CC BY
18
Секция
«ПРОЕКТИРОВАНИЕ МАШИН И РОБОТОТЕХНИКА»
УДК 620.17
ВЗАИМОСВЯЗЬ ВРЕМЕНИ УСТАЛОСТНОГО РАЗРУШЕНИЯ С ПАРАМЕТРАМИ
КАЧАЮЩИХСЯ ТЕЛ В УСЛОВИЯХ КАЧЕНИЯ ПОД НАГРУЗКОЙ
А. И. Адамович*, Е. В. Кукушкин, В. А. Меновщиков
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
*E-mail: anatolyi.adamovich@mail.ru
На примере подшипников качения с различными параметрами тел качения рассмотрим признаки, по которым можно рассмотреть взаимосвязь времени и параметров тел качения на усталостное разрушение в условиях качения под нагрузкой.
Ключевые слова: усталостное разрушение, тело качения, нагрузка.
TIME RELATIONSHIP WITH PARAMETERS FATIGUE FAILURE SHAKES BODIES
IN THE ROLLING LOAD
A. I. Adamovich*, E. V. Kukushkin, V. A. Menovshikov
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: anatolyi.adamovich@mail.ru
In article, the example of rolling bearings with different parameters of the rolling elements, consider the signs by which one can see the relationship of time and the parameters of the rolling elements in the fatigue failure under the rolling load.
Keywords: fatigue failure, the body rolling, load.
Введение. Подшипники качения - это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики), работающие на основе трения качения [1]. В настоящее время проведено много исследований по усталостному разрушению тел качения. Выведены формулы. С учётом того, что подшипники качения стандартизированы и имеют точные данные их поведения под нагрузкой, интерес и необходимость продолжать исследования в данном направлении не исчерпаны. Проблема малоцикловой прочности элементов конструкций становится актуальной в 50-е годы в связи с развитием реактивной техники, атомной энергетики и созданием уникальных изделий и инженерных конструкций в различных отраслях машиностроения. В связи с различными процессами разрушения игольчатых подшипников при низких и высоких уровнях максимальных напряжений цикла, различаем два вида усталости: малоцикловую и многоцикловую. Малоцикловая усталость -усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упругопластическом деформировании. Многоцикловая усталость - усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит в основном при упругом деформировании.
Основная часть. Взаимосвязь времени усталостного разрушения с параметрами тел качения подшипника в условиях качения под нагрузкой может быть отслежена только в строго
Секция «Проектирование машин и робототехника»
заданных условиях. Главной особенностью динамики подшипника качения являются знакопеременные нагрузки. Нагрузки можно классифицировать на радиальную и осевую, динамическую и статическую. В совокупности эти нагрузки оказывают различное воздействие на тела подшипника и соответственно являются одной из основных причин появления усталостного разрушения. Усталостное разрушение тел качения и дорожек качения колец подшипника проявляется в виде усталостного выкрашивания рабочих поверхностей в виде раковин или отслаивания (шелушения), вследствие циклического контактного нагружения. Усталостное выкрашивание признано основным видом разрушения подшипников. Внешними признаками усталостного выкрашивания служат: появление зеркальных частичек в смазке; повышенная шумность в процессе работы механизма; чрезмерная вибрация валов при вращении. Одним из основных критериев работоспособности подшипников качения является долговечность на усталостное выкрашивание. Расчет на долговечность выполняется для подшипников, вращающихся с частотой вращения п > 10 об/мин-1. Невращающиеся подшипники или медленно вращающиеся рассчитывают на статическую грузоподъемность. Расчёт на контактные напряжения в деталях подшипников качения даёт точное понимание о распределении нагрузки между телами качения.
Методы расчета динамической грузоподъемности и эквивалентной динамической нагрузки и долговечности подшипников качения устанавливает ГОСТ 18855-94. На основе больших экспериментальных данных установлена зависимость между эквивалентной динамической нагрузкой для подшипника и его динамической грузоподъемностью. Эквивалентной динамической нагрузкой для радиальных и радиально-упорных подшипников качения называется такая постоянная радиальная нагрузка, которая при действии на подшипник с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным кольцом обеспечивает ту же долговечность, которую данный подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения. Динамической грузоподъемностью радиального и радиально-упорного подшипника качения называется такая постоянная радиальная нагрузка, которую группа идентичных подшипников при неподвижном наружном кольце сможет выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 миллион оборотов внутреннего кольца до появления признаков усталостного разрушения. Подшипники качения часто подвергаются совместному действию радиальной и осевой нагрузок; нагрузка может быть постоянной или сопровождаться толчками и ударами; вращаться может внутреннее или наружное кольцо; температура может быть нормальной, повышенной или пониженной. Все эти факторы влияют на работоспособность подшипников и должны учитываться при выборе приведенной нагрузки. Также эти факторы влияют и на длительность работоспособности подшипников.
Методы расчета статической грузоподъемности и эквивалентной статической нагрузки подшипников качения устанавливает ГОСТ 18854-94. «Невращающиеся» подшипники рассчитывают только по статической грузоподъемности. Подшипники, работающие при резко переменной нагрузке, при вращательном движении п > 10 об/мин-1, проверяют также на статическую грузоподъемность, как и подшипники, которые работают при малых числах оборотов и рассчитаны на небольшой срок службы. Для подшипников, работающих в режиме качательного движения, могут быть допущены большие нагрузки, чем статическая грузоподъемность подшипника. Часто подшипники предварительно выбирают по конструктивным соображениям. Тогда расчетом проверяют их долговечность (ресурс). Под номинальной долговечностью (расчетным сроком службы) понимают срок службы подшипников, в течение которого из данной группы подшипников при одинаковых условиях работы должны проработать не менее 90% без появления признаков усталости металла. Долговечность подшипника зависит от величины и направления действия нагрузки, частоты вращения, смазки и т. д., а также и от его динамической грузоподъемности. Расчетный ресурс подшипников в машинах определяется технико-экономическими показателями. Подшипники явились первой группой деталей, для которой был введен расчет на долговечность.
Заключение. Проведя анализ работ [1-6] со взаимосвязью времени усталостного разрушения с параметрами качающихся тел в условиях качения под нагрузкой, отметим, что усталостное разрушение тел качения зависит не только от способа их эксплуатации, но и от параметров тел качения, выбранных материалов, приведённой нагрузки. Такие необходимые расчёты, как расчёты на контактные напряжения; распределение нагрузки между телами; кинематику; потери
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2017. Том 1
на трение; статическую и динамическую нагрузки; долговечность; гидродинамический режим смазки подшипника. - помогут вывести данные, которые можно использовать для выбора оптимальных параметров тел подшипника к виду нагрузки, способствующих к более продолжительному противостоянию на усталостное разрушение, следовательно, и увеличению срока эксплуатации.
Библиографические ссылки
1. Бейзельман Р. Д., Цыпкин В. В., Перель Л. Я. Подшипники качения : справ. М. : Машиностроение, 1967.
2. ГОСТ 18854-94. Подшипники качения. Расчёт статической грузоподъёмности, эквивалентной статической нагрузке. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
3. ГОСТ 18855-94. Подшипники качения. Расчёт динамической грузоподъёмности, эквивалентной динамической нагрузке и долговечности. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
4. Беркович И. И., Громадский Д. Г. Трибология. Физические основы, механика и технические приложения : учебник для вузов / под ред. Д. Г. Громаковского ; Самар. гос. тех. ун-т. Самара, 2000. 268 с.
5. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., Ереско Т. Т. Анализ современных представлений и подходов при исследовании усталостных разрушений игольчатых подшипников // Решетневские чтения : материалы XVII Междунар. науч. конф. : в 2 ч. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 287-288.
6. Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А. Малоцикловая усталость игольчатого подшипника // Актуальные проблемы авиации и космонавтики : материалы IX Всерос. науч.-практ. конф. : в 2 т. / под общ. ред. Ю. Ю. Логинова ; Сиб. гос. аэрокосмич. ун-т. Красноярск, 2013. С. 154-155.
© Адамович А. И., Кукушкин Е. В., Меновщиков В. А., 2017
