Номинальный ресурс подшипника

Performance and operating conditionsBearing type and arrangementBearing sizeLubricationOperating temperature and speedBearing interfacesBearing executionSealing, mounting and dismounting

Для оценки ожидаемого ресурса подшипника можно использовать номинальный ресурс, L10, или номинальный ресурс SKF, L10m.
При наличии опыта эксплуатации подшипников с учётом загрязнений и условий смазывания, когда известно, что рабочие условия не оказывают существенного влияния на срок службы подшипников, следует использовать метод вычисления номинального ресурса. В противном случае, необходимо использовать метод вычисления номинального ресурса SKF.

Определение ресурса подшипника
Ресурс подшипника определяется количеством оборотов (или количеством отработанных часов) с заданной частотой вращения, которые подшипник выдерживает при определённой нагрузке до появления первых признаков усталости металла (выкрашивания) на телах или дорожках качения внутреннего или наружного кольца.

Испытания, проведённые на подшипниках одного типа в одинаковых условиях, показывают существенный разброс в количестве циклов или времени, которые необходимы для появления усталости металла. Поэтому оценка ресурса подшипника на основании контактной усталости при качении является недостаточно точной, и для определения размера подшипника необходимо использовать статистический метод.

Номинальный ресурс L10 определяется как усталостный ресурс, которого достигают (или превышают) 90 % подшипников из достаточно большой группы подшипников одного типа, работающих в идентичных условиях.

Для определения подходящего размера подшипника с помощью описания, приведённого в данном разделе, необходимо сравнить вычисленный номинальный ресурс с ожидаемым сроком службы всего подшипникового узла, по возможности используя накопленный ранее опыт определения размера. При отсутствии опыта можно использовать ориентировочные значения эксплуатационного ресурса для различных областей применения, приведённые в таблице 1 и таблице 2.

С учётом статистического разброса величин усталостного ресурса подшипников, время наработки на отказ отдельного подшипника по отношению к его номинальному ресурсу можно определить только в том случае, если вероятность отказа данного подшипника может быть определена по отношению к общей группе подшипников, работающих в аналогичных условиях.

Многочисленные исследования случаев выхода подшипников из строя в самых разных областях применения подтвердили, что рекомендации по проектированию, основанные на показателе надёжности в 90 %, при использовании коэффициентов запаса динамической нагрузки позволяют получить надёжные подшипниковые узлы, не подверженные выходу из строя из-за усталости.

Номинальный ресурс
Если учитывается только нагрузка и частота вращения, можно использовать номинальный ресурс L10.

Номинальный ресурс подшипника, согласно ISO 281, составляет

Basic rating life
Выполнить расчёт

Если частота вращения постоянна, вычисление ресурса зачастую удобнее производить в рабочих часах по формуле

Basic rating life in hours

где
L10номинальный ресурс (при надёжности 90 %) [миллионы оборотов]
L10hноминальный ресурс (при надёжности 90 %) [миллионы часов]
Cноминальная динамическая грузоподъёмность [кН]
Pэквивалентная динамическая нагрузка на подшипник [кН]
nчастота вращения [об/мин]
pпоказатель степени в формуле для вычисления ресурса
= 3 для шарикоподшипников
= 10/3 для роликоподшипников


Номинальный ресурс SKF
Рассчитанный номинальный ресурс современных высококачественных подшипников может значительно отличаться от реального срока службы в определённых условиях эксплуатации. Фактический срок службы зависит не только от нагружения и размера подшипника, но и от целого ряда других факторов, включая условия смазывания, степень загрязнённости, наличие перекосов, правильность монтажа, факторы внешнего воздействия и условия окружающей среды.

Стандарт ISO 281 вводит дополнительные коэффициенты для уточнения базовой методики расчёта ресурса подшипника. Модифицированный коэффициент ресурса SKF, aSKF , использует ту же методику расчёта предела усталостной прочности Рu (→ Предел усталостной прочности, Pu), что и стандарт ISO 281. Значения Pu указаны в таблицах изделий. Как и в ISO 281, для учёта трёх наиболее важных условий эксплуатации модифицированный коэффициент ресурса SKF, aSKF , принимает во внимание условия смазывания (коэффициент вязкости κ → Условия смазывания — коэффициент вязкости κ), уровень нагрузки в зависимости от предела усталостной прочности подшипника и коэффициент ηc для оценки уровня загрязнения (→ Коэффициент загрязнённости, ηc) по формуле

SKF rating life
Выполнить расчёт

Если частота вращения постоянна, ресурс лучше всего рассчитывать в рабочих часах по формуле

SKF rating life in hours

где
Lnmноминальный ресурс SKF (при надёжности 100 – n1) %) [миллионы оборотов]
Lnmhноминальный ресурс SKF (при надёжности 100 – n1) %) [рабочие часы]
L10номинальный ресурс (при надёжности 90 %) [миллионы оборотов]
a1поправочный коэффициент надёжности (таблица 3, значения в соответствии с ISO 281)
aSKFмодифицированный коэффициент ресурса SKF
Cноминальная динамическая грузоподъёмность [кН]
Pэквивалентная динамическая нагрузка на подшипник [кН]
nчастота вращения [об/мин]
pпоказатель степени в формуле для вычисления ресурса
= 3 для шарикоподшипников
= 10/3 для роликоподшипников

1) Здесь коэффициент n представляет собой вероятность отказа, т. е. величину разности между необходимой надёжностью, выраженной в процентах и 100 %.

При надёжности 90 %:

Lnm = номинальный ресурс SKF (при надёжности 100 – n1)%) [миллионы оборотов]

Получаем:

L10m = номинальный ресурс SKF [миллионы оборотов]

Поскольку поправочный коэффициент для расчёта ресурса подшипника а1 связан с усталостью, он менее важен для уровня нагрузки Р ниже предела усталостной прочности Рu. Использование поправочного коэффициента, соответствующего очень высокой степени надёжности (например, 99 %), приведёт к выбору слишком большого подшипника для заданной нагрузки. В таких случаях нагрузку на подшипник следует сравнить с требуемой минимальной нагрузкой. Расчёт минимальной нагрузки описан в разделе «Требуемая минимальная нагрузка».

В таблице 4 представлены наиболее распространённые формулы для перевода ресурса подшипника в единицы, отличные от миллионов оборотов.

Расчёт ресурса подшипника для изменяющихся рабочих условий и переменной нагрузки

В некоторых областях применения, например, в промышленных редукторах, автомобильных трансмиссиях или ветроэнергетических установках, постоянно изменяются рабочие условия, например, величина и направление нагрузки, скорость, температура и условия смазывания. В таких случаях ресурс подшипника можно вычислить, только сузив спектр нагрузки или рабочий цикл системы до небольшого количества упрощённых вариантов (диаграмма 1).

В случае непрерывно меняющейся нагрузки могут преобладать отдельные уровни нагружения, а весь спектр действующих сил может быть упрощён до гистограммы блоков с разными величинами постоянной нагрузки. Каждый блок характеризуется определённым процентным выражением или долей от общего времени работы системы. Тяжёлые и средние нагрузки уменьшают ресурс подшипника в большей пропорции, чем лёгкие нагрузки. Поэтому важно, чтобы пиковые нагрузки были хорошо представлены на диаграмме нагрузки даже в том случае, если периодичность возникновения этих нагрузок небольшая и их длительность сравнительно невелика. 


Нагрузка на подшипник и рабочие условия, существующие на протяжении рабочего цикла, могут быть приведены к некоторой постоянной характерной величине. Также необходимо учитывать количество рабочих часов или оборотов, прогнозируемых для каждого рабочего цикла и показывающих долю ресурса, которая требуется в этих конкретных условиях нагружения. Поэтому, если N1 равно количеству оборотов, которое требуется совершить в условиях нагрузки P1, а N — прогнозируемое количество оборотов для завершения действия всех переменных циклических нагрузок, то доля ресурса U1 = N1/N используется в условиях нагрузки P1, что выражается величиной расчётного ресурса L10m1. В условиях изменяющихся рабочих условий ресурс подшипника можно вычислить по формуле:

Bearing life

где

L10mноминальный ресурс SKF (при надёжности 90 %) [миллионы оборотов]
L10m1, L10m2, ...номинальные ресурсы SKF (при надёжности 90 %) при постоянных условиях 1, 2, ... [миллионы оборотов]
U1, U2, ...доля ресурса в условиях 1, 2, ...
U1 + U2 + ... Un = 1


Такой метод вычислений хорошо подходит для условий переменной нагрузки и переменной частоты вращения с известными временными отрезками.

SKF logo