Подшипники качения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Подшипники качения

Общие сведения и классификация подшипников качения

Подшипники качения состоят из двух колец - внутреннего и внешнего, между которыми расположены тела качения в сепараторе или без сепаратора. Область их использования очень широка и определяется их достоинствами и недостатками.

Достоинства подшипников качения.

1. Трение качение с малым коэффициентом трения, значение которого близко к значению коэффициента жидкостного трения (f = 0,0015 0,006).

2. Упрощенная система смазки и обслуживания. Подшипники в защищенном исполнении могут работать только со смазкой, заложенной в них при изготовлении, то есть не требуют дополнительной смазки в течение всего срока службы.

3. Возможность стандартизации и массового производства, что значительно снижает их стоимость.

Недостатки подшипников качения.

1. Отсутствие разъемных конструкций. Поэтому, в частности, их невозможно установить на коленчатых валах.

2. Бoльшие радиальные габариты, по сравнению с подшипниками скольжения.

3. Ограниченная быстроходность, что связано с неблагоприятными условиями работы тел качения при высоких скоростях.

4. Низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках. Это связано с тем, что контакт тел качения с кольцами подшипника происходит в высшей кинематической паре - по линии или в точке.

5. Невозможность работы в воде и агрессивных средах. Кольца и тела качения подшипников выполнены из стали и подвержены коррозии.

Классификация стандартных подшипников качения по конструктивным признакам (по типам) представлена в таблице.

Название типа подшипника состоит из двух частей - названия тел качения и вида воспринимаемой нагрузки.

В левом столбце таблицы приведены первые части названий, а в верхней строке - вторые Главными размерами подшипника, как это показано в таблице, являются диаметр внешнего кольца D (диаметр отверстия в корпусе), диаметр внутреннего кольца d (диаметр вала) и ширина b.

Радиальный шариковый подшипник наиболее распространен. Шарики располагаются в торообразных канавках на кольцах подшипника. Для возможности чистого качения радиусы канавок больше, чем радиус шариков, так что контакт шарика с кольцом происходит в точке. Тем не менее, наряду с радиальной нагрузкой, такой подшипник может воспринимать постоянную осевую нагрузку величиной до 80 % от радиальной. Подшипник неразборный, может быть (также как и остальные) различных модификаций: открытый, защищенный (с пластинами, закрывающими тела качения), с канавкой на внешнем кольце и пр. Допускает небольшой перекос вала - до 0,25°. Обозначается цифрой 0 (подробнее об обозначении см. ниже).

Шариковый радиально-упорный подшипник может воспринимать бoльшую, чем радиальный подшипник осевую нагрузку, в том числе и переменную. Он также неразборный и допускает небольшой перекос вала. Обозначается цифрой 6.

Шариковый сферический подшипник допускает значительный перекос вала - до 3°. Он имеет сферическую контактную поверхность наружного кольца и шарики, расположенные в два ряда в шахматном порядке. Допускает небольшие осевые нагрузки. Обозначается цифрой 1.

Шариковый упорный подшипник является разборным, воспринимает только осевые нагрузки и не допускает перекоса вала. Обозначается цифрой 8.

Роликовый радиальный подшипник содержит цилиндрические ролики, допускает б?льшую, чем шариковый, радиальную нагрузку, так как ролик контактирует с кольцом по линии, а не в точке. Совершенно не допускает осевой нагрузки и перекоса вала; является разборным, то есть, внешнее кольцо свободно снимается. Обозначается цифрой 2.

Роликовый радиально-упорный (конический) подшипник имеет конические ролики, воспринимает значительные радиальные и осевые нагрузки, причем, чем больше угол конуса, тем больше воспринимаемая осевая нагрузка. Заметим, что при равных диаметрах внутренних колец, роликовый конический подшипник воспринимает большую осевую нагрузку, чем шариковый упорный. Подшипник разборный - наружное кольцо снимается, перекос вала недопустим. Обозначается цифрой 7.

Таблица

Роликовый сферический подшипник имеет бочкообразные ролики и допускает большую нагрузку, чем шариковый сферический, ввиду того, что радиус кривизны образующей ролика больше, чем радиус шарика. В остальном свойства его такие же, как у шарикового сферического. Обозначается цифрой 3.

Роликовый упорный подшипник содержит конические ролики, поэтому воспринимает б?льшие осевые нагрузки, чем шариковый упорный. Обозначается цифрой 9.

Игольчатые подшипники бывают только радиальными. Тела качения - иголки, то есть цилиндрические ролики, диаметр которых в 5 ? 8 раз меньше их длины. Это дает возможность значительно уменьшить радиальные габариты подшипникового узла. Подшипник разборный, воспринимает только радиальные нагрузки. Используется редко ввиду сложности монтажа и скоростных ограничений. Обозначается цифрой 4.

Игольчатые подшипники с витыми иголками имеют винтовую канавку на поверхности цилиндрических иголок, что способствует их лучшему смазыванию. Обозначаются цифрой 5. (Этот подшипник не передает осевой нагрузки, как это может показаться из таблицы 24.1).

Кольца и тела качения подшипников изготавливаются из специальных высокопрочных сталей ШХ6, ШХ9 и ШХ15 (шарикоподшипниковые хромистые), после предварительной механической обработки их закаливают до высокой твердости, а затем шлифуют.

Сепараторы в подшипниках служат для разделения и направления тел качения. Большинство сепараторов выполняют штампованными из стальной ленты. В подшипниках, предназначенных для работы при высоких окружных скоростях (> 15 м/с) применяют массивные сепараторы из бронзы, латуни, дюралюминия или пластмассы. Игольчатые подшипники в большинстве случаев не имеют сепараторов.

По нагрузочной способности и габаритам подшипники разделены на 7 серий диаметров и ширин: сверхлегкую (обозначается цифрой 8), особо легкую (цифра 1), легкую (цифра 2), легкую широкую (цифра 5), среднюю (цифра 3), среднюю широкую (цифра 6) и тяжелую (цифра 4).

По точности исполнения различают подшипники пяти классов: 0 - нормальный класс, 6 - повышенный класс, 5 - высокий класс, 4 - особо высокий класс и 2 - сверхвысокий класс. Точность изготовления значительно влияет на стоимость подшипников (таблица 24.2), что необходимо учитывать при их выборе.

Таблица

Условные обозначения подшипников качения

работоспособность подшипник динамический грузоподъемность

Все типы подшипников стандартизованы, их условные обозначения определяет ГОСТ 3189-75. Условное обозначение подшипника качения состоит из цифр и букв. Цифры имеют следующие значения.

Две цифры справа определяют внутренний диаметр d подшипника (диаметр вала в месте посадки подшипника): для наиболее распространенного диапазона диаметров d = (20 ? 495) мм - это двузначное число, умноженное на 5, дает величину диаметра d в мм;

Третья цифра справа указывает серию подшипника по диаметру и ширине.

Четвертая цифра справа указывает тип подшипника. Обозначения типов даны в таблице 24.1. Заметим, что в обозначении радиального шарикоподшипника цифра 0 не указывается в том случае, если левее от нее отсутствуют другие цифры.

Четыре цифры справа - это главные цифры в обозначении подшипника. Следующие левее цифры и буквы (если они есть) указывают класс точности (если подшипник нормального класса точности, то 0 не пишется) и конструктивные особенности подшипника (степень защищенности подшипника, угол контакта конического подшипника, наличие канавок и буртиков на внешнем кольце и пр.).

Примеры обозначения подшипников.

314 - радиальный шариковый, нормальной точности, средней серии, диаметр отверстия 70 мм.

7512 - роликовый конический, нормальной точности, легкой широкой серии, диаметр отверстия 60 мм.

1320 - шариковый сферический, нормальной точности, средней серии, диаметр отверстия 100 мм.

Основные критерии работоспособности и расчета

Контакт тел качения с кольцами подшипников происходит в высшей кинематической паре, то есть, теоретически в точке или по линии, а практически, в результате контактных упругих деформаций, - по некоторой площадке.

В каждой точке поверхности контакта колец и тел качения контактные напряжения изменяются по от нулевому циклу. Переменные напряжения являются причиной усталостного разрушения контактирующих поверхностей. У работоспособного подшипника контактные поверхности колец и тел качения не должны иметь повреждений. Эти повреждения аналогичны повреждениям поверхностей зубьев зубчатых колес. Поэтому главным критерием работоспособности подшипников качения является повреждение поверхностей колец и тел качения, то есть, их усталостное выкрашивание.

Исследования статики и динамики работы подшипников качения позволили формализовать их расчеты на прочность в соответствии с внешними нагрузками и условиями работы. Поэтому современный расчет подшипников качения базируется на двух критериях:

- расчет на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям;

- расчет на динамическую грузоподъемность (долговечность) по усталостному выкрашиванию.

Таблица

Однако при проектировании машин подшипники не рассчитывают, а подбирают по условным формулам. Это связано с тем, что подшипники стандартизованы и имеют ограниченное число типов и размеров. И для каждого типоразмера была рассчитана и экспериментально установлена грузоподъемность (работоспособность). Методика подбора подшипников также стандартизована. В таблице 24.3 приведены примеры параметров подшипников в стандартных каталогах.

Подбор подшипников по динамической грузоподъемности

Динамическая грузоподъемность - это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение одного миллиона оборотов без появления признаков усталости (выкрашивания). Это должно быть справедливо, по крайней мере, для 90 % из определенного числа подшипников, подвергающихся испытаниям.

Подбор подшипников по динамической грузоподъемности проводится при частоте вращения n 10 об/мин.

Паспортная (каталоговая) динамическая грузоподъемность С подшипника связана с внешней нагрузкой и ресурсом следующей эмпирической зависимостью:

где: Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н;

р = 3 для шариковых и р = 3,33 для роликовых подшипников;

L - ресурс, млн. оборотов:

где t? - ресурс в часах; n - частота вращения в об/мин.

Эквивалентная динамическая нагрузка - это такая условная постоянная нагрузка, которая обеспечивает подшипнику такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях.

где: Fr и Fa - радиальная и осевая нагрузка;

X и Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок. выбираются по каталогу в зависимости от типа подшипника и отношения радиальной и осевой нагрузок;

V - коэффициент вращения, зависящий от того, какое кольцо подшипника вращается: при вращении внутреннего кольца

V = 1, а при вращении наружного - V = 1,2.

Кб - коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки. Выбирается по справочникам и в зависимости от длительности приложения нагрузки колеблется от 1 до 2. Кт - температурный коэффициент; при рабочей температуре t = 100° Kт = 1; при t = (245 ? 250)°Kт = 1,04 ? 1,4.

Рассчитав правую часть формулы (24.1) выбирают из каталога подшипник с б?льшим значением динамической грузоподъемности.

Заметим, что выбранный подшипник ограничен стандартом по быстроходности, то есть по предельной частоте вращения в об/мин (таблица). За пределами этой частоты долговечность подшипника не гарантируется.

Рекомендуемая литература

1. Авиационные зубчатые передачи и редукторы. Справочник. Под редакцией Булгакова Э.Б. Москва, «Машиностроение», 1981.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В трех томах. Москва, «Машиностроение», 1982.

3. Артоболевский И.И. Механизмы в современной технике. Том III. Зубчатые механизмы. М., Наука, 1973.

4. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин. М., Наука, 1975.

5. Бернштейн С.А. Сопротивление материалов. М., «Высшая школа», 1961.

6. Гавриленко Б.А. и др. Гидравлический привод. М., Машиностроение, 1968.

7. Детали машин. Атлас конструкций. Под ред. Решетова Д.Н. Москва, «Машиностроение», 1989.

8. Иванов М.Н. Детали машин. Москва, «Высшая школа», 1991.

9. Коловский М.З. Динамика машин. Л., Ленинградский политехнический институт, 1980.

10. Основы расчета и конструирования деталей летательных аппаратов. Под ред. Кестельмана В.Н. Москва, 1989.

11. Пневмопривод систем управления летательных аппаратов. Под ред. Чашина В.А. М., Машиностроение, 1987.

12. Прикладная механика. Под ред. Осецкого В.М. М., «Машиностроение», 1977.

13. Пятаев А.В. Теория механизмов и машин. Учебное пособие. Ташкент, Ташкентский государственный авиационный институт, 2001.

14. Пятаев А.В. Динамика машин. Ташкентский политехнический институт. Ташкент, 1990.

15. Пятаев А.В. Детали машин. Учебное пособие. Ташкент, Ташкентский государственный авиационный институт, 2004.

16. Справочник машиностроителя, том 3. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1963.

17. Справочник машиностроителя, том 4, книги I и II. Под редакцией Ачеркана Н.С. Москва, Машгиз, 1963.

18. Теория механизмов и машин. Под ред. Фролова К.В. М., Высшая школа, 1987.

19. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. М., Физматгиз, 1959.

20. Трение, изнашивание и смазка. Справочник. Под редакцией Крагельского И.В. и Алисина В.В. Москва, «Машиностроение», 1978.

Размещено на Allbest.ur