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

1.  КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ.

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

    1.1,1. Кинематика

Работоспособность радиально-упорных шарикоподшипников, эксплуатирующихся при высоких частотах вращения и воспринимающих сравнительно легкие нагрузки (подшипники шпиндельных узлов внутришлифовальных станков) редко ограничивается усталостным повреждением колец и шариков. В большинстве случаев утрата работоспособности происходит из-за абразивного износа деталей подшипника, температурных деформаций элементов подшипникового узла, поломок сепаратора и потери смазочной способности масла. Все эти процессы связаны с характером движения и взаимодействием элементов подшипника. Поэтому изучение причин утраты работоспособности радиально-упорных подшипников невозможно без рассмотрения кинематики движения его элементов, которая зависит от большого числа факторов.

В работе 5  исследовались только основные кинематические соотношения в шарикоподшипнике, необходимые для определения количества повторных циклов нагрузок, вызывающих появление усталости. При этом частоты вращения подшипников были сравнительно невысокие, и долговечность подшипников обуславливалась в основном явлениями усталостного характера, В настоящее время исследования в области повышения долговечности радиально-упорных шарикоподшипников проводятся по трём основным направлениям. Первое направление  предусматривает исследование физико-механических свойств материалов. Второе и третье связано с установлением  общих динамических и кинематических соотношений между вращающимися элементами подшипника при различных условиях работы подшипникового узла.

Из них следует, что только качения шариков без верчения не может происходить одновременно на площадках контакта с наружным и внутренним кольцами подшипника. Если качение без верчения происходит на внутреннем кольце, то ось собственного вращения шарика не будет перпендикулярна линии АВ (рис.2.1). Она проходит через центр шарика и точку С. В этом случае на внутреннем кольце возникает только дифференциальное скольжение, а на наружном к нему добавляется верчение шарика. При  верчении шарика вокруг линии давления АВ, перпендикулярной поверхностям контакта, преодолеваются моменты сопротивления верчению МА и МВ на этих поверхностях. Так как площадки контакта на желобах внутреннего и наружного колец не равны между собой, то различны и эти моменты. Отсюда следует предложение, что верчение шарика происходит на том кольце, на контактной площадке которого момента сопротивления верчению меньше. С учетом этого в работе /1/ приводятся основные кинематические зависимости для радиально-упорных шарикоподшипников.

Угловая скорость вращения шарика относительно любого кольца подшипника (рис.2.2а) равна

 (2.1)          где

   -    угловая скорость вращения шарика относительно кольца;

            - угловая скорость вращения шарика относительно собственной оси C0;

     -  угловая скорость вращения центра шарика (или   сепаратора) относительно кольца.

На рис.2.26 и в представлены планы скоростей вращения шарика относительно внутреннего и наружного колец, построенные в соответствии с формулой (2.1). На рис.2.2г представлена результирующая диаграмма. Из нее следует, что угловая скорость вращения внутреннего кольца    слагается из угловых скоростей шарика относительно внутреннего (  ) и наружного    (   ) колец.    раскладывается на угловую скорость качения

(  . ) и верчения (   ), причем   =, где  - диаметр шарика; V - линейная скорость точки А касания шарика с дорожкой качения внутреннего кольца, определяемая по формуле

, где   - диаметр окружности, проходящей по центрам тел качения;

   - угол контакта. Угловая скорость качения шарика относительно внутреннего кольца

=,        

где     - радиус дорожки качения шарика по желобу внутреннего кольца.

Угловая скорость вращения сепаратора относительно внутреннего кольца равна

Рис.2.1. Положение оси собственного вращения шарика при чистом качении по внутреннему кольцу /…/.

Рис.2.2. Основные геометрические параметры радиально-упорного шарикоподшипника (а) и планы угловых скоростей вращения шарика, сепаратора и колец (б, в, г) для вывода кинематических зависимостей /7/.

Угловая скорость вращения шарика относительно собственной оси СО определяется из выражения

Угловая скорость вращения сепаратора относительно наружного кольца   равна по абсолютной величине .

Так как долговечность радиально-упорных подшипников зависит от потерь на трение в контактах шариков с желобами колец, а верчение шариков увеличивает эти потери, то необходимо знать соотношение угловых скоростей верчения и качения.