Особенности рабочего процесса подшипников качения

Тела качения (шарики или ролики) в работающем подшипнике нагружаются далеко неравномерно. Применительно к радиальному подшипнику, нагруженному силой />, распределение усилий по шарикам представлено на рис. 13.6. Если учесть, что угол , где z — число шариков или роликов, то.

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Рис. 13.6. Распределение нагрузок на тела качения подшипника.

Здесь угол пу< 90°, а соответствующие силы вызывают пропорциональные местные деформации 5₀ шариков под воздействием силы F₀ и беговых дорожек колец подшипника 8| = 8₀cosy под воздействием силы Z⁷, и т. д. Для любого /-го из этих положений можно записать 5, = 5₀cos/'y. Исследованиями Штрибека установлено, что деформация для шарикоподшипников может быть 5i = cF?^} (меньше линейной), а для роликоподшипников 5i=cFj (линейная).

Тогда применительно к шарикоподшипнику получим cF?^y =c/^^2/3cos/'y или, сократив коэффициент пропорциональности с, имеем Подставив в выражение для радиальной силы, получим.

Обозначив , заметим, что эта величина почти не изменяется с изменением числа тел качения и практически для шарикоподшипников принимается К_г" 5, а для роликоподшипников K_z ~ 4. Тогда соответственно наибольшая нагрузка на шарик F₀ ~5F_r/z. а для ролика немного меньше Fq **4F_r/z. Именно этими силами и определяются действующие контактные напряжения между телами качения и беговыми дорожками внутреннего и наружного колец (обойм) подшипника, которые выражаются одной из зависимости Герца для контактирования по «точечному» соприкосновению для шарикоподшипников и вытянутому по «линии» для роликовых и игольчатых подшипников. В любом случае ббльшие контактные напряжения получаются на внутреннем кольце (внутренней обойме) подшипника качения вследствие взаимодействия выпуклостей тел качения с выпуклостью обоймы.

Поэтому более выгодной оказывается работа подшипника при вращении внутреннего кольца и закреплении наружного. Если оба кольца подшипника монтируются на вращающихся деталях, то целесообразно связывать внутреннюю обойму (кольцо) подшипника с более быстроходной деталью. Именно в этих случаях наиболее нагруженная точка контакта кольца с шариком или роликом все время меняется. Если «закреплено» внутреннее кольцо (рис. 13.7,/), то за каждый оборот это наиболее нагруженное место контакта а последовательно испытывает наибольшие напряжения от действия сил Р под каждым шариком или роликом. Очевидно, что чем меньше зазоры между беговыми дорожками колец и телами качения, тем больше пятно контакта, а значит, и меньшие действующие напряжения.

На рис. 13.7,// показан план линейных скоростей для работы подшипника в случае вращения наружного кольца, а на рис. 13.7, /// —.

Рис. 13.7. Работа сепаратора в подшипниках качения когда наружное кольцо закреплено и вращается внутреннее. В этом смысле подшипник можно уподобить как бы планетарному ряду, в котором внутреннее кольцо является своеобразным солнцем, наружное эпициклом, а сепаратор водилом, направляющим работу тел качения, или своеобразными сателлитами. Очевидно, что именно в кинематическом смысле более выгодно «вращение» внутреннего кольца при закрепленном наружном, так как при этом частота вращения и линейная скорость сепаратора меньше.

Шарики или ролики, особенно в массивных подшипниках средних и тяжелых серий, действуют на сепаратор и наружное кольцо значительными центробежными силами.

где т — масса шарика или ролика; со_с — угловая скорость сепаратора; г_ссп —средний радиус сепаратора; п_с — частота вращения сепаратора.

В упорных подшипниках центробежные силы способствуют «расклиниванию» его колец, повышая трение и износ, поэтому для таких опор скоростные режимы часто ограничиваются. Относительную частоту вращения л_шар тел качения можно определить по формуле (5.3в). Однако, считая, что п_а~п_ю{ для внутренней обоймы и п_ь л_нар для наружной обоймы, а к~ d_mp/d_w, можно получить.

Соответствующая этой частоте вращения угловая скорость со_шар = ⁼ ~20~ ^{совместно с} переносной скоростью сепаратора способствует появлению гироскопического момента шарика Л/_г = Уо)_шсо_с (здесь/момент инерции шарика или ролика). Это явление дополнительно утяжеляет работу особенно радиально-упорных подшипников.