособность которых зависит от скорости развития усталостного выкрашивания (питтинга). Поверхностное выкрашивание характерно для материалов, которые использованы в узлах, подверженных циклическим контактным нагрузкам, действующим на малых участках поверхности. Предел износоустойчивости детали зависит не только от марки, химического состава и структуры материала, из которого была изготовлена деталь, но также от состояния поверхностного слоя деталей подшипника.
Свойства поверхностного слоя этих деталей определяются качеством материала, способом механической и термической обработки. Изучение состояния поверхностного слоя на деталях подшипников из стали ШХ15-Ш и 95Х18, а также анализ работоспособности подшипников в составе изделия и на испытательных стендах были проведены в ОАО ВНИПП. Одновременно проводился подробный анализ расчетов статической и динамической грузоподъемности игольчатых подшипников из вышеуказанных марок сталей, что дало возможность разработать рекомендации по расчету статической и динамической грузоподъемности.
Рекомендации по расчету статической и динамической грузоподъемности подшипников 914000 серии из сталей ШХ 15-Ш и 95 Х18-Ш
1. Определяется ориентировочная статическая разрушающая нагрузка на подшипник:
- для подшипников из стали ШХ 15-Ш
Р раз= 272 • 2 • 1 • 1р • ёр [кгс],
где 2 - количество роликов в подшипнике;
1 - количество рядов роликов в подшипнике;
1р - длина ролика, см; ёр - диаметр ролика, см;
272- коэффициент, характеризующий контактное напряжение разрушения;
- для подшипников из стали 95 Х18-Ш
Р раз= 202 • 2 • 1 • 1р • ёр [кгс].
2. Определяется допустимая разовая максимальная статическая нагрузка на подшипник:
Р доп.ст. 2/3 Р раз [кгс].
3. Определяется допустимая динамическая рабочая нагрузка на подшипник:
- для подшипников из стали ШХ 15-Ш
Сдин = Ц1 • 1р)7/9- 23/4Бх29/27 = 0,25Р раз [кгс];
- для подшипников из стали 95 Х18-Ш
Сдин = 0,7 £(1 • 1р)7/9- 23/4Бх29/27 = 0,7 Сдин шх = 0,25Р раз 95х18 [кгс].
4. Определяется долговечность подшипников из стали ШХ 15-Ш и 95 Х18-Ш
С — л10/3 — —
Ь = I I -L млн.об. ; > 0,8 ,
^ Р ) Б! ’ Р ’ ’
где ё1 - диаметр дорожки качения внутреннего кольца;
Б1 - диаметр дорожки качения наружного кольца.
-
При —р^ < 0,8 вводится Кб - коэффициент безопасности.
5. Определяется долговечность подшипника в часах работы:
Ь = — (—) —' [ч],
60п ^ Р ) Б1
где п - частота вращения подшипника об/мин.
Расчет напряжений в контакте игольчатого ролика с наружным кольцом (на основе роликоподшипников с цилиндрическими роликами). Напряжения и
деформации в местах контакта
В зависимости от характера контакта дорожки качения с телами качения различают точечный и линейный контакты. В нашем случае оба соприкасающихся тела имеют в осевом сечении одинаковую кривизну и, следовательно, в ненагруженном состоянии соприкасаются по прямой, поэтому мы можем считать этот контакт линейным. Линейный контакт имеет место во всех цилиндрических роликоподшипниках.
Основой контактного расчета игольчатых подшипников являются формулы Г ерца для определения напряжений между телами качения и кольцами под действием воспринимаемой
подшипником нагрузки. Для расчета используются данные о форме и величине контактных площадок, а также величина сближения контактирующих поверхностей. В зависимости от типа подшипника используются различные формулы
Рис. 1.Распределение напряжений при линейном контакте
Для игольчатых подшипников расчет Стах проведем по формуле
^ 2 1 р г -И
2 Г = 1, ~ ^ [ ]'
где ёр - диаметр ролика, мм;
Ян - диаметр дорожки качения наружного кольца;
£р - рабочая длина ролика;
рн - сумма кривизн соприкасающихся тел.
р
Ь = 105 10-5 ----V р
где Ь - половина ширины площадки соприкосновения, мм
Н ■
Оп
V р.-
1 р
Определяем СТ разрушающую для подшипников 914000 серии по статическим испытаниям. Подшипник 914703
2
21
V Рн =^7_^7 = 7,649[ мм-1];
0,25 2,85
аШах = 606 6300...84007,649 = 105830...122204 кг/см2.
1,58
Подшипник 914803
V Рн
2
1
0,25 2,85
= 7,649;
13700...15800_ / 2
СТщах = 606 ---------------7 649 = 152026.. .167600 кг/см .
V 1,58
Подшипник 914904
У рН = —------— = 7,718
^ 0,25 3,54
аШах = 606 14900 - 212007,718 = 163489...195013 кг/см2.
1,58
Подшипник 914604
21
У рН =----------= 2,706[ мм-1]
^ИН 0,4 0,436
аШах = 606 |14900 . 212002,706 = 163489.195013 кг/см2.
V 1,86
Примеры расчета игольчатых подшипников 914000 серии
Подшипник 914604К1 (из стали ШХ15 - Ш).
1. Рраз= 272 • 2 • 1 • 1р • ёр = 272 • 42 • 1 • 1,88 • 0,3 = 17270 кгс
В эксперименте Р раз = 17000 кгс шт
2. Рдоп.ст.= 2/3 • 17270 = 11500 кгс;
3. Сдин = 4250 кгс = 25% Р раз = 0,25 • 17270 = 4318 кг
а=2000
42-1,88-0,3
(С У0/3 d
4. ь = I | = 342200 об/мин. ,
I Р ) О!
С 4250 Р
где =------------- = 0,80 ; Кб = 1,2; ------ = 1,25 перегрузка.
Р 5300 СдИн
Подшипник 914604К1 (из стали 95Х18 - Ш).
1. Р раз= 202 • 2 • 1 • 1р • ёр = 202 • 42 • 1 • 1,88 • 0,3 = 10446 кгс
В эксперименте Р раз = 10500 кгс шт
2. Р Доп.ст= 2/3 • 10446 = 6960 кгс;
3. Сдин = 0,7 • 4250 кгс = 2975 кгс
4. Сдин = 0,25 10446 = 2611 кгс
5. а=2000.
2611 : 2975 _ 21000 + 22400 кг/мм2
42-1,88 - 0,3
(С У0/3 _
6. ь = I | = 56850 об/мин ,
I Р ) О1
С 2975
где =---------------= 0,56 ; Кб = 1,8 : 2,5
Р 5300
Р
Принимаем Кб = 2,2; ------- = 1,78 перегрузка.
Сдин
Таким образом расчеты статической и динамической грузоподъемности подшипников 914000 серии, из применяемых в подшипниковой промышленности сталей, выполненные в соответствии с данными рекомендациями подтверждаются экспериментально.
ЛИТЕРАТУРА
1. Евсеев Д.Г. и др. Влияние упрочняющей механической обработки на состояние поверхностного слоя роликов подшипников / Труды института. - М.: ВНИПП, 1988.
2. Спришевксий А.И. Подшипники качения. - М.: Машиностроение, 1989.
3. Спришевксий А.И. Повышение износостойкости и срока службы подшипников качения. - М.: Машиностроение, 1989.
4. Качанов Н.Н., Спришевский А.И., Чистяков А.С. О процессах, протекающих в поверхностных слоях изделий / Труды института. - М.: ВНИПП, 1964.
RECOMMENDATIONS FOR CALCULATIONS OF STATIC AND DYNAMIC CARRING CAPACITY FOR 914000 TYPE NEEDLE ROLLER BEARINGS FROM DIFFERENT STEELS
Kharina V.K.
This article has recommendations for static and dynamic carrying capacity calculations for 914000 type needle roller bearings.
Сведения об авторе
Харина Вера Константиновна, окончила МЭИ (1982), старший преподаватель МГТУ ГА, автор 3 научных работ, область научных интересов - техническая эксплуатация, повышение долговечности подшипниковых узлов авиационной техники.
