Бондаренко
Л. Н., Бондаренко В. Д., Матвиец Т. В., Грачёв А. В.
Приднепровская
государственная академия строительства и архитектуры
Влияние вращения внутреннего или наружного колец
подшипника качения их КПД
В справочной литературе дается КПД подшипников качения
вне зависимости от того какое кольцо вращается: внутреннее или наружное. Хотя
при расчете требуемой динамической грузоподъемности подшипников качения
вводится коэффициент вращения, зависящий от того какое кольцо вращается (1,2
при вращении наружного и 1,0 внутреннего).
Целью исследования является нахождение аналитических
зависимостей для определения КПД роликовых и шариковых подшипников в
зависимости от того какое кольцо вращается: внутреннее или наружное.
Материал исследований.
1. Роликовый
подшипник с короткими цилиндрическими
роликами.
Число шариков может быть определено из выражения (1)
(1)
В (1) имеется и более точная формула, но поскольку в
исследовании дается попытка дать сравнительный анализ, то формула (1) для этого
случая приемлема.
Диаметр ролика.
(2)
Из (1) и (2)
очевидно, что
(3)
В (2) доказано, что при нагрузке подобно нагрузке роликов
в подшипнике коэффициент трения качения для всех роликов можно найти
посредственно, найдя его для наибольше загруженного ролика.
Сила, действующая на наибольше нагруженный ролик (3)
(4)
Полуширина пятна контакта между роликом и внутренним
кольцом подшипника при принятых соотношениях и длине ролика равного диаметру
определится исходя из теории контактных деформаций Герца (4)
(5)
Дальнейшие расчеты произведены при посадочном диаметре d=120
мм, наружном диаметре D=215 мм, статической
грузоподъемности подшипника
Q=296
кН (роликоподшипник №2524) dр=23,75
мм, Z=18,
ввр=0,0619 мм.
Отметим, что в формуле (5) принято, что коэффициенты
Пуассона материалов колец и роликов равен 0,3, а модуль упругости Е=2,1*105 Мпа.
Для определения полуширины пятна контакта между роликом и
наружным кольцом необходимо взять выражение d-dр,
при этом внр=1,22 мм.
Коэффициент трения качения при линейном контакте (5)
(6)
где dp в
метрах и составит kвp=0,1806 мм; kнp=0,2745
мм.
Сопротивление качению условного ролика по внутреннему и
наружному кольцам
(7)
а составит Wвp=4502 H; Wнp=6842
H.
Работа сил трения при вращении:
внутреннего кольца
Hм
наружного кольца
Hм
КПД подшипника при вращении внутреннего ɳвр и наружного ɳнр колец подшипника найдем как
и при этом ɳвр=0,985
, а ɳнр=0,977.
2.Шарикоподшипник.
Диаметр шарика
dш=0.3(D+d) (8)
Число шариков
(9)
Радиус желоба
r =
0,515 dш
Полуширина пятна контакта шарика с внутренним кольцом
(10)
Где - коэффициент, зависящий от коэффициента уравнения
эллипса касания.
Коэффициент трения качения при точечном контакте (5)
(11)
При всех данных предыдущего параграфа dш=28,5
мм, Z=10,
kвр=0,18
мм, kнр=0,206
мм, Wвр=3780
Н, Wнр=4150
Н.
Теоретическая величина КПД шарикоподшипника: при вращении внутреннего кольца ɳвр=0,9874, а наружного ɳнр=0,9862.
Анализ полученных формул и результатов расчетов позволяет
сделать следующие выводы:
- предложенный способ расчета КПД подшипников качения позволяет на стадии
проектирования найти КПД как при вращении внутреннего, так и наружного колец;
- КПД подшипника качения при вращении внутреннего кольца выше, чем при
вращении наружного (для роликовых подшипников разница составляет около 1%, для
шарикового 0,2%);
- при проектировании узлов машин с подшипниками качения предпочтение надо
отдавать вращению внутреннего кольца, особенно при их последовательном
расположении.
Литература:
1. Иванов
М.Н. Детали машин. –М.: Высшая школа , 1975 -551с.
2. Бондаренко
Л.М. , Ракша С.В. , Брильова М.Г Уточнення розрахункової схеми навантаження групи тiл
кочення. Пiдйомно-транспортна
технiка
-ДііТ, №1, 2005 –с.47-52.
3. Кожевников С. Н. Теория механизмов и машин. - М.:Машиностроение, 1969. – 583с.
4. Писаренко
Г. С. , Яковлев А. П. , Матвеев В.В. Справочник по сопротивлению метериалов –
Киев: Наук.думка, 1988. -736с.
5. Бондаренко
Л. М. , Довбня М. П. , Ловейкін
В. С. Деформаційні опори в машинах. – Дн-ськ:
Дніпро-VAL,
2002. – 200с.