МЕТОДИКА РАСЧЕТ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ШАРНИРНЫХ ПОДШИПНИКОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЁТОМ ПО ИЗНАШИВАНИЮ

Шарнирные сферические  подшипники, имеющие ряд преимуществ по сравнению с подшипниками качения (существенное снижение габаритов и массы, демпфирующая способность, бесшумность, разнообразие условий применения и конструктивного исполнения, простоты изготовления и ремонта), устанавливаются преимущественно в опорах механизмов систем управления самолётов. При этом они работают при качательном движении с небольшими скоростями и часто при отсутствии смазки. Для снижения трения на сферическую поверхность наружного кольца наносится слой антифрикционного материала [1]. Критерием работоспособности шарнирного подшипника является износостойкость.

Вместе с тем в отечественной литературе [2, 3] отсутствуют методы расчёта шарнирных подшипников по изнашиванию и используются зависимости, аналогичные зависимостям расчёта долговечности подшипников качения.

В настоящем отчете приводится  методика расчета долговечности сферических шарнирных подшипников двумя различными методами. В качестве первого метода используется метод, описанный в пособии «Рекомендации по выбору, расчету и согласованию подшипников», которое одобрил главный конструктор С.А.ЯКОВЛЕВ в 1986. В качестве второго метода используется методика расчета долговечности радиальных сферических шарнирных подшипников по изнашиванию на базе зависимостей, приведенных в каталоге фирмы INA [4].  При расчете учитываются радиальная и осевая нагрузки и два вида качательного движения - относительно оси подшипника и при перекосе.

Для сравнения методик исходные данные взяты из ведомости согласования номенклатуры и технических условий на подшипники для применения на опытное изделие самолета Як-152. Шарнирные подшипники марки ШН8ЮТ устанавливаются на установку электропривода закрылков системы управления самолета.    

Основные размеры шарнирного сферического подшипника определяются стандартами [5, 6].

В качестве материалов для колец подшипников используются преимущественно подшипниковые стали типа ШХ15. В некоторых случаях применяются нержавеющие стали типа 95Х18Ш

Антифрикционное покрытие наносится преимущественно на внутреннюю сферу наружного кольца. В качестве материалов покрытия применяются, как правило, композиты – препрег, органоволокнит и др.

Определим ресурс подшипника ШН8ЮТ с размерами d = 8мм и D = 17мм, устанавливаемом в наконечнике узла установки электропривода закрылков. Диаметр сферы подшипника d2 = 13мм. Антифрикционное покрытие – металлофторопласт. Динамическая грузоподъёмность подшипника C = 6100H, статическая – C0 = 15240H.

Подшипник совершает качательное движение на угол β = 57° при радиальной нагрузке Fr = 2050H. Максимальная рабочая температура t = +60°C.

В методе, описанном в пособии «Рекомендации по выбору, расчету и согласованию подшипников» долговечность подшипников рассчитывается по формуле

где  – коэффициент, характеризующий совместное влияние качества металла деталей и условий эксплуатации на долговечность подшипника;

 –  динамическая грузоподъёмность; 

 –  показатель степени ();

 – частота вращения (принята об/мин);

 – эквивалентная динамическая нагрузка, определяемая по формуле:

где  – температурный коэффициент (при температуре  ); 

 – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок;

 – коэффициент безопасности, учитывающий динамические и ударные нагрузки и определяемый опытом эксплуатации.

  Результаты расчетов по данному методу приведены  в таблице 1 .

Таблица 1.

Результаты расчетов

В методе расчета долговечности на базе зависимостей фирмы INA долговечность определяется по формуле

где  – температурный коэффициент;

 – коэффициент скорости скольжения;

Оценка работоспособности подшипника выполняется по эквивалентной нагрузке:

.

где  – коэффициент влияния осевой нагрузки, определяемый по эмпирической формуле

.

После определения приведенной нагрузки выполняется проверка статической прочности P < C0, где C0 – статическая грузоподъёмность подшипника.

Как известно, интенсивность изнашивания узлов трения определяется, прежде всего, давлением на поверхности. Для антифрикционного покрытия расчётное значение давления в контакте равно:

,

где  – специфический нагрузочный параметр, определяемый в зависимости от материала антифрикционного покрытия.

Вторым фактором, определяющим интенсивность изнашивания, является скорость скольжения.  

Долговечность L подшипника в числе качаний определяется в зависимости от допускаемого значения пути трения S.

Результаты расчетов по данному методу приведены  в таблице 2.

Таблица 2.

Результаты расчетов

Проанализировав полученные данные, можно прийти к выводу, что расчет долговечности подшипника по первому методу,  в котором используются зависимости  аналогичные зависимостям расчёта долговечности подшипников качения, отличается от расчета долговечности по методу фирмы INA. Разница составила 134005,31 качаний.  Данная разница  объясняется тем, что при расчете по методу Яковлева не учитывается специфика работы сферического шарнирного подшипника. Расчет долговечности по изнашиванию на базе методики фирмы INA учитывает  радиальные и осевые нагрузки на подшипник и два вида качательного движения.

Показана возможность расчёта долговечности в числе качаний. Возможен расчет  в часах работы и в числе взлётов-посадок при полёте.

Список литературы:

1. Каталог 2012. ЕРК. Дивизион специальных подшипников. – Самара, Изд-во ОАО «ЕПК Самара», 2012. – 54 с.
2. Коросташевский Р.В., Зайцев А.М. Авиационные подшипники качения. – М.: Гос. научно - техническое издательство. ОБОРОНГИЗ, 1963. – 340 с.
3. Нарышкин В.Н., Коросташевский Р.В. Подшипники качения. Справочник-каталог. – М.: Машиностроение, 1984. – 280 с.
4. Spherical plain bearings plain bushes rod ends. Catalog 238. – INA-Schaeffler KG. – Herzogenaurach (Germany) – 176 s.
5. Подшипники шарнирные. Технические условия. ГОСТ 3635-78.- М.: Государственный комитет СССР по управлению качеством продукции и стандартами. – 26 с.
6. Подшипники шарнирные с покрытием из органоволокнита. ТУ 4649-025-05808824-2006. – 9 c.