Cрок службы подшипников

Расчет долговечности

Период времени, в течение которого подшипник должен работать нормально в определенных условиях эксплуатации – срок службы (долговечность). Данный показатель, в основном,  зависит от количества оборотов, которые подшипник может выполнить до момента проявления симптомов усталости, таких как трещины в результате напряжения.

На преждевременный отказ могут влиять не только естественный износ, но и экстремальные температуры, недостаток или избыток смазки, внутренние повреждения. Такие поломки, как правило, связаны с неправильным выбором подшипника, ошибками при установке, некачественное техобслуживание.

Номинальная усталостная долговечность L10

L10 — Номинальная долговечность (миллионов оборотов в минуту), которую способны достичь или превзойти 90% от всего количества подшипников одной группы до появления первых признаков усталости материала (то есть возможность отказа: 10%).

     Согласно стандарту ISO 281 в методе вычисления долговечности учитываются такие параметры как нагрузка, частота вращения, динамическая грузоподъемность и тип подшипника. Результатом является усталостная долговечность L10 или L10h.

Формула для расчета номинальной долговечности

Где:

C —  динамическая грузоподъемность (N)

P  — эквивалентная динамическая нагрузка (N)

p  — показатель степени (3 – для шарикоподшипников, 10/3 – для роликоподшипников)

n — частота вращения (обор./мин.)

Динамическая грузоподъемность определяется как постоянная нагрузка, которую подшипник способен выдерживать при вращении внутреннего кольца и неподвижном наружном, обеспечивая при этом расчетный ресурс в один миллион оборотов.

Динамическая грузоподъемность радиальных подшипников определяется как постоянная радиальная нагрузка по центру, а динамическая грузоподъемность упорных – это нагрузка постоянной величины, действующая по центру оси. В таблицах грузоподъемность радиальных подшипников обозначается Сr, а упорных — Сa.

Расчетная эквивалентная динамическая нагрузка P представляет собой величину, эквивалентную по своему влиянию на ресурс подшипника. Она характеризуется постоянством как по величине, так и по направлению (радиальному для радиальных подшипников или осевому для упорных), и позволяет унифицировать оценку долговечности при различных режимах нагружения.

В случае комбинированных или постоянных нагрузок значение Р рассчитывается по следующей формуле:

Для упорных сферических роликоподшипников действует формула:

Настройка подшипников под температурный режим

При использовании подшипников при экстремальных температурах, сталь, из которой он изготовлен, теряет свою жесткость. В связи с этим номинальная частота вращения должна быть рассчитана в соответствии с высокими температурами.

Уравнение для расчета номинальной частоты вращения с учетом температуры:

Где:

C_t — динамическая грузоподъемность после температурной корректировки (N)

f_t — температурный коэффициент

C — динамическая грузоподъемность до температурной корректировки (N)

Температурный коэффициент

Скорректированная долговечность

Для большинства применений номинальная долговечность является достаточной. Тем не менее, часто возникает необходимость в проведении более точного расчета ресурса подшипника, который должен учитывать специфические условия смазки и уровень загрязнений.

Где:

a₁ — коэффициент, учитывающий надежность

a_iso — коэффициент, учитывающий современные методы производства, особые качества стали, смазку, загрязнения и т.д.

   Кроме того, современные виды стали и качество производства обеспечивают подшипникам возможность работать гораздо дольше указанного номинального ресурса L10, если есть условия и если контактная нагрузка не превышает определенный уровень, так как неблагоприятные условия эксплуатации могут существенно сократить срок службы. Поэтому, чтобы учитывать различные влияющие факторы, для вычисления скорректированной долговечности были введены коэффициенты  a1 и aiso.