ЦЕЛЬ. Разработка кинетической модели отказов подшипников качения по энергетическому критерию контактной прочности (выносливости) элементов и теоретическая оценка влияния температурно-силовых параметров на их долговечность. МЕТОДЫ. При построении модели параметрических отказов использованы методы анализа и синтеза физической теории надежности технических объектов и термодинамической концепции прочности твердых тел. При проведении теоретических исследований применяли методы математического моделирования процесса повреждаемости и разрушения наиболее нагруженных объемов материала поверхностных слоев элементов подшипников качения без проведения дополнительных модельных или натурных экспериментов. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ. В качестве примера показана постановка краевой задачи для подшипников с вращающимся внутренним кольцом. При постановке задачи учитывается влияние на ресурс исследуемых подшипников основных параметров, характеризующих геометрию элементов, силовые и температурные условия, микрогеометрию контактирующих поверхностей, условия смазывания, величину контактных напряжений, свойства материала элементов и др. Аналитическое решение задачи представлено для краевых условий шариковых однорядных подшипников № 309. Теоретические исследования в частности показали, что изменение только температуры в рамках рабочего диапазона может привести к изменению их ресурса, рассчитанного по известной зависимости, более чем на два порядка. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Сформулирована методика построения моделей отказов подшипников качения по энергетическому критерию контактной выносливости на основе современных достижений физической теории надежности деталей машин и кинетического подхода к повреждаемости и разрушению конструкционных материалов. При построении моделей параметрической надежности учитываются все основные конструктивные и технологические эксплуатационные параметры, а также свойства материалов элементов подшипников. Пример реализации модели отказов шариковых подшипников показал, что возможность теоретического исследования влияния различных параметров на величину их проектного ресурса без проведения дополнительных экспериментов выгодно отличает предложенный кинетический подход от известной однозначной экспериментальной зависимости.
The PURPOSE of the paper is development of a kinetic model of rolling bearing failures based on the energy criterion of contact strength (life) of elements and a theoretical evaluation of the temperature-strength parameter effect on their durability. METHODS. The methods of analysis and synthesis of the physical theory of technical object reliability and the thermodynamic concept of solids strength are used when constructing a model of parametric failures. The theoretical studies employ the methods of mathematical modeling of damage and destruction processes of the most loaded volumes of surface layer material in rolling bearings elements without additional model or full-scale experiments. RESULTS AND THEIR DISCUSSION. The paper demonstrates the setting of the boundary-value problem for bearings with a rotating inner ring as an example. The formulation of the problem takes into account the effect of the main parameters characterizing geometry of the elements, operation and temperature conditions, contacting surface microgeometry, lubrication conditions, magnitude of contact stresses, properties of element material, etc. on the bearing life. The analytical solution of the problem is presented for the boundary conditions of single-row ball bearings no. 309. The theoretical studies have shown that variation of the temperature only within the operating range can result in the alteration of their service life calculated based on the known dependence by more than two orders of magnitude. CONCLUSION. The methodology for constructing the models of rolling bearing failure by the energy criterion of back-to-back endurance is formulated on the basis of modern achievements in the physical theory of machine part reliability and the kinetic approach to the damageability and destruction of structural materials. When constructing the models of parametric reliability all the main design and technological performance parameters as well as the properties of the bearing element materials are taken into account. An implementation example of the model of ball bearing failures has shown that the possibility of the theoretical study of the influence of various parameters on the value of their project life without any additional experiments distinguishes the proposed kinetic approach from the known identical experimental dependence.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.