2. Критерии работоспособности

Основной причиной выхода из строя подшипников качения, работающих в условиях хорошего смазывания без загрязнений, является усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения. Это связано с циклическим изменением контактных напряжений при вращении колец подшипника.

Для подшипников машин, работающих в абразивной среде (транспортные, дорожные, строительные, горные и многие другие машины), часто причиной разрушения является износ.

Разрушение сепаратора характерно для быстроходных подшипников, особенно работающих с осевыми нагрузками или с перекосом колец. Из-за неизбежной разноразмерности тел качения даже в пределах допуска происходит набегание части тел качения на сепаратор и отставание другой части, что приводит к дополнительным нагрузкам на сепаратор и его износу.

При ударах и перегрузках на рабочих поверхностях подшипников появляются вмятины, сколы бортов, происходит раскалывание колец и тел качения.

Иногда отказы подшипников качения связаны с повышением температуры, которое вызывает потерю необходимых свойств смазочного материала, структурные изменения (отпуск) в материале колец и тел качения. Для некоторых механизмов (например, в станках) большое значение имеют точность вращения и отсутствие вибраций в опорах.

В настоящее время в зависимости от условий работы расчет (подбор) подшипников качения на заданный ресурс ведут по динамической грузоподъемности (критерий усталостного выкрашивания), по статической грузоподъемности (критерий максимальных контактных напряжений) и проверяют подшипник по предельной частоте вращения.

Расчеты по критерию износостойкости из-за сложности пока не нашли широкого применения.

3. Распределение нагрузки между телами качения (задача Штрибека)

Для определения контактных напряжений в подшипнике качения необходимо знать закон распределения нагрузок между телами качения. При решении этой статически неопределимой задачи полагают, что подшипник изготовлен идеально, зазоры, натяги и силы трения отсутствуют. Собственными деформациями колец, тел качения, вала и корпуса пренебрегают. Под действием радиальной силы F_r тела качения нагружаются неравномерно (рис. 5, а).

Рис. 5. К определению наибольшей нагрузки на тело качения: а — схема распределения сил между телами качения; б — схема перемещения внутреннего кольца в направлении действия силы F_t

Листовые рессоры

Высокомолекулярные материалы (резины, полимерные материалы типа вулколана) могут из-за малого модуля упругости аккумулировать большее количество энергии на единицу массы, чем закаленные пружинные стали. Упругие элементы из синтетических материалов получаются более простыми по форме, чем металлические, которые для получения значительных деформаций приходится составлять из нескольких листов (рессоры) или витков (пружины). В синтетических материалах упругие свойства удачно сочетаются с демпфирующими; основной недостаток материалов – старение. Синтетические материалы используют для изготовления собственно упругих элементов и упругих баллонов пневматических рессор.

Элементы из синтетических материалов применяют в упругих муфтах, в системах виброизоляции (упругие опоры) и т. д. Упругие элементы из этих материалов целесообразнее всего использовать при напряженных состояниях сдвига.

Пневматические рессоры успешно применяют в транспортных машинах, в первую очередь имеющих сеть сжатого воздуха, в частности в грузовых автомобилях.

Листовые рессоры (рис. 1, а, б) для повышения гибкости составляют из листов разной длины, что приближает их к телам равного сопротивления изгибу. Трение между листами обеспечивает демпфирование колебаний. Листовые рессоры применяют в основном для упругой подвески автомобилей, железнодорожного подвижного состава, а также используют в кузнечно-прессовых и других машинах. Области применения рессор сокращаются в связи со склонностью сваривания листов вследствие фреттинг-коррозии.

Рис. 1. Рессоры

Для обеспечения плотного контакта между листами и некоторой разгрузки длинных листов (поломка которых более опасна, чем коротких) короткие листы выполняют с большей начальной кривизной, чем длинные. Рессоры преимущественно изготовляют из кремнистых сталей (в частности, 60С2А), кремненикелевых, а также хромомарганцовистых.

Усталостная прочность рессор может быть повышена обдувкой их дробью.

Для упрощенного расчета удобно рассматривать идеализированную модель рессоры в виде балки равного сопротивления изгибу, имеющему в плане форму треугольника, разрезанную на полосы и сложенную в пакет (рис. 1,б).

Допускаемые напряжения выбирают обычно в пределах 400...600 МПа в зависимости от условий работы и характеристик материала