РАСЧЕТ РЕСУРСА ШАРНИРНЫХ ПОДШИПНИКОВ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ САМОЛЁТОМ

Шарнирные подшипники 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 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.

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.

При работе шарнирных подшипников возможны два вида движения – качательное движение относительно оси подшипника (рис.1)  и качательное движение в виде перекоса оси (рис. 2).

Рисунок 1. Качательное движение относительно оси подшипник

А)

Рисунок 2. Качательное движение при перекосе оси подшипника

Шарнирные подшипники воспринимают преимущественно радиальные нагрузки. Но в некоторых случаях они нагружаются и радиально Fr, и осевой Fa нагрузками одновременно. В этом случае оценка работоспособности подшипника выполняется по эквивалентной нагрузке.

.

где  – коэффициент влияния осевой нагрузки, определяемый по эмпирической формуле

.

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

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. Вторым фактором, определяющим интенсивность изнашивания, является скорость скольжения

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

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.

Получили P < С₀, следовательно, статическая прочность обеспечивается.

Для антифрикционного покрытия расчётное значение давления в контакте равно:

,

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

Получаем .

Частоту качательного движения примем равной . Допускаемое значение пути трения при  > 25 МПа будет равно S= 29357,3 м.

Долговечность подшипника в числе качаний, определяется в зависимости от допускаемого значения пути трения  по формуле:

,

где – коэффициент учитывающий влияние рабочей температуры;

 – коэффициент учитывающий влияние давления и скорости скольжения;

 – коэффициент учитывающий влияние угла качания;

 – скорость скольжения.

Долговечность подшипника в числе качаний будет равна  3804007 качаний.

Разработана методика расчёта шарнирных подшипников на долговечность по изнашиванию на базе методики фирмы INA.

При расчётах учитываются радиальная и осевая нагрузки на подшипник и два вида качательного движения. Выполнены примеры расчёта подшипников опытного изделия.

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.