что такое ресурс работы подшипника качения

Расчет ресурса подшипника

Подписка на рассылку

Расчет ресурса подшипника необходим для определения допустимого срока службы в условиях определенного режима работы и совокупности нагрузок. Ресурс относится к понятию работоспособности подшипниковых узлов, расчетами которой занимаются заводы-изготовители, конструкторские бюро и научно-исследовательские институты для определения наиболее подходящих конструкций, типов и габаритов изделий. Расчеты ресурса подшипников качения и скольжения существенно отличаются и это обусловлено разными принципами внутреннего трения.

Ресурс подшипника определяется зависимостью расчетного срока службы (долговечности) от контактной усталости (начала разрушения). Расчетный срок службы ― это период времени, в ходе которого не менее 90% партии подшипников работают в одинаковых условиях без возникновения признаков усталости. Расчеты начинаются с определения:

Обобщенные теоретические формулы доступно демонстрируют зависимость срока службы подшипника качения от нагрузок:

Практические расчеты ресурса выполняются по более сложным формулам и требуют уточненных исходных данных:

По значению расчетного ресурса конструкторы узлов профильного оборудования подбирают ту или иную модель соответствующего подшипника. Ресурс выражается в часах или миллионах оборотов.

Расчет подшипников на прочность

Характеристика контактной прочности показывает способность материала элементов подшипника выдерживать значительные напряжения на площади соприкосновения. Поскольку в подшипниках качения контакт точечный (в шариковых) или линейный (в роликовых) эта площадь стремится к нулю, соответственно, значения контактных напряжений сильно возрастают. Даже статическая нагрузка имеет значительное влияние на работоспособность подшипников и способна нарушить их геометрию.

Расчет прочности комплектующих подшипников относится к теоретическому разделу физики “сопротивление материалов”. Помимо теории, современные научно-практические исследовательские центры ведущих подшипниковых производителей на основе стандартов ISO занимаются исследованием прочности и ресурса подшипников, используя высокоточное компьютеризированное оборудование, специальные стенды, имитирующие разные нагрузки.

Расчет подшипников скольжения более усложнен ввиду внутреннего гидродинамического трения, постоянного износа втулки и цапфы, из-за чего меняются зазор и значения контактного давления.

Расчет эксплуатационного ресурса подшипников скольжения сводится к следующему алгоритму:

Согласно формулам и графикам, делают также обратные расчеты, когда по исходному ресурсу подбираются габариты подшипников, допустимая грузоподъемность, а также материал цапфы/втулки.

Источник

Долговечность подшипников

Под долговечностью подшипников качения понимают число оборотов или число рабочих часов при постоянной частоте вращения, которое совершит подшипник до появления первых признаков усталостного разрушения на одном из своих колец, дорожках или телах качения. В том случае, если учитывается только усталость на рабочих поверхностях подшипника, нужно придерживаться следующих условий:

Номинальная долговечность подшипников

Под номинальной долговечностью отдельного подшипники или отбора образцов одинаковых подшипников работающих при равных условиях работы, заключается в сроке службе равной уровню надежности не менее 90%. Средний срок службы партии подшипников намного выше номинальной долговечности. Номинальная долговечность подшипника выражается в L10 (миллионы оборотов) или L10h (рабочие часы). Значение L10 можно подсчитать, применяя уравнение:

В 1997 году фирмой Schaeffler Group Industrial был введен метод pасчетa достижимой долговечности. Этот метод сначала вошел в состав норм DIN ISO 281, Приложениe 1, a с 2007 года является составной частью международных стандартов ISO 281. При разработке международных норм коэффициент долговечности aDIN был переименован в aISO, расчет жe вследствие этого не изменился.

Теория усталости в качестве основного положения
Основой принятого стандартом ISO 281 метода расчета долговечности является теория усталости материалов Лундберга и Палмгрена (Lundberg and Palmgren), согласно которой долговечность всегда имеет предел. Срок службы современныx высококачественныx подшипников при благоприятных условиях эксплуатации может значительно превосходить рассчитанные значения номинальной долговечности. Иоаннидис и Харрис (Ioannides and Harris) разработали для этого модель усталости в контакте качения, которая является дальнейшим развитием теории Лундберга/Палмгрена и более точно описывает возможности современных подшипников.

При расширенном расчете по методу достижимой долговечности учитываются следующие факторы:

Влияние этих факторов, в особенности загрязнений, является комплексным. Для точной оценки необходим очень большой опыт. Поэтому за консультациeй рекомендуется обращаться в нашу инженерную службу.

Подбор размера подшипникa качения
Необходимый размер подшипника качения зависит от следующих требований:

Динамическая грузоподъемностьи долговечность
Мерой несущей способности подшипника в динамическом режиме являeтся динамическaя грузоподъемность. Динамическaя грузоподъемность базируeтся на DIN ISO 281. Значения динамической грузоподъемности подтверждeны опытом практической эксплуатации подшипников качения и согласованы с данными грузоподъемности подшипников, опубликованными в более ранних каталогах FAG и INA.
Динамическaя грузоподъемность подшипника определяeтся усталостной выносливостью материала.
Несущая способность подшипника в динамическом режиме описывается посредством динамической грузоподъемности и номинальной долговечности.
Усталостная долговечность зависит:

Для вращающихся подшипников качения принятa динамическaя грузоподъемность C.
Она равна:

Динамическая грузоподъемность C — это нагрузка постоянной величины и направления, при которой достаточно большое количество одинаковых подшипников достигают номинальной долговечности в один миллион оборотов.

Методы pасчетa долговечности
Для расчета долговечности используются следующие методы:

Нагрузка предела усталости Нагрузка предела усталости Cu согласно ISO 281 определена как нагрузка, ниже которой в лабораторных условиях не возникает усталость материала.

Коэффициент загрязнения в формуле долговечности
Коэффициент загрязнения eC учитывает влияние загрязнений в смазочном слое на долговечность подшипника.
Сокращениe долговечности вследствие наличия в смазочном слое твердых частиц зависит:

Комплексный характер взаимозависимости этих факторов позволяет привести лишь приблизительные оценочные значения. Данные в таблице относятся к загрязнениям в виде твердых частиц. Не учитываются другие виды загрязнений, такие как вода и прочие жидкости. При сильном загрязнении (eC >0) подшипники могут выйти из строя вследствие износа. В таком случае срок службы окажется гораздо короче расчетной долговечности.

Эквивалентные значения параметров переменных режимов работы
В формулax расчета долговечности нагрузка на подшипник P и частота вращения n предполагаются постоянными.
Если значения нагрузки и частоты вращения непостоянны, то могут быть рассчитаны их эквивалентныe значения. Эквивалентные значения вызывают ту же усталость материала, что и реально действующие нагрузки.
Рассчитанные ниже эквивалентные значения параметров уже учитывают коэффициенты a3 или aISO.
При расчете скорректированной или достижимой долговечности повторно их учитывать не следует.

Срок службы подшипника
Срок службы — это долговечность, достигнутая подшипником при eго эксплуатации. Он может заметно отличаться от расчетной долговечности.
Возможные причины — износ или усталость вследствие:

Из-за разнообразия условий при монтаже и эксплуатации срок службы подшипника не может быть точно рассчитан. Наиболее достоверно его можно оценить путем сравнения с подобными случаями применения.

Осевая грузоподъемность радиальных цилиндрических роликоподшипников
Радиальные цилиндрические роликоподшипники с одним или с двумя бортами в дополнение к радиальным нагрузкам могут воспринимать также осевые нагрузки в одном или в двух направлениях.
Осевая грузоподъемность зависит:

Борта колец подшипника, несущие нагрузку, должны иметь опору по всей высоте.
Превышать допустимую осевую нагрузку Faper запрещается, чтобы не допустить чрезмерно высокого нагрева.
Во избежание недопустимых контактных напряжений нельзя превышать предельную осевую нагрузку Famax.
Cooтношение Fa/Fr не должно превышать значение 0,4.
Для подшипников в исполнении TB допустимо значение 0,6.
Постоянная осевая нагрузка при одновременном отсутствии радиальной нагрузки не допускается.

Подшипники в исполнении TB
У таких подшипников благодаря новым методaм расчета и изготовления была существенно повышена осевая грузоподъемность.
Специальное профилирование торцов роликов обеспечивает оптимальные условия иx контакта c опорным торцом борта. Благодаря этому осевые контактные напряжения существенно снижаются, и достигается образование более стойкой масляной пленки. При обычных условиях эксплуатации износ и усталость упорныx торцов бортов и торцов роликов полностью исключаются. Момент трения, вызванный осевой силой, снижается на величину до 50%. Вследствие этого подшипник значительно меньшe нагреваeтся.

Статическая грузоподъемность
При высокой постоянной или ударной нагрузке возможно возникновение пластическиx деформаций на дорожкax и телax качения. Такие деформации, соотносимые с допустимым уровнем шума при работе подшипника, ограничивают статическую грузоподъемность этого подшипника.
Размеры подшипников, не совершающих вращательных движений, или с редкими вращениями, подбираются по статической грузоподъемности C0.
Она определена согласно DIN ISO 76:

Статическая грузоподъемность C0 – это нагрузка, при которой контактные напряжения по Герцу в самом нагруженном месте контакта роликoв и дорожeк качения достигают:

Такая нагрузка при стандартных условиях контакта вызывает в местах контакта остаточную деформацию, приблизительно равную 1/10 000 диаметра телa качения.

Запас статической грузоподъемности
Дополнительно, при подборе размера подшипника по усталостной долговечности целесообразно проверить запас статической грузоподъемности.

Номинальная долговечность подшипников

Под номинальной долговечностью отдельного подшипники или отбора образцов одинаковых подшипников работающих при равных условиях работы, заключается в сроке службе равной уровню надежности не менее 90%. Средний срок службы партии подшипников намного выше номинальной долговечности. Номинальная долговечность подшипника выражается в L10 (миллионы оборотов) или L10h (рабочие часы). Значение L10 можно подсчитать, применяя уравнение:

Если частота вращения подшипника постоянна, вычисление номинального ресурса зачастую удобнее производить в рабочих часах по формуле:

В таблице 1 приведены значения номинальной долговечности подшипника L10

(в миллионах оборотов) с учетом соотношения C/P. В таблицах 1.1 и 1.2 приведены, соответственно, для шарико- и роликоподшипников, значения номинальной долговечности подшипника L10h (в рабочих часах), с учетом соотношения C/P и высокой скорости.

При определении размеров подшипника нужно обосновывать расчеты на номинальном ресурсе соответствующем эффективной эксплуатации. Обычно это зависит от типа машины, требуемого срока службы и условий, касающихся безопасности в эксплуатации.

Источник

Что такое ресурс работы подшипника качения

ГОСТ 18855-2013
(ISO 281:2007)

Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс

Rolling bearings. Dynamic load rating and rating life

________________
* Поправка. (ИУС 8-2020).

Дата введения 2015-07-01

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Инжиниринговый центр ЕПК» (ООО «ИЦ ЕПК»)

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 307 «Подшипники качения»

3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации по переписке (протокол от 27 сентября 2013 г. N 59-П)

За принятие стандарта проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97

Сокращенное наименование национального органа по стандартизации

Минэкономики Республики Армения

Госстандарт Республики Беларусь

Госстандарт Республики Казахстан

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей.

Международный стандарт разработан подкомитетом ISO/TC 4/SC 8 «Грузоподъемность и ресурс» технического комитета по стандартизации ISO/TC 4 «Подшипники качения» Международной организации по стандартизации (ISO).

Перевод с английского языка (en).

Официальные экземпляры международного стандарта, на основе которого разработан настоящий межгосударственный стандарт, и международных документов, на которые даны ссылки, имеются в Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии.

Ссылки на международные стандарты, которые приняты в качестве межгосударственных стандартов, заменены в разделе «Нормативные ссылки» и тексте стандарта ссылками на соответствующие модифицированные межгосударственные стандарты.

Ссылки на международные стандарты, которые не приняты в качестве межгосударственных стандартов, заменены в разделе «Нормативные ссылки» и тексте стандарта ссылками на соответствующие межгосударственные стандарты.

Информация о замене ссылок с разъяснением причин их внесения приведена в приложении Г.

5 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 08 ноября 2013 г. N 1382-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 июля 2015 г.

ВНЕСЕНЫ: поправка, опубликованная в ИУС N 3, 2019 год; поправка, опубликованная в ИУС N 8, 2020 год

Поправки внесены изготовителем базы данных

Введение

Часто бывает нерационально обосновывать пригодность подшипника для конкретных условий применения путем испытания достаточного количества подшипников при данных условиях. В этом случае ресурс, как он определен в 3.1, является первейшим показателем соответствия условиям применения. Поэтому расчет времени безотказной работы рассматривается как подходящая и целесообразная замена испытаний. Целью настоящего стандарта является создание необходимой основы для расчета ресурса.

С момента последнего опубликования стандарта были приобретены дополнительные знания о влиянии на ресурс подшипника загрязнений, условий смазки, внутренних напряжений при монтаже, напряжений от термообработки и т.д. В настоящем стандарте представлен практический метод учета влияния на ресурс подшипника условий смазки и загрязнения смазочного материала.

Расчеты в соответствии с данным стандартом не дают удовлетворительных результатов для подшипников, работающих в таких условиях применения и/или с такой внутренней конструкцией, которые вызывают значительное уменьшение зоны контакта между телами качения и дорожками качения. Так, например, результаты модифицированного расчета неприменимы к шариковым подшипникам с пазом для ввода шариков, который значительно вступает в зону контакта шарик/дорожка качения, когда в условиях применения на подшипник действует осевая нагрузка. В этих случаях следует проконсультироваться у изготовителей подшипников.

Коэффициенты модификации ресурса по вероятности безотказной работы были незначительно изменены и распространены до 99,95% вероятности безотказной работы.

В настоящем стандарте вместо ссылки на ISO/TR 8646 используется ссылка на ISO/TR 1281-1, который заменяет указанный документ.

1 Область применения

Настоящий стандарт устанавливает методы расчета динамической грузоподъемности подшипников качения в диапазоне размеров, приведенных в соответствующих стандартах на типы и размеры, изготовленных из современной, обычно применяемой закаленной подшипниковой стали хорошего качества, в условиях хорошо налаженного производства и имеющих обычную конструкцию и формы контактных поверхностей качения.

Настоящий документ также устанавливает методы расчета номинального ресурса, соответствующего 90% вероятности безотказной работы при применении широко используемого материала хорошего качества при хорошем качестве изготовления в нормальных условиях эксплуатации. Кроме того, настоящий документ устанавливает методы расчета модифицированного ресурса с учетом различных значений вероятности безотказной работы, условий смазки, загрязненности смазочного материала и предела усталостной нагрузки подшипника.

Влияние износа, коррозии и электроэрозии на ресурс подшипника в данном стандарте не рассматривается.

Настоящий документ не применим к конструкциям, тела качения в которых воздействуют непосредственно на поверхности вала или корпуса, если эти поверхности не эквивалентны во всех отношениях дорожкам качения колец подшипника, которые они заменяют.

Двухрядные радиальные и радиально-упорные подшипники и двойные упорные и упорно-радиальные подшипники рассматривают в данном стандарте как симметричные.

Дополнительные ограничения в отношении отдельных типов подшипников включены в соответствующие разделы.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие нормативные документы:

ГОСТ 24955-81 Подшипники качения. Термины и определения

ГОСТ 18854-2013 Подшипники качения. Статическая грузоподъемность

ISO 15241:2012 Подшипники качения. Обозначение величин*

* Действует до введения ГОСТ, разработанного на основе ISO 15241. Перевод стандарта имеется в ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ».

ISO/TR 1281-1:2008 Подшипники качения. Пояснительная записка к ISO 281. Часть 1. Базовая динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс*

* Перевод документа имеется в ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ».

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 24955, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 ресурс (life): Число оборотов конкретного подшипника качения, которое одно из колец подшипника совершает относительно другого кольца до появления первых признаков усталости материала одного из колец или одного из тел качения.

3.2 вероятность безотказной работы (reliability): Процентная доля группы предположительно идентичных подшипников качения, работающих в одинаковых условиях, которые, как ожидается, достигнут или превысят определенный ресурс.

3.3 расчетный ресурс (rating life): Ожидаемое значение ресурса, основанное на динамической радиальной грузоподъемности или динамической осевой грузоподъемности.

3.4 номинальный ресурс (basic rating life): Расчетный ресурс, соответствующий 90% вероятности безотказной работы для подшипников, изготовленных из широко используемого материала хорошего качества, при хорошем качестве изготовления и работающих в нормальных условиях эксплуатации.

3.5 модифицированный ресурс (modified rating life): Расчетный ресурс, модифицированный в соответствии с 90%-ной или другой вероятностью безотказной работы, пределом усталостной нагрузки подшипника, особыми свойствами подшипника, загрязнением смазочного материала или другими специфическими условиями эксплуатации.

3.6 динамическая радиальная грузоподъемность (basic dynamic radial load rating): Постоянная неподвижная радиальная нагрузка, которую подшипник качения теоретически может выдерживать в течение номинального ресурса в один миллион оборотов.

3.7 динамическая осевая грузоподъемность (basic dynamic axial load rating): Постоянная центральная осевая нагрузка, которую подшипник качения теоретически может выдерживать в течение номинального ресурса в один миллион оборотов.

3.8 динамическая эквивалентная радиальная нагрузка (dynamic equivalent radial load): Постоянная неподвижная радиальная нагрузка, под воздействием которой подшипник качения будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

3.9 динамическая эквивалентная осевая нагрузка (dynamic equivalent axial load): Постоянная центральная осевая нагрузка, под воздействием которой подшипник качения будет иметь такой же ресурс, как и в условиях действительного нагружения.

3.11 диаметр ролика (roller diameter): Теоретический диаметр в радиальной плоскости, проходящей через середину симметричного ролика.

Источник

Подшипники в России

Продажа подшипников в России. Поставщики. Советы при покупке подшипников. Цены. Каталоги. Производители. Импортные и отечественные.

Отдел продаж +7(499) 322 93 30
Почта для заявок: samip@bearingshop.ru

Долговечность подшипников

Данная статья является обзорным материалом для получения общих сведений относительно этого наиважнейшего параметра, который существенно влияет на стоимость эксплуатации и ремонта машин, станков и других механизмов. В случае, если Вы хотите произвести расчет долговечности — необходимые таблицы и формулы представлены здесь.

Под долговечностью подшипников качения или скольжения подразумевается по упрощенной схеме время работы изделия в часах работы или, что более правильно и точно — в количестве оборотов, которое совершит одно кольцо относительно другого, находясь в установленном в оборудовании состоянии в 90 % всех испытуемых подшипников без появления признаков усталости материала. Действительная средняя долговечность, достигаемая 40 % всех подшипников, примерно в 5 раз больше. Это параметр зависит от очень большого числа факторов — не только конструкции и теоретически рассчитанных показателей, но, в большей степени, от качества самого изделия, того насколько правильно был выбран тип для монтажа в тот или иной узел. Чрезвычайно важно то, насколько правильно был смонтирован подшипник, до сих пор можно видеть, как некоторые слесаря и механики просто бьют молотком по обойме для того, чтобы подшипник сел на вал, при этом зачастую допускаются перекосы. Наличие овальности и конусности посадочных мест, напрессовка подшипников с перекосом вызывают ослабление посадки и повышенный износ посадочных мест и подшипников. Поэтому очень важно, чтобы конструкция оправки обеспечивала равномерную нагрузку на торец запрессовываемого кольца и посадку без перекоса. Оправка или подставка должны обеспечить центрирование кольца и изделия. При работе подшипник должен быть в смазанном состоянии, недопустима его работа при температурах, не подходящих для данного типа и для используемой смазки.

Долговечность подшипника качения зависит от величины, направления и характера действующих на него нагрузок, числа оборотов и от того, какое из его колец вращается — внутреннее или наружное.

Долговечность правильно подобранного и установленного подшипника крайне сильно зависит от качества продукции. Если раньше все выпускалось по ГОСТу, качество тщательно контролировалось государством, то сейчас абсолютно любая фирма, заручившись документами и сертификатами, выдаваемыми коммерческими структурами, может назвать себя «заводом», а фактически лишь проставляет свое клеймо на готовых изделиях, как правило NONAME, выпускающихся на заводах, часто с полукустарными методами работы, расположенных в Китае или других странах Юго-Восточной Азии. Распространение получили и контрафактные подшипники, когда на самую дешевую и низкокачественную продукцию наносится клеймо действующего завода. Потребитель, знающий о качестве продукции того или иного предприятия, вводится в заблуждение, долговечность купленного подшипника серьезно уступает оригинальному. Несмотря на то, что цена обычно ниже (на что и покупаются малоопытные потребители), финансовые потери от распространения и приобретения подделок бывают очень значительными.

Ниже приведены примерные показатели долговечности качественных подшипников качения зарекомендовавших себя марок.

Таблицы ориентировочной долговечности подшипников качения

Таблица для оборудования, в часах

Таблица для транспорта в километрах пробега

Еще раз напоминаем, что долговечность подшипников очень сильно зависит от качества и правильности установки. Если тот или иной подшипник не оправдал ожиданий его долговечности, а в правильности монтажа Вы уверены абсолютно, то возможно Вам лучше всего поискать другого поставщика — лучше всего обратиться к одному из официальных представителей заводов-изготовителей, которые все собраны на нашем сайте.

Источник