Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время одним из приоритетных направлений в развитии машиностроения в России является повышение качества узлов, деталей и конструкций. Существующие методы определения нагрузочной способности опор качения (подшипников) основываются на классических решениях, предложенных еще в двадцатые годы XX века, что не учитывает современный уровень развития промышленности.
При этом под нагрузочной способностью понимают нагрузки, которые воспринимает конкретный подшипник. В зависимости от условий эксплуатации стандартный подшипник принято рассчитывать на статическую и динамическую грузоподъемности. Очевидно, что существующие методы не позволяют определять статическую и динамическую грузоподъемности шариковых и роликовых опор качения, если их размеры, форма контактных поверхностей, материал деталей и его твердость отличаются от параметров, предусмотренных для стандартных подшипников.
В связи с этим возникает необходимость создания новых расчетных методов определения статической и динамической грузоподъемностей нестандартных опор качения, применимые, в том числе к расчету стандартных подшипников качения.
Тематика научно-технических конференций и публикаций последних лет также подтверждает актуальность темы исследования.
Диссертация выполнена на кафедре «Детали машин и ПТУ» ВолгГТУ в соответствии с аналитической ведомственной целевой программой 2006 - 2010 гг. Министерства образования и науки РФ «Развитие научного потенциала высшей школы» (мероприятие 1).
Цель и основные задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка и исследование методов определения нагрузочной способности нестандартных опор качения (подшипников), а именно определение статической и динамической грузоподъемности шариковых и роликовых опор качения. Разрабатываемые методы должны быть применимы, в том числе и к стандартным подшипникам.
Для достижения поставленной цели были поставлены следующие основные задачи исследования:
экспериментальное и теоретическое исследование глубины остаточного отпечатка при действии малых нагрузок в контакте шарика или ролика с деталью;
аналитическое исследование величин критических нагрузок и сопоставление с известными значениями статической грузоподъемности;
разработка расчетного метода определения базовой статической грузоподъемности шариковых и роликовых опор качения;
разработка инженерного метода определения базовой динамической грузоподъемности шариковых и роликовых опор качения.
Методы исследования. В теоретических исследованиях использовали теорию упругости, деформационную теорию пластичности, теорию размерности, характеристику материала - контактный модуль упрочнения (пластическая твер-
дость, определяемая по ГОСТ 18835-73). Для обработки экспериментальных данных применяли методы математической статистики.
Геометрические размеры остаточных отпечатков измеряли с помощью инструментального микроскопа ММИ-2, оптикатора и индикатора часового типа. Контактные деформации измеряли с помощью прибора для измерения контактных деформаций или специального приспособления к прессу Бринелля. Контроль твердости проводили на твердомерах ТШ-2, ТК-2, ТП-7Р-1.
Научная новизна:
Установлены зависимости для определения глубины остаточного отпечатка при первоначальном контакте в точке или по линии при малых нагрузках. Экспериментально установлено, что величина суммарной остаточной деформации, равная 0,0001 от диаметра тела качения, соответствует нагрузке, значительно превосходящей статическую грузоподъемность, которая указывается в ГОСТ 18854-94 «Подшипники качения. Статическая грузоподъемность».
Установлено, что базовая статическая грузоподъемность стандартных подшипников соответствует нагрузке, при которой пластическая деформация
Впервые ВОЗНИКаеТ На Глубине ПО ОСИ ДеЙСТВИЯ КрИТИЧеСКОЙ НагруЗКИ Ркр.глуб-
Разработан расчетный метод определения базовой статической грузоподъемности шариковых и роликовых нестандартных опор качения, применимый, в том числе к расчету стандартных подшипников качения.
Установлены зависимости базового предела контактной выносливости от пластической твердости материала при начальном контакте деталей по линии или в точке.
Установлены зависимости для определения нагрузки на шарик или ролик, отвечающей базовой динамической грузоподъемности, в зависимости от пластической твердости НД, геометрических и упругих параметров контактирующих тел. Разработан расчетный метод определения базовой динамической грузоподъемности шариковых и роликовых нестандартных опор качения, который применим, в том числе к стандартным подшипникам качения.
Новизна методов определения базовой статической грузоподъемности шариковых и роликовых подшипников качения подтверждена патентами РФ № 2350919 и № 2350920.
Новизна методов определения базовой динамической грузоподъемности шариковых и роликовых подшипников качения патентами РФ № 2422792 и №2422793.
Положения, выносимые на защиту.
Зависимости, полученные на основе теории размерности и позволяющие определять глубину остаточного отпечатка в области малых нагрузок при первоначальном контакте деталей в точке или по линии.
Методы расчетного определения базовой статической грузоподъемности шариковых и роликовых опор качения.
Аналитические зависимости для определения базового предела контактной выносливости при первоначальном контакте деталей в точке или по линии.
4. Методы расчетного определения базовой динамической грузоподъемности
шариковых и роликовых опор качения.
Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов. Достоверность и обоснованность научных положений, рекомендаций и выводов диссертации подтверждена экспериментальными исследованиями автора, сопоставлением результатов с опытными данными из литературных источников.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные расчетные методы определения базовой статической и динамической грузо-подъемностей шариковых и роликовых опор качения позволяют уже на этапе проектирования нестандартных подшипников качения определить его нагрузочную способность. При этом разработанные методы применимы и к расчету стандартных подшипников качения, что позволяет оценить их статическую или динамическую грузоподъемности, если, например, деталь корпуса играет роль наружного кольца подшипника.
Предложенные расчетные методы внедрены в учебный процесс ВолгГТУ на кафедре «Детали машин и подъемно-транспортные устройства» и используются при чтении лекций и выполнении курсовых проектов, выпускных работ бакалавров и магистерских диссертаций.
Апробация работы. Результаты работы были представлены и получили одобрение на XI, XII, XIII, XIV, XV региональных конференциях молодых исследователей Волгоградской области (Волгоград, 2006-2010 гг.); международной научно-практической конференции «Прогресс транспортных средств и систем» (Волгоград, 2009 г.), ежегодных внутривузовских научных конференциях Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2006-2011гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 14 работах, в том числе 5 работ - в изданиях, рекомендованных ВАК. Также получено 4 патента РФ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов и приложения, содержит 169 страниц машинописного текста, включая 31 рисунок и 10 таблиц. Список литературы включает 171 наименований.
