Несколько лет назад на выставке в Ганновере компания SKF объявила о выпуске универсальной модели срока службы подшипников SKF — инновационной модели, которая помогает инженерам более реалистично рассчитывать номинальный срок службы подшипников.
Эта модель является крупным прорывом в подшипниковой отрасли, позволяя оказывать поддержку клиентам и конечным пользователям играть важную роль в лучшем соответствии подшипниковой продукции областям применения, тем самым увеличивая срок службы оборудования и снижая эксплуатационные расходы.
На Ганноверской выставке SKF продемонстрировала программу полевых испытаний EnCompass и представила универсальную модель срока службы подшипников SKF.
В рамках программы эксплуатационных характеристик SKF EnCompass при разработке этой теории срока службы удалось успешно отделить модель поверхностной усталости от модели подповерхностной усталости, воспользовавшись преимуществами существующей теории срока службы подшипников (разработанной SKF и широко используемой более 30 лет). ) и введение дополнительных параметров для получения новой информации по расчету номинального срока службы подшипников.
Продвижение концепции Universal Life Calculation в Ганновере включало два дня интервью с экспертами в прямом эфире, демонстрационное программное обеспечение для демонстрации метода расчета и личное общение с клиентами и журналистами. Концептуальная модель была хорошо принята аудиторией и клиентами и возродила интерес к расчетам срока службы рейтинга.
Далее мы представим принципы новой модели в двух частях.
Сила трибологии
До сих пор расчет срока службы подшипников качения основывался на инженерной модели эквивалентных напряжений, которая учитывает эквивалентные напряжения, возникающие под поверхностью контакта и приложенные к объему напряжений контакта качения.
В течение многих лет считалось, что усталость поверхности вызвана плохой смазкой или загрязнением, а влияние этого вида отказа на срок службы было реализовано путем добавления поправочного коэффициента к общему эквивалентному напряжению контакта качения и включения его в расчет Формула расчета срока службы подшипников.
В этой статье мы решаем проблему поверхностного усталостного разрушения, разрабатывая универсальный метод определения долговечности контакта качения. В этом методе повреждение поверхности явно указывается в основной формуле усталости для контакта качения. Эта новая формула лучше отражает трибологические характеристики подшипников качения при расчете номинального срока службы.
Кроме того, это обеспечивает лучшее понимание усталостной долговечности поверхности, которая играет важную роль в эксплуатационных характеристиках подшипников качения. Роль этого универсального метода заключается в объяснении трения подшипника и обсуждении противоречивых механизмов усталости, возникающих на поверхности и под поверхностью подшипника качения.
При условии правильного использования и хорошей смазки подшипники качения становятся все более надежными. Это связано с правильными практическими методами и успешным пониманием и применением традиционного механизма усталости при контакте качения.
В то же время повышение чистоты стали и качества обработки в сочетании с надежными методами расчета срока службы также стали важной частью повышения надежности подшипников.
Однако тенденция миниатюризации промышленного оборудования и более высокие требования к эффективности эксплуатации привели к более жестким условиям применения подшипников качения, особенно на контактной поверхности, поэтому большинство отказов подшипников связано с поверхностной усталостью [Ссылка 1].
Чтобы подшипники не стали узким местом для дальнейшего улучшения производительности современного оборудования, необходима более качественная оценка характеристик поверхностного трения с точки зрения характеристик подшипников. За последнее десятилетие SKF добилась существенного прогресса в области моделей поверхностного моделирования [Ссылки 2-8].
Наконец, благодаря внедрению универсальной модели срока службы подшипников SKF поверхностная усталость была отделена от теории срока службы подповерхностной усталости, и эти знания были интегрированы в расчет номинального срока службы подшипников качения [ссылка 9].
В этом подходе для двух областей используются разные физические модели. Контактную усталость подповерхностного качения можно рассчитать с использованием классической теории динамической нагрузки Лундберга и Палмгрена [10], но при рассмотрении поверхностной усталости необходимы более совершенные модели трения, учитывающие более сложные физические эффекты, такие как смазка, трение, износ, усталость. или приработка из-за концентрации напряжений, возникающих на контактной поверхности Герца.
Это позволяет SKF включать в расчет срока службы подшипников более индивидуальные конструкции со специальными характеристиками, которые могут повлиять на производительность подшипника в полевых условиях. Например: специальная термообработка подшипника, усовершенствованная микрогеометрия, уникальный дизайн или более высокое качество.
Клиенты могут воспользоваться различными уникальными характеристиками подшипников из каталога продукции SKF и использовать их при расчете номинального срока службы. В конечном счете, клиентам больше не придется просто использовать базовую номинальную динамическую нагрузку (C), которая отражает только «подповерхностную усталость», как это имеет место в настоящее время, а могут лучше воспользоваться преимуществами уникальных особенностей продукции SKF и более высокого качества продукции.
Новая модель может специально учитывать механизмы старения подшипников, и при разработке подшипниковых изделий трение на поверхности дорожек качения будет более широко использоваться в этой более продвинутой версии общей модели срока службы подшипников.
Инженеры SKF будут использовать универсальную модель срока службы подшипников для разработки улучшенных конструкций подшипников для специального применения или особых требований к эксплуатационным характеристикам. Подводя итог, можно сказать, что универсальная модель срока службы подшипников представляет собой более современный и гибкий инструмент оценки производительности подшипников, который может включать в себя новые знания и технологии по мере своего дальнейшего развития.
Универсальный подход к моделированию
Текущая модель продолжит сохранять стандартизированный вероятностный метод расчета срока службы подшипников качения, который используется до сих пор и основан на двухпараметрической теории распределения Вейбулла, как описано в [12].
Вароди Вейбулл [13] ввел понятие случайности при определении прочности и разрушения структурных элементов в своей теории слабого звена модели цепочки.
Если конструкция состоит из n элементов, находящихся в различных напряженных состояниях, при разных вероятностях ресурса S1, S2, ..., Sn, согласно закону произведения надежности, то общую вероятность ресурса конструкции можно получить по формуле (1).
В своей ранней классической базовой формуле определения динамической нагрузки для подшипников качения [Ссылка 10] Лундберг и Палмгрен подставили закон произведения надежности Вейбулла в формулу (1) и вывели формулу функции ресурса (2) для конструкции, состоящей из n независимых физических элементов, включающих процесс старения от 0 до N циклов нагрузки.
Учитывая, что G представляет собой функцию старения материала, вызванного совокупным эффектом циклов нагрузки (усталости), параметр объема V можно разделить на два или более независимых фактора возникновения структурных повреждений.
Поэтому разные регионы могут характеризоваться разными функциями старения материала, описывающими разные (или единые) процессы старения материала Гв.1, Гв.2,..., Гв.н и их совокупное влияние на срок службы всей конструкции. может быть выражено формулой (2). Однако, учитывая, что существует только две области: одна — недра (зона v), а другая — поверхность (зона s), можно вывести формулу (3).
Согласно [Ссылка 14], интегральная формула объема усталостного повреждения (4) может быть получена с использованием амплитуды напряжения σv, генерируемой в зоне напряжения Герца.
где c и h — показатели степени, e представляет уклон Вейбулла подповерхностного слоя, N — срок службы контакта при количестве циклов нагрузки, z представляет анализируемую глубину подповерхностного слоя, Vv — объемный интеграл, σu.v — предел выносливости. на этом объеме, а À — константа настройки.
Аналогичным образом можно переписать функцию повреждения поверхности. Если подставить константу ĥ в константу вероятности повреждения поверхности B ̅, можно получить формулу (5).
Где m — наклон поверхности по Вейбуллу, A — поверхностный интеграл, σu.s — предел выносливости поверхности, а B ̅ — константа схватывания.
В формуле повреждения поверхности (5) поверхностное напряжение σs должно быть получено из фактической формы поверхности и напряжения трения контактной поверхности.
Теперь, объединив формулы (4) и (5) с формулой (3), можно получить формулу контактного ресурса для отдельных слагаемых на поверхности и под поверхностью. Заметим, что ресурс в оборотах можно связать с числом циклов нагрузки соотношением L=N/u, где u — число циклов нагрузки на оборот, и принимая во внимание очень подобие двух наклонов Вейбулла e=м, это соответствующая модель поверхностной усталости подшипника, и в конечном итоге получается уравнение (6).
Это основа модели срока службы подшипника, которая четко отделяет поверхностные условия от подземных условий. Подповерхностные члены, представленные объемным интегралом, могут быть рассчитаны в соответствии с традиционным методом Герца при контактной усталости качения [14].
Поверхностные члены, представленные интегралом площади, включают в себя множество явлений трения, которые описывают срок службы поверхности дорожек качения более совместимым образом с новой теорией срока службы.
Конечно, для разработки новой модели необходимы более совершенные модели данных. Фактически необходимо описать взаимодействие двух более сложных и противоречивых механизмов старения.
Например: i) поверхностная усталость в сочетании с небольшим износом, ii) развитие повреждений от вдавливания, iii) трибохимические взаимодействия и многие другие факторы.
