Вибрация ротора в подшипниках качения

Подшипники качения под действием силы тяжести вала (ротора) или других статических нагрузок могут стать источниками значительных колебательных сил. Это, во-первых, силы трения, во-вторых, кинематические и импульсные (ударные) силы при неровностях поверхностей качения, а, в-третьих, силы параметрического происхождения.Вследствие изменения жесткости подшипника из-за периодического изменения количества нагруженных тел качения.

Гармонические составляющие подшипниковой вибрации имеют частоты, определяемые частотами вращения элементов подшипника и их комбинациями. Выражения для частот вращения отдельных элементов подшипника качения можно получить из уравнений их движения.

Рассмотрим наиболее часто встречающийся случай, когда неподвижным является наружное кольцо подшипника, а вращающимся - внутреннее кольцо. Для определения основных частот подшипниковой вибрации достаточно знать скорость вращения машины п (об/мин) и следующие параметры:

• диаметр сепаратора, т.е. диаметр окружности, проходящей через центры тел качения. Здесь - наружный диаметр подшипника; - внутренний диаметр подшипника;

• - диаметр тела качения;

• -угол контакта тел качения с дорожками качения;

• z - число тел качения.

Первая часть задачи сводится к определению частот вращения отдельных элементов подшипника, т.е. частоты вращения сепаратора и частоты вращения тела качения при известных скорости вращения ротора машины и геометрических размерах подшипника, а именно,

Частота вращения внутреннего кольца равна

где п- скорость вращения ротора (внутреннего кольца), об/мин

Рис.2.3. Схема подшипника качения

Диаметр сепаратора примерно равен среднему арифметическому от диаметров внутреннего и наружного диаметров

Рис.2.4. Радиальный (а) и радиально-упорный (б) подшипники

Для радиально-упорных подшибников частота вращения сепаратора равна:

а частота вращения тел качения равна:

Для радиальных подшипников и как следствие cos , для упорных подшипников и .

Вторая часть задачи сводится к определению значений частот перекатывания (прокатывания) тел качения по наружному и внутреннему кольцам подшипника.

Частота перекатывания тел качения по наружному кольцу:

Частота перекатывания тел качения по внутреннему кольцу:

На всех указанных подшипниковых частотах, а также на комбинационных частотах между элементами подшипника могут действовать периодические колебательные силы кинематического или параметрического происхождения, которые возбуждают вибрацию как ротора, так и корпуса машины. При разных дефектах подшипника возникает подшипниковая вибрация машины на разных частотах.

Кроме гармонических составляющих вибрации в подшипнике присутствуют и случайные составляющие, возбуждаемые силами трения. В бездефектных подшипниках силы трения постоянны. Соответственно не меняется во времени и мощность случайной вибрации. При появлении дефектов силы трения и мощность случайной вибрации модулируются соответствующими основными или комбинационными подшипниковыми частотами.

Ударные колебательные силы и ударные составляющие вибрации в бездефектных подшипниках отсутствуют и появляются только вместе с появлением некоторых из возможных дефектов подшипников и других узлов машины.