Способ определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения Российский патент 2024 года по МПК G01M1/10 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения.

Известен способ определения мощности потерь энергии в подшипниках качения, согласно которому мощность потерь энергии в подшипнике качения определяется как произведение суммы моментов инерции системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения» на сумму угловой скорости и половины приращения угловой скорости за период, в течение которого определено угловое ускорение системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению на разность углового ускорения системы движущихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта» и углового ускорения системы вращающихся масс «ротор приводного двигателя, соединительная муфта, движущиеся элементы подшипника качения», определенного с учетом приведенного момента инерции сопротивления качению [1. Патент RU 2507493 C2, МПК G01M 1/10, опубл. 27.11.2013].

Недостатком известного способа является сложность определения мощности потерь энергии в подшипниках качения, а также то, что мощность потерь энергии определяется не в условиях эксплуатации, а на специальном стенде.

Известен способ определения мощности потерь энергии в подшипниках качения, в котором определяют частоту вращения внутреннего кольца подшипника, результирующую нагрузку на подшипник и находят мощность потерь энергии по формуле где - приведенный коэффициент трения, - внутренний диаметр подшипника [2. Кошель В.М. Подшипники качения. - Мн.: Наука и техника, 1993. - 255 c. - C. 64].

Недостатком известного способа является недостаточная точность определения мощности потерь энергии в подшипниках качения, так как известный способ позволяет определять лишь мощность, расходуемую на трение в подшипниках вследствие проскальзывания тел качения. При этом не учитывают потери энергии на приведение в движение самих тел качения с учетом их инерционных характеристик, формы и размеров.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения.

Технический результат достигается тем, что в способе определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения, в котором определяют частоту вращения подвижного кольца подшипника, результирующую нагрузку на подшипник и определяют мощность потерь энергии, мощность потерь энергии определяют по формуле:

где - диаметр дорожки качения подвижного кольца подшипника, мм;

- частота вращения подвижного кольца подшипника, ;

- коэффициент трения качения между телами качения-шариками и кольцами подшипников,

мм;

- диаметр тел качения-шариков, мм;

- результирующая нагрузка на подшипник, Н.

На фиг. 1 изображен шариковый радиальный подшипник. Подшипник состоит из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2, тел качения-шариков 3, размещенных между ними в дорожках качения. Причем, - диаметр дорожки качения внутреннего кольца, - диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника. Внутреннее кольцо 2 установлено на конце вала 4, вращающегося с частотой . Наружное кольцо 1 неподвижно. Подшипник воспринимает радиальную нагрузку .

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом. Определяют диаметр дорожки качения подвижного кольца подшипника. Это можно сделать по формуле

где и - внутренний и наружный диаметр подшипника соответственно (фиг. 1).

Знак «+» в формуле (2) ставится, когда подвижным является наружное кольцо подшипника (), знак «-» - внутреннее кольцо (). Частоту вращения подвижного кольца подшипника .определяют из кинематического расчета устройства, на одном из валов которого установлены данные подшипники, или путем измерения (например, с помощью тахометра). Диаметр тел качения-шариков определяют по стандарту на данный подшипник. Коэффициент трения качения , входящий в формулу (1), зависит от материала трущихся тел, состояния поверхностей соприкосновения, а также от их размеров. Для шариковых подшипников [3. Интернет, табл. на сайте. Коэффициенты трения <freza-chpu.ru/koyffitsienty-treniya.html>]. Результирующая нагрузка на подшипник может быть найдена, например, расчетным путем с учетом особенностей работы деталей (зубчатых колес, шкивов ременных передач, звездочек цепных передач, полумуфт), расположенных на валах, где установлены данные подшипники.

После определения значений всех величин, входящих в формулу (1), определяют мощность потерь энергии в подшипниках.

Например, определим мощность потерь энергии в подшипнике № 206 по ГОСТ 8338-75. Внутренний диаметр подшипника , наружный диаметр . Диаметр шариков . Подшипник воспринимает радиальную нагрузку . Внутреннее кольцо подшипника вращается с частотой , наружное кольцо неподвижно.

Диаметр дорожки качения подвижного внутреннего кольца подшипника определим по формуле (2):

Примем, согласно [3], коэффициент трения качения .

По формуле (1) определим мощность потерь энергии в данном подшипнике

Среднее значение мощности потерь энергии в подшипнике .

Определим теперь мощность потерь энергии в данном подшипнике используя способ [2]. В этом случае приведенный коэффициент трения [4. Перель Л.Я., Филатов А.А. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор: Справочник. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1992. - 608 с. - С. 432]. Остальные величины известны. Тогда

Полученное значение почти на порядок меньше минимального значения, найденного с помощью предлагаемого способа. Поэтому заявляемый способ гораздо точнее известного способа [2], поскольку учитывает мощность потерь энергии на приведение в движение самих тел качения с учетом их инерционных характеристик, формы и размеров, то есть все особенности работы подшипникового узла.

По сравнению с известным способом [1] предлагаемый способ значительно проще, позволяет определять мощность потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках непосредственно в условиях эксплуатации.

Заявляемый способ может быть также использован для определения коэффициента полезного действия шариковых радиальных подшипников. Для этого, кроме величин, входящих в формулу (1), необходимо также определить момент от рабочей нагрузки на валу, где установлены подшипники. Например, если на валу расположено зубчатое колесо, то это произведение окружной силы в зацеплении на радиус делительной окружности колеса. Откуда по известной формуле может быть найдена полезная мощность на данном валу: . Далее, путем суммирования мощности потерь энергии в подшипниках с полезной мощностью, определяется общая мощность , а затем и коэффициент полезного действия пары подшипников, на которых расположен вал:

Являясь опорами вала, шариковые радиальные подшипники воспринимают нагрузки, действующие на него. Нагрузки радиальные и осевые. Причем коэффициент полезного действия подшипников, воспринимающих одновременно и радиальную и осевую силу будет меньше, чем у подшипников, воспринимающих только радиальную нагрузку, при одинаковой частоте вращения подвижных колец и полезной мощности на валу, так как увеличится результирующая нагрузка и мощность потерь энергии в подшипниках.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения. Способ заключается в том, что мощность потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения определяется в соотношении от диаметра дорожки качения подвижного кольца подшипника, частоты вращения подвижного кольца подшипника, коэффициента трения качения между телами качения-шариками и кольцами подшипников, диаметра тел качения-шариков, результирующей нагрузки на подшипник. Технический результат заключается в повышении точности определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения. 1 ил.

Способ определения мощности потерь энергии в шариковых радиальных подшипниках качения, в котором определяют частоту вращения подвижного кольца подшипника, результирующую нагрузку на подшипник и определяют мощность потерь энергии, отличающийся тем, что мощность потерь энергии определяют по формуле:

где

d_п – диаметр дорожки качения подвижного кольца подшипника, мм;

n_п – частота вращения подвижного кольца подшипника, мин^-1;

k – коэффициент трения качения между телами качения-шариками и кольцами подшипников, мм;

D_w – диаметр тел качения-шариков, мм;

F_p – результирующая нагрузка на подшипник, Н.