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 следующие подходы: 

  • 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 большинстве других случаев необходимо использовать метод вычисления номинального ресурса SKF. 
  • Для гибридных подшипников используйте обобщённую модель SKF для расчёта ресурса подшипников. 
Что такое номинальный ресурс и зачем его использовать?
Усталостный ресурс отдельного подшипника — это количество оборотов (или количество рабочих часов при заданной частоте вращения), которое подшипник выдерживает до появления первых признаков усталости металла (контактная усталость при качении или выкрашивание) на одном из колец или тел качения. Опыт лабораторных испытаний и практической эксплуатации показывает, что усталостный ресурс одинаковых подшипников в идентичных условиях работы может значительно колебаться.

Чтобы избежать выхода подшипника из строя из-за усталости до истечения желаемого срока эксплуатации оборудования, для определения размера подшипника можно 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.

Номинальный ресурс L10 это надёжный параметр, который можно использовать для определения подходящего размера подшипника, чтобы предотвратить его выход из строя из-за усталости. Сравните вычисленный номинальный ресурс с ожидаемым сроком службы подшипникового узла. Воспользуйтесь накопленным ранее опытом определения размера или используйте рекомендуемые значения эксплуатационного ресурса для различных областей применения, приведённые в таблице 1 и таблице 2.
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 %) [рабочие часы]
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. Для модифицированного коэффициента ресурса aSKF используется та же методика расчёта предела усталостной прочности Рu (→ Предел усталостной прочности, Pu), как и в стандарте ISO 281. Значения Pu указаны в таблицах изделий. Как и в ISO 281, для учёта трёх наиболее важных условий эксплуатации модифицированный коэффициент ресурса, aSKF , принимает во внимание условия смазывания (→ 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 можно выразить в рабочих часах с помощью формулы

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
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 этих 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.

Обобщённая модель SKF для расчёта ресурса подшипников
Обобщённая модель SKF для расчёта ресурса подшипников позволяет прогнозировать номинальный ресурс подшипников для таких условий эксплуатации, которые не охвачены в других моделях для расчёта ресурса. Обобщённая модель SKF для расчёта ресурса подшипников разделяет режимы отказов на поверхностные и подповерхностные (рис. 1). Она оценивает поверхностную усталость с использованием передовых трибологических моделей, а подповерхностную усталость — с использованием модели контакта качения по Герцу. Обобщённая модель SKF учитывает влияние смазывания, загрязнённости и характеристик поверхности дорожки качения на распределение напряжений в зоне качения.

Для расчёта номинального ресурса используется следующая общая формула:

SKF GBLM

где
LnGM номинальный ресурс (при надёжности 100 − n1) %), основанный на обобщённой модели SKF для расчёта ресурса подшипников [миллионы оборотов]
a1поправочный коэффициент надёжности (таблица 3, значения в соответствии с ISO 281)
L10.surfповерхностный номинальный ресурс (при надёжности 90 %), основанный на обобщённой модели SKF для расчёта ресурса подшипников [миллионы оборотов]
L10.sub
подповерхностный номинальный ресурс (при надёжности 90 %), основанный на обобщённой модели SKF для расчёта ресурса подшипников [миллионы оборотов]
eматематическая константа: ~ 2,718

Обобщённая модель SKF для расчёта ресурса подшипников доступна для гибридных подшипников. Для расчёта номинального ресурса подшипников на основе обобщённой модели SKF для расчёта ресурса подшипников можно использовать программу SKF Bearing Select.


1) Здесь коэффициент n представляет собой вероятность отказа, т. е. величину разности между необходимой надёжностью, выраженной в процентах и 100 %.
Расчёт ресурса подшипника для изменяющихся рабочих условий

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, а 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