Анализ факторов, влияющих на кинематику и долговечность радиально-упорных шарикоподшипников и существующие средства контроля, диагностики и исследования их работоспособности, страница 2

В работе /……/ В.Ф.Старостиным выведен безразмерный параметр , который для конкретного подшипника является постоянной величиной и определяет "чистоту" качения шарика. Формула для определения этого параметра имеет вид

При чистом качении =1, при чистом верчении = 0. В общем случае  будет находиться в пределах 0<<1. В приведенных выше формулах не учитывается влияние на величину кинематических соотношений центробежных сил, режима работы, смазки, износа элементов подшипника и перекоса колец. По данным работ /1;5./ влияние этих факторов на кинематику подшипников весьма существенно.

Из работ /1;5/ следует, что при значительном увеличении угловой скорости вращения внутреннего кольца центробежные силы увеличивают контактные напряжения и площадки контакта на наружном кольце. Эти силы приводят также к уменьшению угла контакта с наружным кольцом и к его увеличению с внутренним.

Согласно /1/ положение оси собственного вращения шарика зависит от отношения

где  Z  - число шариков в подшипнике;

- центробежная сила, развиваемая шариком при орбитальном движении вокруг оси подшипника;

 - осевая нагрузка.

При значениях отношения <0,1  центробежная сила не приводит к существенному увеличению контактной площадки на наружном кольце. Площадка контакта при этом остается меньшей, чем на внутреннем кольце. В этом случае ось вращения шарика занимает устойчивое положение, соответствующее чистому качению шарика  по внутреннему кольцу. При значениях >0,1 чистое качение происходит по наружному кольцу, так как в этом случае центробежные силы увеличивают контактные площадки на наружном кольце.

В работе /1/ показано, что при отношении  происходит заметное изменение углов контакта. Различие углов контакта кроме дополнительного верчения вызывает перераспределение нагрузок на желобах колец. На рис. 2.3 показаны силы, действующие на шарик в точках контакта с внутренним и наружным кольцами

; ,

Центробежная сила связана с углами контакта следующей зависимостью

От величины углов контакта зависит величина гироскопического момента.

Согласно /……./, гироскопический момент определяется по формуле

Для устранения гироскопического верчения к шарику должна быть приложена минимальная нагрузка /……./

где к=0,2 - коэффициент трения при хороших условиях смазки и высокой скорости вращения.

При комбинированной нагрузке эта сила должна быть больше силы нормального давления на наименее нагруженный шарик.

Таким образом, центробежные силы в высокоскоростных радиально-упорных шарикоподшипниках вызывают осевое смещение колец, изменяют углы контакта. Действуя совместно с гироскопическим моментом, они существенно влияют на кинематику движения элементов подшипника. Различие в результатах экспериментального измерения числа оборотов сепаратора и шарика с их расчетными значениями при изменении частоты вращения, в работе /3/ объясняется проскальзыванием. В данном  случае предполагается, что проскальзывание носит гидродинамический характер.

В другом случае интенсивное проскальзывание в быстроходных подшипниках при небольших осевых нагрузках объясняется гироскопической неуравновешенностью /5/.

На наш взгляд, в данном случае необходимо также учитывать изменения углов контакта под действием внешних центробежных сил.

Из расчетных зависимостей отношения скоростей вращения сепаратора и вала для радиально-упорных шарикоподшипников с сухим трением при осевой нагрузке /3/ следует, что с увеличением частоты вращения это отношение может в отдельных случаях уменьшаться и увеличиваться. Объясняется это тем, что в условиях сухого трения при осевой нагрузке могут возникать условия, при которых ведущим становится внутреннее, либо наружное кольцо.