Взаимодействие торцов роликов и борта кольца конического роликоподшипника при гидродинамическом контакте
- Авторы: Бражникова А.М.1, Клебанов Я.М.1
-
Учреждения:
- Самарский государственный технический университет
- Выпуск: Том 1 (2023)
- Страницы: 326-327
- Раздел: Теоретическая и прикладная механика
- URL: https://journals.eco-vector.com/osnk-sr2023/article/view/340820
- ID: 340820
Цитировать
Полный текст
Аннотация
Обоснование. В подшипниках качения при работе возникает проскальзывание между телами и дорожками качения. В роликовых подшипниках проскальзывание наблюдается также и в торцевых контактах роликов и бортов колец. Оно оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики подшипников [1, 2].
Методы. Процессы износа подшипников качения рассмотрены, в частности, в работах [3, 4]. В этих и в других работах для описания износа подшипников использовался закон Арчарда [2]. Принимая также этот закон, запишем его в виде [4]
,
где h — глубина износа, H — твердость по Мейеру, k — коэффициент износа, p — контактное давление, v — скорость скольжения.
Хорошо известно, что толщина масляной пленки оказывает критическое влияние на контактный износ рабочих поверхностей подшипников. Однако в литературе не представлены какие-либо исследования, устанавливающие количественную зависимость между коэффициентом износа и параметром масляной пленки. Вместе с тем детально исследовано влияние толщины пленки на ресурс подшипника. Такая зависимость предложена, в частности, в работе [5]. Полагая, что долговечность обратно пропорциональна коэффициенту износа [6] и используя результаты работы [4], нетрудно получить зависимость коэффициента износа от параметра масляной пленки. Она показана на рисунке 1. Эта зависимость соответствует известным экспериментальным данным [4], согласно которым диапазон изменения коэффициента износа подшипниковой стали при гидродинамическом трении укладывается в диапазон от1 · 10–11 до 5 · 10–10.
Рис. 1. Зависимость коэффициента износа от параметра масляной пленки
Результаты. В качестве примера рассмотрен расчет износа в торцевом контакте ролика и борта внутреннего кольца двухрядного конического роликового подшипника. Рассматривались семь расчетных случаев, отличавшихся по форме торца борта:
Результаты расчета средних за оборот сепаратора скоростей износа для всех рассмотренных случаев приводятся на рис. 2. Из них следует, что торообразная вогнутая поверхность торца борта позволяет до 3 раз уменьшить скорость износа по сравнению с конической поверхностью.
Рис. 2. Зависимость скорости износа от приведенной кривизны контактирующих поверхностей. Обозначения: прямой расчет с осевым зазором: — торец ролика, — торец борта; прямой расчет с осевым натягом: — торец ролика, — торец борта; расчет по усредненным параметрам с осевым зазором: — торец ролика, — торец борта; расчет по усредненным параметрам с осевым натягом: — торец ролика; — торец борта
Выводы. Из представленных на рис. 2 графиков следует, что при эксплуатации подшипника на рассматриваемом режиме в течение 5000 ч в условиях небольшого осевого натяга глубина износа торца борта, имеющего коническую форму, составит 15,5 мкм, а торца ролика — 4,8 мкм. В сумме это более чем в 2 раза превышает величину контактного сближения торцов при максимальной контактной нагрузке, равную 9,41 мкм. Поскольку в условиях осевого зазора износ оказывается примерно в 10 раз меньше, чем при натяге, то возникновение последнего является нежелательным.
Ключевые слова
Полный текст
Обоснование. В подшипниках качения при работе возникает проскальзывание между телами и дорожками качения. В роликовых подшипниках проскальзывание наблюдается также и в торцевых контактах роликов и бортов колец. Оно оказывает существенное влияние на эксплуатационные характеристики подшипников [1, 2].
Методы. Процессы износа подшипников качения рассмотрены, в частности, в работах [3, 4]. В этих и в других работах для описания износа подшипников использовался закон Арчарда [2]. Принимая также этот закон, запишем его в виде [4]
,
где h — глубина износа, H — твердость по Мейеру, k — коэффициент износа, p — контактное давление, v — скорость скольжения.
Хорошо известно, что толщина масляной пленки оказывает критическое влияние на контактный износ рабочих поверхностей подшипников. Однако в литературе не представлены какие-либо исследования, устанавливающие количественную зависимость между коэффициентом износа и параметром масляной пленки. Вместе с тем детально исследовано влияние толщины пленки на ресурс подшипника. Такая зависимость предложена, в частности, в работе [5]. Полагая, что долговечность обратно пропорциональна коэффициенту износа [6] и используя результаты работы [4], нетрудно получить зависимость коэффициента износа от параметра масляной пленки. Она показана на рисунке 1. Эта зависимость соответствует известным экспериментальным данным [4], согласно которым диапазон изменения коэффициента износа подшипниковой стали при гидродинамическом трении укладывается в диапазон от1 · 10–11 до 5 · 10–10.
Рис. 1. Зависимость коэффициента износа от параметра масляной пленки
Результаты. В качестве примера рассмотрен расчет износа в торцевом контакте ролика и борта внутреннего кольца двухрядного конического роликового подшипника. Рассматривались семь расчетных случаев, отличавшихся по форме торца борта:
Результаты расчета средних за оборот сепаратора скоростей износа для всех рассмотренных случаев приводятся на рис. 2. Из них следует, что торообразная вогнутая поверхность торца борта позволяет до 3 раз уменьшить скорость износа по сравнению с конической поверхностью.
Рис. 2. Зависимость скорости износа от приведенной кривизны контактирующих поверхностей. Обозначения: прямой расчет с осевым зазором: — торец ролика, — торец борта; прямой расчет с осевым натягом: — торец ролика, — торец борта; расчет по усредненным параметрам с осевым зазором: — торец ролика, — торец борта; расчет по усредненным параметрам с осевым натягом: — торец ролика; — торец борта
Выводы. Из представленных на рис. 2 графиков следует, что при эксплуатации подшипника на рассматриваемом режиме в течение 5000 ч в условиях небольшого осевого натяга глубина износа торца борта, имеющего коническую форму, составит 15,5 мкм, а торца ролика — 4,8 мкм. В сумме это более чем в 2 раза превышает величину контактного сближения торцов при максимальной контактной нагрузке, равную 9,41 мкм. Поскольку в условиях осевого зазора износ оказывается примерно в 10 раз меньше, чем при натяге, то возникновение последнего является нежелательным.
Об авторах
Александра Максимовна Бражникова
Самарский государственный технический университет
Автор, ответственный за переписку.
Email: brazhnikova_98@mail.ru
Яков Мордухович Клебанов
Самарский государственный технический университет
Email: jklebanov@mail.ru
Список литературы
- Перель Л.Я. Подшипники качения. Расчет, проектирование и обслуживание опор. Москва: Машиностроение, 1983. 543 с.
- Галахов М.А., Бурмистров А.И. Расчет подшипниковых узлов. Москва: Машиностроение, 1988. 272 с.
- Wang X.-Y., Zhou C., Ou Y. Experimental analysis of the wear coefficient for the rolling linear guide // Adv Mech Eng. 2019. Vol. 11, No. 1. P. 1–7. doi: 10.1177/1687814018821744
- Morales-Espejel G.E., Brizmer V. Micropitting modelling in rolling-sliding contacts: application to rolling bearings // Tribol Trans. 2011. Vol. 54, No. 4. P. 625–643. doi: 10.1080/10402004.2011.587633
- Bamberger E., Harris T., Kacmarsky W., et al. Life adjustment factors for ball and roller bearings // ASME Engineering Design Guide. 1971.
- Liu C.H., Chen1 X.Y., Gu J.M., et al. High-speed wear lifetime analysis of instrument ball bearings // J Eng Tribol. 2009. Vol. 223, No. 3. P. 497–510. doi: 10.1243/13506501JET496.
Дополнительные файлы
