Посадка с зазором подшипник

Добавлено: 22.07.2018, 19:36 / Просмотров: 33582
Закрыть ... [X]

подшипник посадка с зазором подшипник  

Главная

 

Содержание

Назначение, типы, область применения, разновидности конструкций подшипников скольжения и подпятников, материалы для их изготовления

Конструкции подшипников скольжения

Смазывание подшипников скольжения

Материалы подшипников скольжения

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

Область применения подшипников скольжения

Характерные дефекты и поломки подшипников скольжения

Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения

Условный расчет подшипников скольжения и подпятников

Тепловой расчет подшипников скольжения

Работа подшипников скольжения при жидкостном режиме смазки и понятие об их расчете

Гидродинамический эффект

Контактно – гидродинамическая  теория смазки

Режимы работы подшипников скольжения

Проектировочный расчет подшипников скольжения жидкостной смазки

Рекомендации по конструированию подшипников скольжения

Подшипники качения. Общие сведения. Классификация и область применения

Обозначение подшипников качения

Характеристики подшипников качения

Достоинства и недостатки подшипников качения

Сравнительная характеристика подшипников качения и скольжения

Виды разрушения подшипников качения и критерии работоспособности

Контактные напряжения в деталях подшипников качения

Распределение нагрузки между телами качения

Кинематика подшипников качения

Методика подбора подшипников качения

Расчет по динамической грузоподъемности подшипников качения

Расчет по статической грузоподъем­ности подшипников качения

Расчет подшипников качения на долговечность

Оценка предельной быстроходности подшипников качения

Посадки подшипников

Расчет потерь на трение в подшипниках качения

Гидродинамический режим смазки подшипника качения

Электромагнитные подшипники

Направляющие прямолинейного движения. Общие сведения.

Направляющие скольжения

Направляющие качения

Комбинированные направляющие

Справочные данные

Вопросы для самопроверки

Задачи для самостоятельного решения

 

Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Название "подшипник" происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и  устанавливаются.

Подшипником принято называть часть опоры, непосредственно взаимодействующей с цапфой вала или оси.

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей, воспринимают радиальные и осевые  нагрузки, приложенные к валу, и передают их на корпус машины. При этом вал должен фиксироваться в определенном положении и легко вращаться вокруг заданной оси. Во избежание снижения КПД машины потери в подшипниках должны быть минимальными.

По характеру трения  подшипники разделяют на две большие группы:

- подшипники скольжения (трение скольжения);

- подшипники качения (трение качения).

 

Назначение, типы, область применения, разновидности конструкций подшипников скольжения и подпятников, материалы для их изготовления

Подшипником скольжения называют опору для поддержания вала (или вращающейся оси). В таком подшипнике цапфа вращающегося вала (или оси) проскальзывает по опоре.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения различают:

– радиальные (воспринимают радиальные нагрузки);

– упорные (подпятники) – воспринимают осевые нагрузки;

– радиально-упорные – одновременно воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

Радиальные  подшипники скольжения (или просто подшипники скольжения) предназначены для восприятия радиальной нагрузки. В таких подшипниках поверхности цапфы вала (или оси) и подшипника находятся в условиях относительного скольжения. При этом возникает трение, кото­рое приводит к изнашиванию пары вал (ось) — подшипник.

Подшипники скольжения применяются ограниченно и лишь в тех областях, где они сохранили свои преимущества, а именно: для  весьма  быстроходных валов, в режиме работы которых долговечность подшипников качения  очень мала; для осей и валов, требующих весьма точной установки; для валов очень большого диаметра (при отсутствии стандартных подшипников качения); когда по условиям сборки подшипник должен быть разъемным; при работе подшипника в воде, агрессивной среде для тихоходных валов  неответственных механизмов и в особых условиях.

Подшипник скольжения должны удовлетворять следующим основным требованиям:

а) конструкции и материалы должны быть такими, чтобы потери на трение и износ их и вала были  минимальными;

б) должны быть достаточно жесткими и прочными;

в) размеры их трущихся поверхностей  должны быть достаточными для  восприятия действующего на них  давления;

г) сборка, установка и обслуживание должны быть простыми.

Для уменьшения трения и нагрева, повышения КПД подшипники смазывают.

 

Конструкции подшипников скольжения        

Подшипники скольжения составляют из корпуса; вкладышей, поддерживающих вал; смазывающих и защитных устройств.

Форма рабочей поверхности подшипника скольжения так же, как и форма цапфы вала, может быть цилиндрической, плоской, конической или шаровой. Большинство радиальных подшипников может воспринимать также и небольшие осевые нагрузки (фиксируют вал в осевом направлении). Для этого вал изготавливают ступенчатым с галтелями, а кромки подшипников закругляются. Подшипники с конической поверхностью применяются редко. Их используют при небольших нагрузках в тех случаях, когда необходимо систематически устранять зазор от износа подшипника. Также редко встречаются и шаровые подшипники. Они допускают перекос оси вала, т.е. обладают свойством самоустанавливаться.

Корпус подшипника может быть отдельной, литой или сварной деталью, выполненной цельной или разъемной.

Подшипники бывают неразъемные и разъемные:

Неразъемные подшипники могут быть выполнены за одно целое со ста­ниной (рис. 1) или в виде втулки 1, установленной в корпус подшипни­ка 2 (рис. 2).

В первом случае станину 1, а во втором — втулку 1 изготовляют из ма­териалов, обладающих хорошими антифрикционными свойствами: анти­фрикционного чугуна; бронзы оловянной; латуни; баббитов; алюминиевых сплавов; порошковых материалов; текстолита; капрона; специально обра­ботанного дерева; резины (при смазывании водой); графита (в виде порош­ка, из которого прессуют вкладыши) и др.

 

Рис. 1.  Неразъемный подшип­ник скольжения: 1 — станина

 

Рис.2. Неразъемный подшипник скольжения: 1 — втулка; 2 — корпус

 

Корпуса подшипников можно изготовлять из чугуна или стали литыми или сварными. Конструкции (конфигурации) корпусов подшипников мо­гут быть самыми разнообразными (рис. 2; рис. 3).

 

Рис. 3. Неразъемный подшипник скольжения

 

Неразъемные подшипники делятся по ГОСТу на узкие (рис.3.1,а), широкие (рис.3.1,б), фланцевые (рис.3.1,в, г) и гнездовые (рис.3.1,д).

Рис.3.1.

 

Разъемный подшипник (рис.4) отличается от неразъемного тем, что в нем втулка заменена вкладышами 2 и 3, корпус подшипника разъемный и состоит из собственно корпуса 7 и крышки 4, соединенных болтами или шпильками 5. Вкладыши применяют для того, чтобы не выполнять весь корпус подшипника из дорогого антифрикционного материала и для облегчения ремонта. Вкладыши устанавливают в корпус с натягом и предохраняются от проворачивания установочными штифтами. Износ рабочей поверхности вкладыша компенсируется поджатием крышки к верхней половине вкладыша.

Вкладыши изготовляют из антифрикционных материалов или двух металлов (тело вкладыша из стали, а рабочую часть толщиной 1-3 мм заливают баббитом или свинцовой бронзой). Во внутренней по­лости вкладышей делают канавку 1 (рис.5), в которую через отверстие 2 подводят смазочный материал.

Материал вкладышей выбирают с учетом условий работы, назначения и конструкции опор, а также стоимости и дефицитности материала и должен иметь:

1)  малый коэффициент трения и высокую сопротивляемость заеданию в периоды отсутствия режима жидкостного трения (пуски, торможение и т. п.);

2) достаточную износостойкость наряду со способностью к при­работке. Износостойкость вкладыша должна быть ниже износо­стойкости цапфы, так как замена вала обходится значительно до­роже, чем замена вкладыша;

3) достаточно высокие механические характеристики и особенно высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок.

При невысоких скоростях скольжения (vs≤5 м/с) применяют чугуны. Чугун обладает хорошими антифрикционными свойствами бла­годаря включениям свободного графита, но прирабатывается хуже, чем бронзы, имеет высокую хрупкость и высокую стоимость.

При значительных нагрузках (р до 15 МПа) и средних скоростях скольжения (vs до 10 м/c) широки используют бронзу. Бронзы оловянные, свинцовые, кремниевые, алюминиевые и прочие обладают достаточно высокими механическими харак­теристиками, но сравнительно плохо прирабатываются и способ­ствуют окислению масла.  Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы.

Баббиты разных марок применяют для подшипников скольжения, работающих в тяжелых условиях; баббиты хорошо прирабатываются, стойки против заедания, мало изнашивают вал, не окисляет масло, но имеют невысокую прочность и низкую температуру плавления и поэтому их используют для заливки чугунных и бронзовых вкладышей. Лучшими являются высокооловянные баббиты Б88, Б83.

Металлокерамические вкладыши вследствие пористости пропитываются маслом и могут длительное время работать без подвода смазки. Из неметаллических материалов для вкладышей применяют текстолит, капрон, нейлон, резину, дерево и др. Неметаллические материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, могут работать без смазки или с водяной смазкой, что имеет существенное значение для подшипников гребных винтов, пищевых машин и т.п.

В целях повышения прочности подшипников, в особенности при переменных и ударных нагрузках, применяют так называемые би­металлические вкладыши, у которых на стальную основу наплав­ляют тонкий слой антифрикционного материала — бронзы, серебpa, сплава алюминия.

 

Рис. 4. Разъемный подшипник скольжения: 1 — станина;

2, 3 — вкладыши (полукольца); 4 — крышка; 5 — болт

 

Рис. 5. Вкладыш: 1 — канавка; 2 — отверстие для подвода смазки

 

11

Рис.5.1. Конструкция вкладыша подшипника скольжения
а) вкладыш-втулка; б) вкладыш из двух половин с заливкой

 

Смазочные канавки делают в верхнем вкладыше (в ненагруженной зоне подшипника), как показано на рис. 5. Для того чтобы вкладыши не имели осевых перемещений, их изготовляют с буртиками. Для удержания вкладышей от вращения вместе с валом предусматривают их закрепление с помощью штифтов и т.п. При укладке вкладышей в разъемный корпус ме­жду ними устанавливают регулировочные прокладки из тонколистовой ста­ли или латуни.

Между крышкой и корпусом подшипника имеется зазор δk<5 мм (см. рис. 4). При небольшом изнашивании вкладыша благодаря этому зазору можно компенсировать величину износа под­тягиванием болтов. Это одно из достоинств разъемного подшипника по сравнению с не­разъемным. Кроме того, к достоинствам та­кого подшипника относится возможность быстрой смены изношенного вкладыша.

Самоустанавливающиеся подшипники скольжения могут быть разъ­емными и неразъемными. От описанных выше они отличаются тем, что вкладыш 1 (рис. 6) имеет шаровую опорную поверхность.

Рис. 6. Самоустанавливающийся подшипник: 1 — вкладыш

 

Такая конструкция допускает небольшой угловой поворот оси вклады­ша, что положительно сказывается на работе трущейся пары вал—подшип­ник (при этом давление распределяется по всей длине цапфы почти равно­мерно).

Вкладыши самоустанавливающихся подшипников изготовляют из чугу­на или стали с последующей заливкой баббитом, свинцовой бронзой и т. п.

Существенное значение в подшипниках скольжения имеет отношение длины (l) подшипника  к диаметру (d). С увеличением (l) уменьшается среднее давление в подшипнике, резко возрастают кромочные давления и повышается температура.

Уменьшение длины подшипника  ниже некоторого предела приводит к усиленному вытеканию масла и к снижению несущей способности.

Оптимальное отношение l/d=0,6…1,0.

У коротких l/d=0,3…0,4; у длинных l/d=1,0…1,5.

В прецизионных подшипниках скольжения производят регулировку зазора. Оптимальный зазор устанавливают на заводе-изготовителе, а компенсация выработки – при ремонтах.

Разъемные подшипники регулируют, сближая вкладыши, путем уменьшения толщины прокладок между ними или снятием слоя металла с поверхности контакта крышки и корпуса

Подпятники (опорные подшипники) служат для поддержания вра­щающихся осей и валов при действии нагрузки, направленной вдоль оси враще­ния (т. е. при осевой нагрузке).

Подпятники могут быть с плоской пятой (рис. 7, а), с кольцевой пя­той (рис. 7, б) и с гребенчатой пятой (рис. 8).

Подпятник (рис. 9) состоит из стального или чугунного корпуса 7, крышки 2 и опорного вкладыша 4. Для возможности самоустановки опор­ный вкладыш 4 может опираться на сферическую поверхность. Опорные вкладыши изготовляют из тех же антифрикционных материалов, что и вкладыши радиальных подшипников. Деталь 3 — втулка радиального под­шипника.

Рис. 7. Подпятники: а — с плоской пятой; б — с кольцевой пятой

Рис. 8. Подпятник с гребенчатой пятой

 

Рис. 9. Опора вала: 1 — корпус; 2 — крышка;

3 — втулка радиального подшипника; 4 — опорный вкладыш

 

Смазывание подшипников скольжения

Смазыванием называется подведение смазочного материала в зону трения, смазкой – действие смазочного материала.

Подвод смазочного материала к подшипникам и подпятникам сколь­жения осуществляется следующими способами:

- периодическим смазыванием (через отверстие) жидким смазочным материалом (см. рис. 1);

- смазыванием набивкой (солидол и т. д.) с помощью масленки с ша­ровым клапаном (рис. 10, а);

- периодической заливкой жидкого смазочного материала или набив­кой консистентного смазочного материала с помощью колпачковой масленки (рис. 10, б);

- смазыванием жидким смазочным материалом с помощью масленки с фитилем (рис. 10, в);

Рис. 10. Способы смазывания подшипников: а — масленка с шаровым клапаном;

б— колпачковая масленка; в — масленка с фитилем; г — смазывание кольцом; д — смазывание оку­нанием

 

- смазыванием кольцом 1 (при специальной конструкции корпуса под­шипника (рис. 10, г) при этом способе нижнюю часть подшипника выполняют как резервуар для масла, в верхнем вкладыше прорезают щель, пропускающую смазочные кольца 1 (рис. 11). Масло подает­ся к поверхностям трения кольцом, увлекаемым во вращение валом;

- применение   масляной   ванны:   при   этом   способе   подпятник   7 (рис. 10, д) находится в масляной ванне.

Рис. 11. Смазывание подшипника кольцом: 1 — кольцо;

2 — цапфа; 3 — резервуар для масла

 

Кроме указанных существует еще много других способов, в том числе принудительное смазывание под давлением, капельное, разбрызгиванием, смазыванием масляным туманом и т. д.

Смазывание подшипника по схеме, показанной на рис.11, осущест­вляется кольцом. Металлическое кольцо 1 большего, чем у цапфы вала 2, диаметра свободно висит на цапфе вала, нижней частью погруженное в масляную ванну 3. При вращении вала вращается и кольцо. Масло с коль­ца стекает на цапфу вала и, растекаясь вдоль него, попадает в зону трения.

Сравнительная характеристика смазочных устройств.

Наиболее простой способ смазывания — периодическая заливка сма­зочного материала через отверстие 1 (см. рис. 1). Недостаток этого спо­соба — возможность попадания абразивных частиц в зону смазывания.

Смазывание с помощью масленки с шаровым клапаном или колпачковой масленкой (рис. 10, а, б) также требует наблюдения. Этого недостат­ка не имеет фитильный способ (рис. 10, в). Недостатком этого способа подвода смазочного материала является то, что масло подается к цапфе вала и тогда, когда вал не вращается (отсюда — повышенный расход сма­зочного материала). Кольцевой способ смазывания (рис. 10, г) — наибо­лее оптимальный, но при этом усложняется конструкция корпуса подшип­ника. Подшипники в масляной ванне (рис. 10, д — подпятник) также требуют усложнения конструкции корпуса подшипника (необходимость создания хорошего уплотнения вала).

Смазочные материалы.

Для уменьшения трения и изнашивания, охлаждения и очистки от продуктов износа подшипники скольжения смазывают смазочными материалами, которые должны быть маслянистыми и вязкими.

Маслянистость характеризует способность смазочного материала образовывать на поверхности трения устойчивые тонкие пленки, предотвращающие непосредственный контакт поверхностей.

Вязкость характеризует объемное свойство смазочного материала оказывать сопротивление относительному перемещению его слоев.

Смазочные материалы могут быть: жидкие (масла), пластичные (мази), твердые (порошки, покрытия) и газообразные (газы).

Масла являются основным смазочным материалом. Имеют низкий коэффициент внутреннего трения, хорошо очищают и охлаждают рабочие поверхности, их легко подводить к местам смазывания, но требуются уплотняющие устройства в местах смазывания от вытекания масла.

Масла бывают минеральные и органические.

Минеральные масла — продукты перегонки нефти — наиболее часто применяют для подшипников скольжения. К ним относят масла индустриальные (И-Л-А-22, И-Г-А-46), моторные и др.

Органические масла — растительные (льняное и др.) и животные (костное и др.) — обладают высокими смазывающими свойствами, но дороги и дефицитны. Их применяют редко.

В настоящее время для смазки машин применяются в основном лишь минеральные масла - продукты перегонки нефти. Из растительных может применяться только касторовое масло, обладающее очень высокими смазывающими свойствами; другие растительные масла окисляются и для смазки не годятся.

Желательно применять, по возможности, жидкие масла со смазкой окунанием в масляную ванну. При весьма высоких угловых скоростях вращения деталей (свыше 5000 об/мин) применяют подачу жидкой смазки форсунками под давлением, так как при таких скоростях начинают сильно возрастать гидравлические потери на взбалтывание масла. Консистентную смазку применяют в отдельных точках, где нельзя организовать масляную ванну. Количество точек смазки в машинах должно бить минимальным,  иначе усложняется их   техническое обслуживание. Твердые смазки содержат графит и применяются при очень больших давлениях и малых скоростях относительного перемещения смазываемых деталей, например, для смазки листовых рессор.

Вязкость является важнейшим свойством масел. Различают абсолютную или динамическую вязкость, которая выражает сопротивле­ние сдвигу молекулярных слоев жидкости и относительную или кинематическую вязкость, которая характеризуется временем истечения жидкости через калиброванное отверстие при опре­деленной температуре (50 или 100°С).

μ=γv

где γ - удельный вес масла, который можно принимать равным 0,9;

𝜇 - абсолютная вязкость в сантипаузах (СПЗ);

v - относительная вязкость в сантистоксах (ССТ).

Вязкость масел очень сильно изменяется с изменением температуры: с повышением температуры масло становится жидким и теряет смазывающие свойства, а с понижением - оно сильно густеет, создавая дополнительные сопротивления вращению и затрудняя пуск машин. Оптимальной можно считать температуру масла 50 - 70°С. При более высоких температу­рах масла должны содержать специальные присадки.

Все сорта масел нормализованы по ГОСТ, различаются по назначению.

К маслам универсального назначения относятся так называемые индустриальные масла разных марок,  например, индустриальное масло - 50 (вязкость 50 сст при 50°С).

Широкое распространение получили автотракторные масла: автолы, дизельные, нигролы, гипоидные. Первые два сорта масла - для смазки двигателей, вторые - для трансмиссий.

Авиамасла подобны автотракторным, но отличаются луч­шим качеством очистки.

Кроме того, широко применяются другие типы масел: турбинные, веретенные, сепараторные. Общее соображение по применению масел вытекает из гидродинамической теории смазки: чем выше скорости, тем меньше должна быть вязкость масла; при сверхвысоких скоростях даже воздух является смазкой и создает жидкостное трение.

Воду как смазочный материал применяют для подшипников с вкладышами из дерева, резины и пластмасс. Во избежание коррозии вал выполняют с покрытием или из нержавеющей стали.

Пластичные смазочные материалы (мази) изготовляют загущением жидких минеральных масел мылами жирных кислот или углеводородами. В зависимости от загустителя пластичные смазочные материалы делят на солидолы, консталины и др. Они хорошо заполняют зазоры, герметизируя узлы трения. Вязкость их мало меняется с изменением температуры. Применяют в подшипниках, работающих при ударных нагрузках и малых скоростях.

Антифрикционные материалы.

Это материалы и сплавы, обладающие низким коэффициентном трения в паре со стальным валом. К ним предъявляются, кроме того, следующие требования:

а) хорошая прирабатываемость;

б) способность удерживать масляную пленку, которая должна как бы прилипать к поверхности;

в) хороший отвод тепла;

г) достаточная механическая прочность.                

Всеми этими качествами не обладает ни один из антифрикционных материалов, например:

Баббиты - оловянистые сплавы - не обладают свойством (г), однако их наплавляют на стальной, бронзовый или чугунный вкладыш, что и решает вопрос прочности.

Бронзы оловянистые и свинцовистые слабо обладают свойством (а).

Сплавы на алюминиевой основе слабо обладают свойст­вом (г).

Антифрикционные чугуны вообще обладают недостаточными антифрикционными свойствами и могут применяться лишь при малых удельных давлениях и скоростях.

Неметаллические материалы (пластмассы) имеют довольно высокое значение коэффициента трения и не обладают свойством (в).

Твердые смазочные материалы — графит, дисульфид молибдена и др.— применяют в машинах, когда по условиям производства нельзя: или нецелесообразно применять масла или мази (ткацкие станки, пищевые машины и др.).

Газообразные смазочные материалы — воздух, пары углеводород и др.— применяют в малонагруженных подшипниках при очень высоких частотах вращения — до 250 тысяч оборотов в минуту (электро и пневмошпиндели, центрифуги).

 

Материалы подшипников скольжения

Подшипниковые материалы выбирают исходя  из условия работы со стальными цапфами валов.  Стоимость валов значительно выше стоимости подшипников и поэтому они должны изнашиваться меньше, чем вкладыши.

Подшипники работают тем надежнее, чем выше твердость валов. Для быстроходных валов шейки имеют твердость HRC 55…60 и изготавливаются из цементуемых сталей.

Комплексные требования к подшипниковым материалам:

– антифрикционность (низкий коэффициент трения скольжения);

– износостойкость и усталостная прочность.

Эти требования обеспечиваются следующими основными свойствами подшипниковых материалов:

а) теплопроводность – создает интенсивный теплоотвод от поверхностей трения и малый коэффициент линейного расширения во избежание больших изменений зазоров.

б) прирабатываемость – обеспечивает уменьшение кромочных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями  изготовления.

в) хорошая смачиваемость маслом и способность образовывать на поверхности стойкие и быстровосстанавливаемые  масляные пленки.

По химическому составу  антифрикционные материалы делятся  на три большие группы:

– металлические – бабиты, бронзы, сплавы на цинковой основе, на алюминиевой основе, антифрикционные чугуны;

– металлокерамические (железографитовые, получаемые методом порошковой металлургии);

– неметаллические – пластмассы, древесные пластики, резина.

В качестве материала, контактирующего с цапфой вала, в подшипниках скольжения применяются:

1. при спокойной нагрузке, удельном давлении до 20 МПа и малых скоростях скольжения до 5 м/с антифрикционные чугуны с повышенным содержанием свободного графита (табл. 1);

 

Таблица 1. Режимы работы подшипников из антифрикционных чугунов

Чугун
(марка)

НВ,
10 Н/мм2

Состояние
цапфы вала

Удельное
давление, p
не более, МПа

Скорость
скольжения, v
не более, м/с

pv,
не более,
МПа×м/с

АЧС-1

177-225

Термообработанная

8,8

2

1,8

АЧС-2

186-225

Термообработанная

5,9

3

4,4

АЧС-3

157-186

Сырая

5,9

3

4,4

АЧВ-1

206-255

Термообработанная

11,8

5

11,8

АЧВ-2

164-193

Сырая

--

--

--

АЧК-1

193-213

Термообработанная

11,8

5

11,8

АЧК-2

164-193

Сырая

--

--

--

ЧМ-1,3

183-257

Термообработанная

19,6

1

19,6

ЧМ-1,8

203-257

Термообработанная

0,5

25

12,5

 

2. бронзы оловянистые (БрОЦС5-5-5; БрОФ10-1 и др.), свинцовистые и оловянисто-свинцовистые (БрС-30; БрО5С25 и др.), безоловянистые (БрА9Ж3Л; БрА10Ж4Н4Л и др.) являются наиболее распространённым подшипниковым материалом при скоростях скольжения до 12 м/с и удельных давлениях до 25 МПа;

3. латуни (медноцинковые сплавы, например, ЛАЖМц52-5-2-1, ЛКС80-3-3 и др.) применяют для изготовления низкоскоростных подшипников при скоростях скольжения до 2 м/с и удельных давлениях до 12 МПа;

4. для изготовления высокоскоростных подшипников в условиях обильной смазки и хорошего теплоотвода при скоростях скольжения до 15 м/с и удельных давлениях до 12 МПа; применяют оловянные, свинцово-оловянные и свинцовые баббиты, например Б89 (89% олова, 9% сурьма, ост. медь), Б16 (16% олова, 16% сурьма, 1,8% медь, ост. свинец);

5. лёгкие сплавы на алюминиевой основе находят широкое применение, для изготовления поверхностей трения подшипников - для неответственных подшипников используют алюминиево-кремниевые сплавы (литейные АЛ3, АЛ4, АЛ5, деформируемые АК4, АК4-1), наиболее высокими антифрикционными качествами обладают алюминиево-оловянные композиты, получаемые спеканием порошковых материалов (например, АО20); по рабочим характеристикам эти материалы приближаются к баббитам при существенно меньшей цене и более высокой износостойкости;

6. неметаллические материалы (ДСП, текстолит, поликарбонаты, капрон, найлон, фторопласты, резины) применяют для изготовления подшипников, работающих при скоростях скольжения до 5 м/с и удельных давлениях до 10 МПа, некоторые из этих материалов (ДСП, резины) допускают использование воды в качестве смазки;

7. металлокерамика (бронзографит, железографит) получается спеканием порошков при высокой температуре и применяется при скоростях скольжения до 3 м/с, удельных давлениях до 6 МПа и недостатке смазки, металлокерамика отличается высокой пористостью (поры занимают до 40% объёма), вследствие чего способна впитывать большие количества масла, этого запаса масла хватает обычно на несколько месяцев работы подшипника без смазки.

Для работы с большинством перечисленных антифрикционных материалов цапфы вала необходимо подвергать термической или химикотермической обработке с целью получения высокой твёрдости рабочей поверхности > HRC 50, а в некоторых случаях (железистые бронзы высокой твёрдости, алюминиевые сплавы) > HRC 55. При этом точность изготовления диаметральных размеров для большинства подшипников лежит в пределах 6…7 квалитетов ЕСДП (единая система допусков и посадок), а шероховатость поверхности Ra – 2,5…0,25 мкм. Более высокая гладкость поверхности цапфы нежелательна вследствие слабого удержания на ней смазки.

 

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

Достоинства подшипников скольжения:

- сохранение   работоспособности при  высоких угловых скоростях валов (газодинамические подшипники в турбореактивных двигателях  при n > 10 000 об/мин);

- при больших скоростях вращения - при необходимости точного центрирования осей;

- выдерживание больших радиальных нагрузок;

- возможность изготовления разъемной конструкции, что допускает их применение для коленчатых валов;

- небольшие габариты в радиальном направлении, что позволяет применять в машинах очень малых и очень больших габаритах;

- сохранение работоспособности в особых условиях (в химически аг­рессивных средах, воде, при значительном загрязнении);

- бесшумность работы и обеспечение виброустойчивости вала при работе подшипника в режиме жидкостного трения (масляный слой между поверхностями цапфы и вкладыша обладает способностью гасить колебания);

- теоретически бесконечный ресурс при жидкостном трении;

- способность демпфирования;

- простота изготовления и ремонта.

Недостатки подшипников скольжения:

- большое изнашивание вкладышей и цапф валов из-за трения (не относится к подшипникам, работающим в режиме жидкостного трения, КПД которых > 0,99);

- необходимость применения дорогостоящих цветных сплавов (бронза, баббит) для вкладышей;

- необходимость постоянного ухода и большой расход дорогих смазочных ма­териалов, необходимость его очистки и охлаждения;

- значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке;

- большой пусковой момент;

- высокая стоимость и малая технологичность;

- значительные габариты в осевом направлении (длина вкладышей мо­жет достигать 3d, где d — диаметр цапфы вала);

- не обеспечена взаимозаменяемость подшипников при ремонте, так как большинство типов подшипников не стандартизовано.

Кроме того, следует иметь в виду, что массовое производство подшип­ников скольжения не организовано.

Подшипники скольжения следует применять там, где нельзя применить подшипники качения, а именно:

а) когда подшипник должен быть разъемным по оси (например, подшипники средних шеек коленчатого вала);

б) для очень больших нагрузок, когда подходящих стандартных подшипников качения подобрать нельзя;

в) для сверхбыстроходных валов, где центробежные силы инерции не допускают применения подшипников качения;

г) для работы в сильно загрязненной среде или воде.

 

Область применения подшипников скольжения

- Для валов с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, молоты и др.).

- Для коленчатых валов, когда по условиям сборки необходимы разъемные подшипники.

- Для валов больших диаметров (диаметром более 1 м), для которых отсутствуют подшипники качения.

- Для высокоскоростных валов, когда подшипники качения непригодны вследствие малого ресурса (центрифуги и др.).

- При очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков и др.).

- В дешевых тихоходных машинах, бытовой технике.

- При работе в воде и агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны;

- Опоры близко расположенных валов.

Распространенное мнение, что подшипники скольжения дешевле подшипников качения,  глубоко ошибочно.

 

Характерные дефекты и поломки подшипников скольжения

Характерные дефекты и поломки подшипников скольжения вызваны трением:

- температурные дефекты (заедание и выплавление вкладыша);

- абразивный износ;

- усталостные разрушения вследствие пульсации нагрузок.

При всём многообразии и сложности конструктивных вариантов подшипниковых узлов скольжения принцип их устройства состоит в том, что между корпусом и валом устанавливается тонкостенная втулка из  антифрикционного материала, как правило, бронзы или бронзовых сплавов, а для малонагруженных механизмов из пластмасс.

Большинство радиальных подшипников имеет цилиндрический вкладыш, который, однако, может воспринимать и осевые нагрузки за счёт галтелей на валу и закругления кромок вкладыша. Подшипники с коническим вкладышем применяются редко, их используют при небольших нагрузках, когда необходимо систематически устранять ("отслеживать") зазор от износа подшипника для сохранения точности механизма.

 

Критерии работоспособности и расчета подшипников скольжения

Основными критериями работоспособности и расчета подшипников являются:

а) Теплостойкость. Работа трения нагревает подшипник. С повышением температуры снижается вязкость смазки, толщина смазочного слоя и увеличивается вероятность заедания цапфы в подшипнике. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения. Поэтому основные характеристиками являются сопротивление абразивному изнашиванию, заеданию и схватыванию;

б) Износостойкость. Работа подшипника сопровождается износом вкладыша и цапфы, что нарушает правильную его работу. Интенсивность износа определяет долговечность подшипника.

в) Статическая и усталостная прочность. В случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Такому разрушению подвержены вкладыши из баббитов и пластмасс. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко.

Абразивное изнашивание вкладышей происходит вследствие попадания со смазочным материалом на трущиеся поверхности абразивных частиц (пыли, грязи) и неизбежного трения при пуске и останове. Если износ превышает норму, вкладыш заменяют.

Заедание происходит при перегреве подшипника. Вследствие трения нагреваются цапфа, вкладыш и масло. С повышением температуры понижается смазочная способность масла, которая связана с прочностью тонкой масляной пленки на поверхностях трения. При повышении температуры в рабочей зоне подшипника до некоторого критического значения эта пленка разрушается. Возникает трение без смазки  (металлический контакт), что влечет за собой дальнейшее повышение температуры и заедание (схватывание) поверхностей трения. Заедание приводит к выплавлению вкладыша. Подшипник выходит из строя.

Схватывание возникает при потере масляной пленки своей защитной способности из-за повышенных местных давлений и температур. Этому способствует повышение  кромочных давлений как следствие перекоса вала в подшипнике. Конечной стадией отказа подшипника является полное захватывание  цапфы в подшипнике в результате разогрева цапфы и выборке зазора  в подшипнике до нуля.

Усталостные разрушения фрикционного слоя  наблюдаются при значительной  пульсации нагрузки: в поршневых машинах, в машинах ударного и вибрационного действия. При  некачественной заливке вкладышей наблюдается отслаивание заливки.

Основным расчетом подшипников скольжения является расчет на жидкостное трение, который основывается на том, что масляный слой  должен воспринимать всю нагрузку, а его толщина должна быть больше сумм неровностей обработки цапфы и вкладыша. Составной частью расчета является тепловой расчет, т.к. недопустимое повышение температуры приводит к изменению свойств смазки и выплавлению заливки вкладышей.

Кроме того, применяются условные расчеты.

 

Условный расчет подшипников скольжения и подпятников

Подшипники скольжения чаще всего выходят из строя вследствие абразивного изнашивания или заедания. В машинах, где подшипники вос­принимают большие ударные и вибрационные нагрузки, возможно устало­стное разрушение рабочего слоя вкладышей.

Условный расчет подшипников скольжения проводят для подшипни­ков, работающих в условиях граничного трения (режим полужидкостной смазки), когда трущиеся поверхности гарантированно не разделены слоем смазочного материала, а на рабочей поверхности вкладыша имеется лишь тонкая масляная пленка, которая может разрушиться. Этот расчет проводят для обеспечения износо­стойкости и отсутствия заедания. К таким подшипникам относятся подшипники грубых тихоходных механизмов, машин с частыми пусками и остановками, неустановившимся режимом нагрузки, плохими условиями подвода смазки и т. д.

Для подшипников жидкостного тре­ния производят специальный расчет, основанный на гидродинамической теории смазывания.

Интенсивность изнашивания зависит от давления между цапфой и вкладышем, материалов, из которых они изготовлены, стойкости масляной пленки и долговечности сохранения смазывающих свойств масла.

Подшипники, работающие в условиях граничного трения, рассчитывают по условной методике. Во-первых, ограничивают среднее давление рс между цапфой и вкладышем, что обеспечивает ограничение износа и невыдавливание смазки между рабочими поверхностями вкладыша подшипника и цапфы. Во-вторых, по произведению рсv (v – окружная скорость вращения цапфы) пару «цапфа – вкладыш» рассчитывают на нагрев с тем, чтобы обеспечить нормальный тепловой режим работы подшипника. Произведение рс∙v  характеризует удельную мощность трения, поэтому при превышении допускаемого значения  [рсv] температура локально повышается настолько, что происходит разрыв масляного слоя, и, как следствие, схватывание поверхностей цапфы и вкладыша.

Одна из основных условностей расчета состоит в том, что давление считают равномерно распределенным по поверхности контакта цапфы и вкладыша, как показано на рис.12.1. Установить истинный закон распределения давлений практически невозможно, так как он зависит от большого числа факторов, в частности, от жесткости цапфы и вкладыша, погрешностей монтажа, режима эксплуатации и т. д.

одшипник4_7

Рис.12.1

 

Расчет по среднему давлению рс гарантирует невыдавливаемость сма­зочного материала и представляет собой расчет на износостойкость, а расчет по v обеспечивает нормальный тепловой режим и отсутствие за­еданий.

Условие нормальной работоспособности подшипников скольжения и подпятников в условиях граничного трения:

pc≤[pc],                                                                           (1)

pcv≤[pcv],                                                                                       (2)

где рс — действительное среднее давление между цапфой и вкладышем (или пятой); v — окружная скорость цапфы; [рс]— допускаемое давление и [pcv] — допускаемое значение критерия (можно выбирать по табл. 1.1).

Если при расчете условия не выполняются, то необходимо изменить материал или ширину вкладыша и повторить расчет.

Условный расчет для подшипников, работающих в условиях гранично­го трения, является основным, его выполняют в большинстве случаев как проверочный, а для подшипников жидкостного трения — как ориентиро­вочный.

 

Таблица 1.1. Допускаемые значения давления [рс] и критерия [pcv]

для подшипников скольжения и подпятников

Материал цапфы и вкладыша

[pc], МПа

[pcv]

Сталь по чугуну

2-4

1-3

Сталь по бронзе БрОбЦбСЗ

4-6

4-6

Сталь закаленная по бронзе БрА9Ж4

15-20

18-12

Сталь по антифрикционному чугуну АЧК-1, АЧК-2

при v = 0,2 м/с

9

1,8

То же, при и = 2 м/с

0,05

0,1

Сталь по антифрикционному чугуну АЧК-1, АЧК-2

при v = 1 м/с

12

12

То же, при v = 5 м/с

0,5

2,5

Сталь закаленная по баббиту

6-10

12-25

 

Среднее рабочее давление между цапфой и вкладышем (рис. 12.2) определяют по формуле

где Fr — радиальная нагрузка на подшипник; d — диаметр цапфы; l — дли­на цапфы; dl — проекция опорной поверхности на диаметральную плос­кость.

Длину цапфы назначают в зависимости от диаметра вала l=𝜑d, где φ= 0,5…1,2 выбирают из опыта эксплуатации.

Рис. 12.2. Расчетная площадь смятия подшипника

 

Расчетная окружная скорость цапфы

где ω — угловая скорость цапфы; d — ее диаметр.

Среднее рабочее давление под пятой (рис. 7, б)

где Fa — осевая нагрузка; d и d0 — диаметры пяты;

К = 0,8...0,9 — коэффициент, учитывающий уменьшение опорной по­верхности из-за наличия смазочных канавок.

Расчетная окружная скорость вала

v

где ω — заданная угловая скорость вала;

  - приведенный радиус;

d и d0 — диаметры пяты.

Тепловой расчет подшипников скольжения

Для современных быстроходных машин тепловой расчет подшипников имеет решающее значение. Расчет ведут на основе теплового баланса, т.е. приравнивание теплообразования в подшипнике к теплопередаче.

Теплообразование в подшипнике

Т.е. количество тепла, выделяющегося в подшипнике в единицу времени.

W=(W1+W2).

Теплоотдача происходит:

а) через корпус и вал;

б) через смазку, вытекающую из подшипника.

в) через корпус и вал.

W1=KT∙F∙(tM-t0),  ккал/ч,

где F – свободная площадь подшипника,  

KT – коэффициент теплоотдачи.

KT=6+10,

где V𝛽 – скорость омывания корпуса воздухом. Наименьшее значение V𝛽 = 1 м/с.

(tM – t0) избыточная t° подшипника.

б) теплоотвод через смазку, вытекающую из подшипника

где Q – объем масла, прокачиваемого через подшипник, л/мин;

ν – плотность масла, равная 0,87-0,89;

C – теплоемкость масла С = (0,4…0,5) ккал/кг

– температура масла на входе  и выходе в подшипник.

Уравнение баланса

W=(W1+W2).

Температура подшипника должна быть не выше 60…75 ℃.

Приведённый вид расчёта обычно используется при проектировании опор с необеспеченным жидкостным трением либо является предварительным при проектировании опор жидкостного гидродинамического трения, параметры которых уточняются в последующем в процессе гидродинамического расчёта подшипника скольжения.

 

Работа подшипников скольжения при жидкостном режиме смазки и понятие об их расчете

Без смазки между цапфой вала 1 (рис. 13, а) и вкладышем 2 имеет место металлический контакт, что при вращении вызывает большое повышение температуры и абразивный износ. Перегрев подшипника является основной причиной его разрушения, что связано с заеданием цапфы и выплавлением вкладыша. Для уменьшения трения и износа подшипники смазывают.

Виды трения скольжения:

Чистое трение. Может иметь место при полном отсутствии на трущихся поверхностях каких-либо примесей даже в виде адсорбированных молекул жидкостей или газов. Оно возможно только в вакууме после специальной подготовки поверхностей.

Сухое трение. Оно проявляется в том случае, если поверхности покрыты пленками окислов, адсорбированными молекулами жидкости или газов.

Граничное трение. Возникает при наличии между контактирующими поверхностями слоя смазки толщиной порядка 0,01 мкм и обладающей свойствами, отличными от её обычных объёмных свойств.

Смешанное трение. Существует в том случае, если на различных участках поверхности возникают различные виды трения. Это возможно, если h<Rz1+Rz2, где h – толщина слоя смазки, Rz1, Rz2 – высоты микронеровностей.

Жидкостное трение. Возникает между смазанными поверхностями, если h>Rz1+Rz2. Нагрузка передается между контактирующими телами только через слой смазки. В этом случае нет износа и ресурс практически неограничен.

 

Гидродинамический эффект

Основы гидродинамической теории смазки заложены русским ученым и инженером Николаем Павловичем Петровым в 1883 г. Основные математические решения получены позднее английским ученым Рейнольдсом.

При жидкостном трении взаимодействие между поверхностями трущихся тел уступает место взаимодействию между частицами смазки, то есть возникает внутреннее трение. Важнейшими характеристиками внутреннего трения являются липкость и вязкость.

Липкость – способность смазки образовывать граничные слои на поверхностях металлов.

Вязкость – свойство смазки сопротивляться сдвигающим силам. Она измеряется касательной силой, приходящейся на единицу площади одной из двух параллельных плоскостей, находящихся в смазке на единичном расстоянии друг от друга и двигающимися относительно друг друга с единичной скоростью.

Рассмотрим движение плоской пластины относительно неподвижной поверхности (рис.13.1). В случае ламинарного движения F=𝜏S, где S – площадь поверхности пластины; τ - касательное напряжение сдвига в слое смазки.

Ньютоном установлено, что

где μ - динамический коэффициент вязкости смазки, [Нс/м2] (является функцией температуры и давления), h – толщина слоя смазки.

C

Рис.13.1

 

Рассмотрим теперь движение наклонной пластины относительно неподвижной поверхности. При этом условимся, что смазка несжимаема и нет скольжения на границе жидкость –  твердое тело.

Рассмотрим распределение скоростей в трех сечениях a, b, c (рис 13.2). Скорости жидкости в сечениях a, b и c у поверхности А одинаковы и равны V. В сечении c по мере движения от поверхности А к поверхности В связь между слоями смазки (за счет сил вязкости) ослабевает и эпюра скорости носит вогнутый характер. В сечении b толщина слоя смазки сократилась, и чтобы через него прошло то же количество смазки, необходимо, чтобы возросла её скорость, так как смазка несжимаема. Эпюра скорости носит здесь линейный характер. В сечении а толщина слоя смазки ещё более сократилась и по той же причине эпюра скорости должна носить выпуклый характер.          

D

Рис.13.2

 

При затягивании смазки в клиновидный зазор в ней возникает гидродинамическое давление, распределение которого описывается уравнением Рейнольдса

где  h0 – толщина слоя смазки в месте, где dP/dx=0.

Согласно этому уравнению эпюра давления имеет вид, показанный на рис.13.2. Это давление передается на ограничивающие смазочный слой твердые поверхности так, что одно из тел (тело А) как бы всплывает на смазочной пленке, чем полностью предотвращается непосредственное касание контактирующих тел.

 

Контактно – гидродинамическая  теория смазки

Теорию контактно – гидродинамической смазки можно кратко определить как науку об изучении условий, в которых упругая деформация контактирующих тел играет существенную роль в гидродинамическом процессе смазки. В машиностроении много механизмов, где нагрузки передаются через сосредоточенные линейные или точечные контакты. Типичными примерами последних являются зубчатые передачи и подшипники качения.

Классическая гидродинамическая теория не позволяет объяснить, почему в самых жестких по уровню напряжений условиях должна существовать смазка, почему она способна противостоять таким давлениям. Однако если допустить зависимость вязкости от давления и упругую деформацию контактирующих твердых тел, то можно показать, что существует удовлетворительная смазка в таких условиях.

Рассмотрим схематично упругий линейный контакт (см. рис 13.3).

E

Рис.13.3

 

Здесь мы наблюдаем возникновение клиновидного зазора. Течение смазки в таком зазоре описывается  уравнением Рейнольдса

В таком контакте возникают огромные давления и вязкость меняет свою величину по приближенному закону Баруса: μ=μ0∙en, где μ0 – динамический коэффициент при атмосферном давлении, n – пьезокоэффициент вязкости смазки.

При действии гидродинамического давления происходит деформация поверхностей и меняется форма зазора между ними. Как известно, зазор между двумя круговыми цилиндрами до деформации на узком участке с большой точностью можно представить в виде квадратной параболы (рис.13.4)

Рис.13.4

 

Деформацию поверхности (прогиб) можно описать выражением

где А – коэффициент пропорциональности, Е – модуль упругости.

Форма зазора после деформации описывается уравнением

где - приведенная кривизна контактирующих тел, x – координата точки, где определяется величина зазора.

Совместное решение уравнений (1) и (3) дает распределение толщины смазочного слоя и гидродинамического давления по площадке контакта, в виде представленном на рис 13.5.

J

Рис.13.5

 

Контактно-гидродинамическая теория смазки позволила объяснить наличие смазочной пленки достаточной толщины при значительных давлениях в условиях сосредоточенного линейного и точечного контактов. Она позволяет подбирать такие режимы трения, при которых возникает жидкостное трение.

 

Режимы работы подшипников скольжения

В момент пуска и при малой угловой скорости наблюдается режим граничной смазки, когда толщины масляной пленки не хватает для разделения поверхностей трения (рис. 14.1, а). Вращающийся вал, как насос, вовлекает масло в клиновой зазор между цапфой и вкладышем, который образуется за счет смещения центров  О1 и О2 на величину радиального зазора δ = О1О2 (рис. 14.1, а). Из  гидродинамической  теории  смазки  (Петров Н.П., 1883г.)  следует,  что  в сужающемся  клиновом   зазоре  между  сопряженными   поверхностями при движении возникает избыточное гидродинамическое давление р (рис. 14.1, б), под действием которого вал всплывает. По мере увеличения скорости толщина слоя масла в зазоре увеличивается, но отдельные микронеровности трущихся поверхностей задевают друг друга. Такую работу подшипника характеризует режим полужидкостной смазки.

а)                                               б)                                                   в)

Рис.14.1

 

При дальнейшем возрастании скорости ω и достижении ее критического ωкр значения возникает устойчивый слой масла толщиной hmin> Rz1 + Rz2, (где Rz – максимальные шероховатости трущихся поверхностей), который полностью разделяет цапфу и вкладыш (режим жидкостного трения) и воспринимает нагрузку Fr. Вал смещается в сторону вращения (точка O1′), образуя эксцентриситет e = О1′О2. При ω→∞, эксцентриситет e →0, но полного совпадения центров О1 и О2 быть не может, так как нарушится клиновая форма зазора, как одно из обязательных условий создания гидродинамического давления p.

Толщина h масляного слоя является функцией характеристики режима трения λ=μω/p, где ω = πn/30 – угловая скорость цапфы, с-1;  p = Fr /(dl) – условная нагрузка на подшипник, Па; μ – динамическая вязкость масла, Па∙с.

а)                                                       б)                                                       в)

Рис.14.2

 

На рис. 14.2, а показана зависимость коэффициента трения f от характеристики λ при различных режимах трения (кривая Герси-Штрибека).

На кривой различают зоны:

1. Граничное и полужидкостное трение (ω<ωкр).

2. Режим  жидкостного  трения  (ω≥ωкр);   f = 0,001…0,005.                      

3. Устойчивый режим жидкостного трения  (ω>ωкр); толщина h масляного слоя растет, но возрастает и коэффициент трения f за счет увеличения трения внутренних слоев вязкого масла (скорости v в слоях не равны – скольжение; рис. 14.2, б). В этом случае 𝜔 опережает рост толщины слоя h. Смазка в подшипник подводится  по ходу  вращения цапфы туда, где отсутствует давление р (зона 4 рис. 14.1, б). По длине l (рис. 14.1, в) масло распределяется с помощью смазочных канавок во вкладыше. По торцам подшипника имеется утечка масла, что снижает давление р на краях. Многие подшипники хорошо работают при смазке самотеком. Если самотека недостаточно, то масло подается под давлением насосом.

Жидкостное трение - это идеальный расчетный вид трения, на который должны быть ориентированы все подшипники при установившемся режиме работы.

Для правильной работы подшипников без  износа поверхности цапфы и втулки должны быть разделены слоем смазки достаточной толщины.

Обеспечение режима жидкостного трения является основным критерием расчёта большинства подшипников скольжения. При этом одновременно обеспечивается работоспособность по критериям износа и заедания, значи­тельно уменьшаются потери энергии на преодоление вредных сопротивле­ний, цапфа и вкладыш практически не изнашиваются.

Итак,  условия  образования   режима   жидкостного  трения:

1. Наличие сужающегося клинового зазора (посадка с зазором).

2. Скорость ω вращения должна быть больше критической ωкр.

3. Масло определенной вязкости μ должно непрерывно заполнять подшипник.

Подшипники скольжения, в которых несущий масляный слой создается вращением вала со скоростьюω> ωкр, называют гидродинамическими. Их недостатками являются повышенный износ в режиме полужидкостного трения в периоды пуска и торможения (ω<ωкр,  pгд <p) и наличие эксцентриситета е, вызывающего погрешность центрирования вала в опоре. В гидростатических подшипниках (рис. 14.2, в) режим жидкостного  трения  создается  за счет  подвода  масла  под цапфу вала от насоса с давлением pгс > p в периоды до начала пуска и торможения. Вал  разгоняется или останавливается на масляной подушке. Давление pгс регулируется системой автоматики. Жидкостной режим не зависит от скорости ω.

Расчет подшипников жидкостного трения выполняют на основе уравнений гидродинамики вязкой жидкости, связывающих давление, скорость и сопротивление смазочного материала вязкому сдвигу.

Рассмотрим схему подшипника жидкостного трения. Вращающийся вал под действием внешней нагрузки Fr занимает в подшипнике эксцентричное положение, е - эксцентриситет. Масло увлекается в клиновидный зазор между валом и вкладышем и создает гидродинамическое давление, равнодействующая которого уравновешивает внешнюю нагрузку (рис. 14.3).

Рис.14.3

 

Решение уравнений гидродинамики позволило получить зависимость для радиальной нагрузки подшипника

где ω - угловая скорость цапфы;

𝜓=2𝛿/d – относительный зазор в подшипнике;

𝛿=(D-d)/2 – абсолютный зазор в подшипнике;

 - коэффициент нагруженности подшипника.

Минимальный зазор в подшипнике равен

hmin=d -e=d(1-c),                                       (5)

где χ=e/δ - относительный эксцентриситет.

Связь между CF и χ имеет вид параболы (рис. 14.4).

N

Рис.14.4

 

Для заданных условий работы из формулы (4) находим CF, а затем по графику (рис. 14.4) находим χ. Далее по формуле (5) находится hmin.

Условие безопасности работы

hmin > Rz1+Rz2,                                                 (6)

где Rz1и Rz2 – высоты микронеровностей цапфы и вкладыша.

Как правило, большинством из неизвестных параметров задаются, основываясь на рекомендациях, выработанных практикой, и затем проверяют запас надежности подшипника по режиму жидкостного трения.

Следует заметить, что подъемная сила, обеспечивающая состояние жидкостного трения, возрастает обратно пропорционально квадрату относительного зазора, который, в свою очередь, определяется чистотой обработки шейки вала и под­шипника. Поэтому для обеспечения надежной работы подшипников при жидкостном трении необходима приработка, то есть сглаживание гребешков на опорной поверхности вала и подшипника. Приработка новых и отремонтированных машин производится на режиме пониженной нагрузки. Во всех руководствах и инструкциях обязательно должен быть указан режим и время обкатки и приработки.

Толщина масляного слоя и зависит от угловой скорости и вязкости масла. Чем больше эти па­раметры, тем больше h. Но с увеличением радиальной нагрузки Fr на цап­фу 2 толщина масляного слоя h уменьшается. При установившемся режиме работы толщина h масляного слоя должна быть больше суммы микроне­ровностей цапфы Rzl и вкладыша Rz2, (рис.14.5) т.е. h>Rz1+Rz2. При соблюдении этого условия не происходит непосредственного касания и изнашивания трущихся поверхностей. Несущая способность масляного слоя очень высока, и он воспринимает передаваемую нагрузку. Сопротивление вращению подшипника в этом случае определяется только внутренним трением в смазочном материале, а коэффициент трения  f = 0,001... 0,005.

Рис. 14.5. Масляный слой при установившемся режиме работы

 

Иногда удобнее сравнивать расчётное и допускаемое произведение давления на скорость скольжения. Скорость скольжения легко рассчитать,  зная диаметр и частоту вращения вала.

где N – сила нормального давления вала на втулку (реакция опоры) (рис.15), l  - рабочая длина втулки подшипника, d – диаметр цапфы вала.

Произведение давления на скорость скольжения характеризует тепловыделение и износ подшипника. Наиболее опасным является момент пуска механизма, т.к. в покое вал опускается ("ложится") на вкладыш и при начале движения неизбежно сухое трение.

image014

Рис.15

 

Следует отметить, что в подшипнике с изменением частоты его вращения или нагрузки изменяются и режимы трения: полужидкостное трение становится жидкостным и наоборот.

Для подшипников с трением со смазочным материалом предвари­тельно производят условный расчет. При этом обычно диа­метр цапфы d, радиальная нагрузка Fr и угловая скорость ω должны быть известны. Для проверки выполнения условий жидкостного трения после выбора марки масла расчетным путем определяют радиальный зазор δ, тол­щину масляного слоя h и исследуют температурный режим подшипников. Гидродинамический расчет выполняют как проверочный.

Сухое трение применяется там, где трущиеся поверхности нельзя защитить от попадания грязи, пыли и абразива, (например, шарниры гусениц, оси подвесок гусеничных машин и проч.).

 

Проектировочный расчет подшипников скольжения жидкостной смазки

Заданными являются: нагрузка на  опору R, а частота вращения вала n об/с, диаметр вала d. Отношением l/d обычно задаются (в пределах 0,8-1,0, нормальная длина).

Задача сводится к нахождению относительного зазора ψ, обеспечивающего наиболее надежную работу подшипника. С этой целью определяют характеристику режима:

где η – динамическая вязкость масла, Па∙с;

n – частота вращения вала, об/с;

Р – удельная нагрузка на материал вкладыша, Па (Р = R/ld).

Величину оптимального зазора ψ находят по специальным  графикам, или по формуле

где Δ – диаметральный зазор.

Валы  устанавливают в подшипниках по посадкам:

 – средний относительный зазор.

m – постоянная, зависящая от посадки

Посадка

с8

d8

e8

f7

m

23

17

12

7,5

Величина коэффициента трения при жидкостной смазке находится в пределах 0,001…0,005. При неблагоприятных  условиях (высокая вязкость масла, большие окружные скорости, малые зазоры) коэффициент трения возрастает до 0,01…0,03. У подшипников, работающих в условиях граничной  смазки коэффициент трения достигает значений 0,1…0,2.

 

Рекомендации по конструированию подшипников скольжения

1. Вкладыши выполняют без бортов, с одним и двумя бортами. Борта служат для восприятия осевых сил и фиксации вкладышей от осевого смещения.

2. Толщина стенки вкладыша δ зависит от диаметра d цапфы и материала. Для чугунных и бронзовых вкладышей δ=0,03d+1…4 мм. Размеры борта: b=1,25; h= 0,68.

3. Толщина слоя заливки баббита δ0 = 0,1...0,5 мм. С увеличением толщины слоя его прочность уменьшается.

4. Как отмечено выше l = (0,6...0,9)d, где l — длина вкладыша, а d — диаметр его отверстия. Чем больше длина вкладыша, тем опаснее перекос осей вала и вкладыша (возникновение кромочных давлений).

5. Вкладыши жестко закрепляют в корпусе для предохранения проворачивания и осевого смещения.

6. Регулирование зазора в разъемных подшипниках производят радиальным смещением вкладышей: подбором или подшлифовкой кладок, устанавливаемых в плоскости разъема корпуса; шабрением плоскостей стыка вкладыша или корпуса.

 

Подшипники качения. Общие сведения. Классификация и область применения

Подшипники качения, как и подшипники скольжения, предназначены для поддержания вращающихся осей и валов.

Подшипники качения – это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения  (шарики или ролики) и работающие на основе  трения качения.

Электродвигатели, подъемно-транспортные и сельскохозяйственные машины, летательные аппараты, локомотивы, вагоны, металлорежущие станки, зубчатые редукторы и многие другие механизмы и машины в на­стоящее время немыслимы без подшипников качения. В настоящее время подшипники качения являются основным  видом опор  в машиностроении. Это самые массовые стандартизованные изделия в мире. Их изготовляют на специализированных подшипниковых заводах с наружным диаметром 1,0... 2600 мм и массой 0,5 г… 3500 кг. Самый большой подшипник качения имеет наружный диаметр – 14 м, внутренний – 12 м и массу – 130 тонн. Отечественная промышленность производит свыше 15 тыс. типоразмеров подшипников с внутренними посадочными диаметрами от 0,5 мм до 2 м и более общим количеством до миллиарда штук ежегодно.

Подшипник качения имеет, как правило, более сложную конструкцию в сравнении с подшипником скольжения и, в подавляющем большинстве случаев, является готовым (то есть изготовленным на специализированном предприятии) изделием, устанавливаемым в механизм или машину без какой-либо дополнительной доработки.

Подшипники качения состоят из двух колец — внутреннего 1 и наруж­ного 3, имеющих дорожки качения, тел качения 2 (шариков, роликов или иголок) и сепаратора 4, разделяющего тела качения(рис. 16, а). Однако при необходимости снижения радиальных габаритов подшипниковых узлов одно или оба кольца подшипников, а также сепаратор могут отсутствовать. В этом случае тела качения катятся непосредственно по канавкам (дорожкам качения) вала или корпуса. В зависимости от: формы тел качения различают подшипники шариковые (рис. 16, д, б, ж, и) и роликовые (рис. 16, в, г, е, з, к). Разновидностью роликовых подшипников являются игольчатые подшипники (рис. 16, д).

Основными элементами подшипников качения являются тела каче­ния — шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживае­мые сепаратором на определенном расстоянии друг от друга.

Роликовые тела качения бывают короткие l/d = 1…1,25,  длинные l/d = 2…2,5, игольчатые l/d = 10…20.

Внутреннее кольцо устанавливают на валу (оси), а наружное - в корпусе. Таким образом, цапфа вала и корпус разделяются телами качения. Это позволяет заменить трение скольжения трением качения и существенно снизить коэффициент трения. Основные стандартные размеры подшипника: dиD -  внутренний и наружный диаметры; В - ширина колец.

Размеры подшипника - внутренний d и наружный D диаметры, ширина B (высота H) и радиусы r фасок колец - установлены ГОСТ 3478-79. Подшипники качения в диапазоне внутренних диаметров 3…10 мм стандартизованы через 1 мм, до 20 мм – через 2…3 мм, до 110 мм – через 5 мм.

Подшипниковые узлы, кроме подшипников качения, имеют корпус с крышками, устройства для крепления колец, защитные и смазочные устройства.

 

Материалы подшипников качения.

Материалы подшипников качения назначаются с учётом  высоких требований к твёрдости и износостойкости колец и тел качения. Здесь используются шарикоподшипниковые высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, а также цементируемые легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твёрдость колец и роликов обычно HRC60...65, а у шариков немного больше – HRC62... 66, поскольку площадка контактного давления у шарика меньше. Сепараторы изготавливают из мягких углеродистых сталей либо из антифрикционных бронз для высокоскоростных подшипников. Широко внедряются сепараторы из дюралюминия, металлокерамики, текстолита, пластмасс. Сепараторы высокоскоростных подшипников называют массивными и выполняют из текстолита, фторпласта, латуни, бронзы с предпочтительным центрированием их по наружному кольцу ПК.

В особых условиях хорошо зарекомендовали себя керамические подшипники  из нитрида кремния Si3N4 (E = 3,1∙105 МПа; ρ = 3,2 г/см3; Н =  80 HRC; t° до 1200°С;  αt в 4 раза меньше, чем у стали). Но материал очень хрупкий. Практика показала, что лучше иметь комбинированные ПК: стальные кольца и керамические тела качения.

Для обеспечения нормальной и долговечной работы подшипников ка­чения к качеству их изготовления и термической обработке тел качения и колец предъявляют высокие требования.

Подшипники качения в отличие от подшипников скольжения стан­дартизованы. Подшипники качения различных конструкций (диапазон на­ружных диаметров 1,0-2600 мм, масса 0,5-3,5 т, например, микроподшип­ники с шариками диаметром 0,35 мм и подшипники с шариками диаметром 203 мм) изготовляют на специализированных подшипниковых заводах.

 

Классификация подшипников качения.

Выпускаемые в СНГ подшипники качения классифицируют по направлению воспринимаемой нагрузки, в соответствии с ГОСТ3395-75 — радиальные, радиально-упорные, упор­но-радиальные и упорные.

Рис. 16. Подшипники качения: а, б, в, г, д, е — радиальные подшипники; ж, з — радиально-упорные подшипники;

и, к — упорные подшипники; 1 — внутреннее кольцо; 2 — тело ка­чения; 3 — наружное кольцо; 4— сепаратор

 

Радиальные подшипники (см. рис. 16, а-е) воспринимают (в основ­ном) радиальную нагрузку, т. е. нагрузку, направленную перпендикулярно к геометрической оси вала.

Упорные подшипники (см. рис. 16, и, к) воспринимают только осе­вую нагрузку.

Радиально-упорные (см. рис. 16, ж, з) и упорно-радиальные подшип­ники могут одновременно воспринимать как радиальную, так и осевую на­грузку. При этом упорно-радиальные подшипники предназначены для пре­обладающей осевой нагрузки.

В зависимости от соотношения радиальных габаритных размеров (рис.16.1) наружного и внутреннего диа­метров подшипники делят на серии (7 серии, при d – const, D – var): сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю, тяжелую, легкую широкую, среднюю широкую. Основное распространение имеют легкие и средние узкие серии.

rdm85r17t3

Рис. 16.1. Размерные серии подшипников качения: а- особо легкая; б –легкая;

в – легкая широкая; г- средняя; д – средняя широкая; е -тяжелая

 

по ширине (5 серии, при d и D – const, B(T) – var): особоузкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

В зависимости от серии при одном и том же внутреннем диаметре кольца подшипника наружный диаметр кольца и его ширина изменяются.

Точность подшипников качения определяется:

а) точностью основных размеров;

б) точность вращения.

Точность основных размеров определяется отклонениями размеров внутреннего и наружного диаметров и ширины кольца. Отклонения размеров диаметров определяет характер посадки.

Точность вращения характеризуется радиальным и боковым биением дорожки качения. В РФ подшипники качения выпускаются следующих классов в порядке возрастания точности:

По классам точности подшипники различают следующим образом (по ГОСТ 520-89):

"0" – нормального класса (радиальное биение внутреннего кольца 20 мкм);

"6" – повышенной точности (радиальное биение внутреннего кольца 10 мкм);

"5" – высокой точности (радиальное биение внутреннего кольца 5 мкм);

"4" – особовысокой точности (радиальное биение внутреннего кольца 3 мкм);

"2" – сверхвысокой точности (радиальное биение внутреннего кольца 2,5 мкм);

8 и 7 – грубые ниже 0;

6Х – только для роликовых конических подшипников.

При выборе класса точности подшипника необходимо помнить о том, что "чем точнее, тем дороже". Для иллюстрации соотношения точности подшипников разных классов и их стоимости ниже приведены максимальные величины радиальных биений внутренних колец подшипников с посадочными диаметрами 50…80 мм и относительная стоимость подшипников.

 

Класс точности

0

6

5

4

2

Биение, мкм

20

10

5

4

2,5

Относительная стоимость

1

1,3

2

4

10

 

В связи с тем, что при повышении точности изготовления подшипников резко возрастает их стоимость, для большинства редукторов общего назначения применяют подшипники 0 класса точности.

Подшипники более высоких классов точности назначают для валов, требующих особой точности вращения (шпинделей металлорежущих станков, валов и осей приборов и т.п.), или при наличии жестких требований к уровню их шума.

По   форме  тел   качения   подшипники   делят   на   шариковые   (см. рис. 16, а, б, ж, и), с цилиндрическими роликами (см. рис. 16, в), с кониче­скими роликами (см. рис. 16, з, к), игольчатые (см. рис. 16, д), с витыми роликами (см. рис. 16, е), с бочкообразными роликами (сферическими) (см. рис.  16, г). Тела качения игольчатых подшипников тонкие ролики — иглы диаметром 1,6—5 мм. Длина игл в 5—10 раз больше их диаметра. Се­параторы в игольчатых подшипниках отсутствуют.

По числу рядов тел качения различают однорядные (см. рис. 16, а, в, д—к) (имеющие основное применение), двухрядные (см. рис. 16, б, г), четырехрядные, многорядные подшипники качения.

По конструктивным и эксплуатационным признакам подшипники делят на самоустанавливающиеся (тип  1000 – шариковые;  тип 3000 – роликовые) (см. рис. 16, б, г) ),  допускающие  перекос  валов  на опорах до 2-3°, и несамоустанавливающиеся (все шарико- и роликоподшипники, кроме сферических) (см. рис. 16, а, в, д—к).

По способу изготовления сепараторов различают подшипники со штампованными и литыми сепараторами.

По конструктивным особенностям (с контактным уплотнением, с защитной шайбой, с фланцем на наружном кольце и т.д.).

В зависимости от требований по уровню вибрации, шума и других дополнительных требований установлено три категории ПК: A (самая высокая), B и C. Также введены дополнительные ряды радиальных зазоров и ряды моментов трения.

 

Обозначение подшипников качения

Под типом подшипника понимают его конструктивную разновидность, определяемую по признакам классификации.

Каждый подшипник качения имеет условное клеймо, обозначающее тип, размер, класс точности, завод-изготовитель.

На неразъемные подшипники клеймо наносят на одно из колец, на разборные — на оба кольца, например, на радиальный подшипник с ко­роткими цилиндрическими роликами (см. рис. 16, в), где наружное коль­цо без бортов и свободно снимается, а внутреннее кольцо с бортами со­ставляет комплект с сепаратором и роликами.

На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.

В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах   указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.

Подшипники имеют условные обозначения, составленные из цифр и букв (ГОСТ 3189-89). Условные обозначения разделяют на основное и дополнительное.

Основное условное обозначение подшипника характеризует его размер внутреннего диаметра, серию, тип и конструктивные разновидности. Очерёдность знаков в основном обозначении - справа налево.

Первая и вторая цифры справа условно обозначают его номинальный внутренний диаметр d (диаметр вала). Для определения истинного размера d (в миллиметрах) необходимо указанные две цифры умножить на пять. Например, подшипник...04 имеет внутренний диаметр 04∙5 = 20 мм. Это правило распространяется на подшипники с цифрами...04 и выше, до...99, т. е. для подшипников с внутренним посадочным диаметром 20≤d<500 мм. Подшипники с цифрами... 00 имеют d- 10 мм;...01 d= 12 мм;...02 d= 15 мм;...03 d= 17 мм.

Третья цифра справа обозначает серию подшипника, определяя его на­ружный диаметр D: сверхлегкая (цифры обозначения 8; 9), особолегкая (1; 7), легкая (2 или 5), средняя (3 или 6) и тяжелая (4), а по ширине B - особоузкая (8), узкая (0; 7), нормальная (1), широкая (2), особоширокая (3; 4; 5; 6). На практике наибольшее распространение имеют подшипники легкой и средней серий. На рис. 16.2 приведены сравнительные параметры подшипников некоторых типов и серий для номинального внутреннего диаметра d = 80 мм.

Рис.16.2. Сравнительные параметры подшипников различных типов и серий при внутреннем диаметре  d=80 мм:

1–масса  m; 2–динамическая грузоподъемность  Сr;3–предельная частота вращения  n

 

Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника. Если эта цифра 0, то это означает, что подшипник радиальный шариковый одно­рядный; шариковый однорядный (если левее 0 нет цифр, то 0 не указыва­ют); 0 – радиальный шариковый; 1 — радиальный шариковый двухрядный сферический; 2 — радиаль­ный с короткими цилиндрическими роликами; 3 — радиальный роликовый двухрядный сферический; 4 — игольчатый или роликовый с длинными ци­линдрическими роликами; 5 — радиальный с витыми роликами; 6 — радиально-упорный шариковый; 7 — роликовый конический (радиально-упорный); 8 — упорный шариковый; 9 — упорный роликовый.

Так, например, подшипник 7208 является роликовым коническим.

Пятая и шестая цифры справа характеризуют конструктивные особен­ности подшипника,  так называемое «исполнение» подшипника, не влияющие на основные характеристики (ГОСТ 3395-89) (неразборный, с защитной шайбой, с закрепительной втулкой, величину угла контакта α, наличие стопорной канавки на наружном кольце, наличие уплотнений с заложенной смазкой, наличие канавки на наружном кольце шарикоподшипника, предназначенной для стопорного пружинного кольца, на наличие встроенных уп­лотнений и т.п.).

Например:

50312 — радиальный однорядный шарикоподшипник средней серии со стопорной канавкой на наружном кольце;

150312 — тот же подшипник с защитной шайбой;

36312 — радиально-упорный шариковый однорядный подшипник сред­ней серии, неразборный.

60 205 – подшипник шариковый (0 – четвертая цифра) радиальный однорядный с одной защитной  шайбой (6) – пятая цифра. Внутренний диаметр d = 05×5 = 25 мм. Цифры 6, 5, 4, 2, которые ставятся перед обозначением через тире (5-60205) обозначающий класс точности. Нормальный класс точности обозначается цифрой «0», которая не указывается.

Седьмая цифра справа характеризует серию подшипника по ширине.

ГОСТом установлены следующие классы точности подшипников каче­ния: 0 — нормальный класс (как правило, 0 в обозначении не указывают); 6 — повышенный; 5 — высокий, 4 — особо высокий, 2 — сверхвысокий. Цифру, обозначающую класс точности, ставят слева от условного обозна­чения подшипника и отделяют от него знаком тире; например, 206 означа­ет шариковый радиальный подшипник легкой серии с номинальным диа­метром 30 мм, класса точности 0.

Кроме цифр основного обозначения слева и справа от него могут дополнительные буквенные или цифровые знаки, характеризующие специальные условия изготовления данного подшипника.

Дополнительное условное обозначение проставляют слева и справа от основного условного обозначения. Так, класс точности маркируют цифрой слева через тире от основного обозначения. В порядке повышения точности классы точности обозначают: 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности, обозначаемой цифрой 0 и соответствующей нормальной точности, не проставляют, так как это позволяет сократить обозначения для часто употребляемых подшипников. В общим машиностроение применяют подшипники классов 0  и 6. В изделиях высокой точности или работающей высокой частотой вращения (шпиндельные узлы скоростных станков, высокооборотный электродвигатели и др.) применяют подшипники класса 5 и 4. подшипники класса точности 2 используют в гироскопических приборах. Помимо приведенных выше имеются и дополнительные (более высокие и более низкие) классы точности.

Так, например, подшипник 7208 — класса точности 0.

Диаметральный зазор подшипника обозначают номером ряда и указывают перед классом точности подшипника.

Дополнительное обозначение справа от основного характеризует повышенную грузоподъёмность, изменения металла колец и сепаратора, температуру отпуска деталей, марку смазки в подшипниках закрытого типа и другие специальные технические требования (ГОСТ 590-89) и помещают (слитно с основной частью) буквенно-цифровую маркировку. Например, у подшипников закрытого типа, заполненных смазочным материалом, отличным от ЦИАТИМ-201, справа помещают следующее дополнительное обозначение: С2 – если применяется ЦИАТИМ-221; С5 – ЦИАТИМ 202; С17 – Литол-24.

Более подробно расшифровка символов маркировки подшипников приводится, например, в каталоге подшипников НИИАВТОПРОМа.

Пример обозначения: 3-5-180109-С17 – подшипник шариковый радиальный однорядный с d = 45 мм, где 09 - внутренний диаметр; 1 - серия диаметра D;  0 - тип подшипника; 18 - конструктивная разновидность; 3 - номер ряда диаметрального (радиального) зазора; 5 - класс точности; С17 - пластичный смазочный материал ЛИТОЛ-24.

В зависимости от наличия дополнительных требований к уровню вибраций, отклонениям формы и расположения поверхностей качения, моменту трения и др. установлены три категории подшипников: А — повышенные регламентированные нормы; В — регламентированные нормы; С — без дополнительных требований.

Возможные знаки справа от основного обозначения:

все или часть деталей из коррозионно-стойкой стали — Ю;

детали подшипников из теплостойких сталей — Р;

сепаратор из черных металлов — Г;

сепаратор из пластических материалов — Е;

специальные требования к подшипнику по шуму — Ш;

подшипник закрытого типа при заполнении сма­зочным материалом ЦИАТИМ-221 – С1.

температура отпуска колец – Т (при t=200°С); Т1 (при t=255°С) и т.д.

Примеры обозначений подшипников:

305 – подшипник с внутренним посадочным диаметром d=25 мм, средней серии, радиальный шариковый однорядный, без конструктивных особенностей, нулевого класса точности, с диаметральным зазором по основному ряду, из обычных подшипниковых сталей, без специальных требований;

311 — подшипник шариковый радиальный однорядный, средней серии диаметров 3, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 55 мм, основной конструкции (см. рис. 14.5, а), класса точности 0;

67210 – подшипник с внутренним посадочным диаметром d=50 мм, легкой серии, радиально-упорный роликовый однорядный с наружным кольцом, имеющим упорный борт, нулевого класса точности, с диаметральным зазором по основному ряду, из обычных подшипниковых сталей, без специальных требований;

6-206 — подшипник шариковый радиальный однорядный, внут­ренний диаметр d = 30 мм (06 х 5): легкой серии: класс точ­ности — 6:

2311 — подшипник роликовый радиальный с короткими ци­линдрическими роликами: внутренний диаметр d = 55 мм (11 х 5); средней узкой серии; класс точности — 0.

6-36209 — подшипник шариковый радиально-упорный однорядный, легкой серии диаметров 2, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 45 мм, с углом контакта а = 12°, класса точности 6;

4-12210 — подшипник роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии диаметров 2, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 50 мм, с одним бортом на наружном кольце (см. рис. 14.9, б), класса точности 4;

4-3003124Р — подшипник роликовый радиальный сферический двухрядный особолегкой серии диаметров 1, серии ширин 3, с внутренним диаметром d=120 мм, основной конструкции (см. рис. 14.8), класса точности 4, детали подшипника изготовлены из теплостойких сталей;

3-0-180209С17 – подшипник с внутренним посадочным диаметром d=45 мм, легкой серии, радиальный шариковый однорядный, со встроенными двухсторонними уплотнениями, заполненный смазочным материалом Литол-24, из обычных подшипниковых сталей, без специальных требований, нулевого класса точности, с диаметральным зазором по 3-у дополнительному ряду.

6-7310А: радиально-упорный роликовый конический (7) повышенной грузоподъемности (А) средней узкой серии (3) диаметром d = 50мм (10) 6-го класса точности;

А75-180208С17Ш2: радиальный шариковый (0) однорядный с двусторонним уплотнением (18) и постоянной смазкой “Литол-24” (С17) со специальными требованиями по шуму (Ш2) легкой узкой серии (2) диаметром d = 40 мм (08), 5-го класса точности категории А с радиальным зазором по 7-му ряду.

 

Характеристики подшипников качения

Наибольшее распространение получили шариковые радиальные одноряд­ные подшипники (см. рис. 16, а). Шариковый однорядный радиальный (тип 0000) является базовым для сравнения с ним других типов; это наиболее быстроходный и дешевый подшипник, но с меньшей грузоподъемностью. Эти подшипники допускают сравнительно большую угловую скорость, особенно с сепараторами из цветных металлов или из пластмасс, допускают небольшие перекосы вала (от 15' до 30') и могут воспринимать незначительные осевые нагрузки. Допустимая осевая нагрузка для радиальных несамоустанавливающихся подшипников не должна превы­шать 70% от неиспользованной радиальной грузоподъемности подшипника. По сравнению с под­шипниками других типов имеют минимальные потери на тре­ние; фиксируют положение вала относительно корпуса в двух осевых направлениях. Радиальные однорядные шарикоподшипники с двумя защит­ными шайбами заполняются на заводе-изготовителе пластичным смазочным материалом и в допол­нительном смазывании не нуждаются.

Роликовые радиальные подшипники с короткими роликами (см. рис. 16, в) (типы  2000,  32000, 52000 – без бортов на том или ином кольце) по сравнению с аналогичными по габаритным размерам шари­коподшипниками обладают увеличенной грузоподъемностью, хорошо вы­держивают ударные нагрузки. Однако они совершенно не воспринимают осевых нагрузок и не допускают перекоса вала (ролики начинают работать кромками, и подшипники быстро выходят из строя). Нагрузочная способность таких подшипников по сравнению с однорядными шариковыми больше примерно в 1,5 раза, а долговечность в 3,5 раза. Конструктивные разновидности этих подшипников зависят от наличия и расположения бортов на наружных и внутрен­них кольцах. Подшипники без бортов на наружном или внутрен­них кольцах дают возможность валу перемешаться относитель­но корпуса в осевом направлении (также подшипники широко используются как плавающие опоры).

Роликовые радиальные подшипники с витыми роликами (см. рис. 16, е) применяют при радиальных нагрузках ударного действия; удары смягчают­ся податливостью витых роликов. Эти подшипники менее требовательны к точности сборки и к защите от загрязнений, имеют незначительные ради­альные габаритные размеры.

Игольчатые подшипники (см. рис. 16, д) (тип 4000) отличаются малыми радиаль­ными габаритными размерами, находят применение в тихоходных (до 5 м/с) и тяжелонагруженных узлах, так как выдерживают большие ради­альные нагрузки. В настоящее время их широко используют для замены подшипников скольжения. Эти подшипники воспринимают только радиальные нагрузки и не допускают перекоса валов. Для максимального уменьшения размеров применяют подшипники в виде комплекта игл, не­посредственно опирающихся на вал, с одним наружным кольцом.

Самоустанавливающиеся радиальные двухрядные сферические шариковые (рис. 16, б) и роликовые (см. рис. 16, г) подшипники применяют в тех слу­чаях, когда перекос колец подшипников может составлять до 2—3°. Эти под­шипники допускают незначительную осевую нагрузку (порядка 20% от не­использованной радиальной) и осевую фиксацию вала. Подшипники имеют высокие эксплуатационные показатели, но они дороже, чем однорядные.

Конические роликоподшипники (см. рис. 16, з) находят примене­ние в узлах, где действуют одновременно радиальные и односторонние осевые нагрузки. Эти подшипники могут воспринимать также и ударные нагрузки. Радиальная грузоподъемность их в среднем почти в 2 раза выше, чем у радиальных однорядных шарикоподшипников. При чисто радиальной нагрузке в подшипнике возникает осевая состав­ляющая, которую компенсируют осевой нагрузкой противо­положного направления: поэтому для фиксации вала в обе стороны подшипники устанавливают попарно. Подшипники допускают регулирование осевой игры и радиального зазора; перекос вала относительно оси конуса недопустим. Их рекомендуется ус­танавливать при средних и низких угловых скоростях вала (до 15 м/с).

Аналогичное использование имеют радиально-упорные шарикоподшипники (см. рис. 16, ж), применяемые при средних и высоких угловых скоростях. Радиальная грузоподъемность у этих подшипников на 30—40% больше, чем у радиальных однорядных. Их выполняют разъемными со съемным на­ружным кольцом и неразъемными.

Шариковые и роликовые упорные подшипники (см. рис. 16, и. к) предназначены для восприятия односторонних осевых нагрузок. Применя­ются при сравнительно невысоких угловых скоростях, главным образом на вертикальных валах. Упорные подшипники радиальную нагрузку не вос­принимают. При необходимости установки упорных подшипников в узлах, где действуют не только осевые, но и радиальные нагрузки, следует допол­нительно устанавливать радиальные подшипники. Подшипники очень чувствительны к несоосности и перекосам осей; их не следует устанавливать в опорах горизонтальных валов, имеющих высокие частоты вращения, так как под действием центробежных сил шарики могут выйти из беговых доро­жек, при этом возрастает сила трения, увеличивается нагрев.

В некоторых конструкциях, где приходится бороться за уменьшение радиальных габаритов, применяются т.н. "бескольцевые" подшипники, когда тела качения установлены непосредственно между валом и корпусом. Однако нетрудно догадаться, что такие конструкции требуют сложной, индивидуальной, а, следовательно, и дорогой сборки-разборки.

 

Достоинства и недостатки подшипников качения

Достоинства подшипников качения:

- низкое трение, низкий нагрев;

- значительно (5…10 раз) меньшие пусковые моменты;

- высокий КПД (до 0,995);

- экономия смазки;

- высокий уровень стандартизации;

- небольшие габариты в осевом направлении;

- невысокая стоимость вследствие массового производства;

- менее жесткие требования к материалу, термообработке и качеству поверхностей валов и посадочных отверстий корпусов, а также по уходу за подшипниковыми узлами в процессе эксплуатации машин;

- высокая степень взаимозаменяемости;

- экономия дорогих антифрикционных материалов и цветных металлов.

Недостатки подшипников качения:

- высокие контактные напряжения, и поэтому ограниченный срок службы;

- большие радиальные габариты и вес;

- высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;

- малая надежность в высокоскоростных приводах;

- большая чувствительность  к ударным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции;

- повышенный шум при больших оборотах;

- ненадежность при работе в агрессивных средах (например, в воде);

- слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами вибрации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения;

- ограничение срока службы, особенно  при больших скоростях и нагрузках. Это вызвано возникновением высоких контактных напряжений, вызывающих усталостное выкрашивание колец и тел качения;

- большое рассеивание сроков службы в каждой партии подшипников  при одинаковых нагрузках и скоростях;

- нерентабельность мелкосерийного и штучного производства;

- высокая жесткость, то есть неспособность воспринимать ударные нагрузки;

- меньшая способность гасить колебания.

Стоимость подшипников зависит не только от их класса точности, но и от массовости их выпуска, размеров, сложности конструкции, типа сепаратора. Например, по сравнению со стоимостью радиальных однорядных шарикоподшипников:

- сферические шарикоподшипники с таким же внутренним посадочным диаметром имеют примерно ту же стоимость;

- сферические роликоподшипники – дороже более чем в 2 раза;

- упорные шарикоподшипники – на 12…15% дешевле;

- шариковые с латунным сепаратором в 2…2,5 раза дороже (из-за стоимости сепаратора и ограниченного выпуска);

- радиально-упорные роликовые – на 35…70% дороже;

- радиальные подшипники с цилиндрическими роликами и стальными сепараторами – в 1,2…1,6 раза дороже (в связи с малым выпуском).

Однако необходимо заметить, что габариты подшипников (следовательно, и стоимость) в значительной степени зависят от их динамической грузоподъемности (рис. 16.3).

К399

Рис. 16.3. Сравнительная оценка габаритов подшипников различных типов с одинаковой грузоподъемностью

 

Поэтому соотношения стоимости подшипников, отнесенные к их динамической грузоподъемности, будут совсем иные. В этом случае самыми дешевыми оказываются радиально-упорные роликовые подшипники, а наиболее дорогими – радиально-упорные шариковые.

Общие тенденции развития конструкций подшипниковых узлов следующие:

- Для слабонагруженных подшипниковых узлов применяют радиаль­ные однорядные шариковые подшипники (как наиболее дешевые).

- Расширяется применение радиально-упорных подшипников в узлах с осевыми нагрузками.

- Расширяется применение роликовых подшипников, что связано, в свою очередь, с тенденцией повышения жесткости машин.

- Расширяется применение подшипников качения в специальных об­ластях благодаря выпуску антимагнитных, коррозионностойких, жаростой­ких, малошумных и других специальных подшипников.

- Расширение области применения роликовых подшипников, что связано с общим повышением точности изготовления и жесткости элементов машин;

- Расширение применения радиально-упорных подшипников, что обусловлено повышением быстроходности валов машин и неудовлетворительной работой шариковых и роликовых подпятников при больших скоростях вращения;

- Расширение применения подшипников качения в специфических условиях эксплуатации благодаря выпуску антимагнитных, антикоррозийных, термостойких, малошумных и других видов подшипников;

- Облегчение эксплуатации и встраиваемости подшипников в узлах машин применением подшипников герметизированных, самосмазывающихся, с упорными бортами и др.

- Изготовление подшипниковой промышленностью целых подшипниковых узлов.

 

Сравнительная характеристика подшипников качения и скольжения

При проектировании узла вал—подшипник перед конструктором стоит задача выбора типа опоры скольжения или качения. При возможности обеспечения жидкостного режима смазывания в узле можно рекомендовать опоры с подшипниками скольжения, имеющими следующие преимущества по сравнению с подшипниками качения: простота конструкции и компо­новки;   незначительные  габаритные  размеры;   способность  выдерживать большие радиальные и ударные нагрузки; возможность ремонта и низкая стоимость подшипника скольжения, особенно при больших диаметрах; значительно меньшие потери на трение в пусковые моменты; большая надежность против заедания и пожарная безопасность; возможность безаварийной работы при кратковременных перебоях с подачей смазки. Увеличение угловой скорости вала, имеющего подшипники качения, резко снижает их долговечность. Вследствие малой площади поверхности рабо­чих элементов подшипников качения эти опоры называются более жестки­ми, что является одной из причин шума, а иногда и вибрации узла, осо­бенно при больших угловых скоростях.

Кольца подшипников каченияцельные (неразъемные). Это делает их непри­годными в некоторых случаях, например, для установки на коленчатые валы.

Заменить подшипники скольжения 1, 2 (рис. 17) на подшипники качения нельзя. Кольца подшипников качения — цельные (неразъемные). Это делает их непригодными для монтажа в некоторых случаях, например, на шатунных и коренных (промежуточных) шейках неразборных коленчатых валов и др

Рис.  17. Установка подшипни­ков на коленчатом валу

 

Замена подшипника скольжения 3 на игольчатый подшипник принципиально воз­можна. Игольчатый подшипник имеет мень­ший наружный диаметр, чем шариковые и роликовые подшипники, и выдерживает большие ударные нагрузки. При установке пальца шатуна 4 с высокой поверхностной прочностью можно использо­вать игольчатый подшипник без внутренней обоймы. Это позволит умень­шить габаритные размеры подшипникового узла.

По сравнению с подшипниками качения подшипники скольжения тре­буют повышенного расхода смазочного материала, который должен посту­пать непрерывно, так как иначе происходит быстрый нагрев и заклинива­ние подшипникового узла.

Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения требуют, как правило, меньшего расхода энергии, удобнее в эксплуатации, не требуют постоянного ухода (смазывание их производится периодиче­ски), имеют незначительный рабочий радиальный зазор, большая несущая способность на единицу ширины подшипника; значительно меньший расход цветных материалов; более высокая точность и меньшая стоимость вследствие стандартизации и централизованного массового производства; большая надежность против заедания и пожарная безопасность (устранение горения букс вагонов при переходе на  роликоподшипники).

Вследствие незна­чительной ширины колец подшипников качения достигается компактность узла, что важно при стесненных габаритных размерах в осевом направле­нии. По этим и многим другим причинам подшипники качения имеют са­мое широкое применение в современном машиностроении, и в большин­стве случаев они вытеснили подшипники скольжения.

 

Виды разрушения подшипников качения и критерии работоспособности

Главная особенность динамики подшипника – знакопеременные нагрузки.

Основные причины потери работоспособности подшипников качения следующие:

1) Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и дорожек качения колец в виде раковин или отслаивания (шелушения) вследствие циклического контактного нагружения. Циклическое перекатывание тел качения может привести к появлению усталостной микротрещины. Постоянно прокатывающиеся тела качения вдавливают в эту микротрещину смазку. Пульсирующее давление смазки расширяет и расшатывает микротрещину, приводя к усталостному выкрашиванию и, в конце концов, к поломке кольца. Чаще всего ломается внутреннее кольцо, т.к. оно меньше наружного и там, следовательно,  выше удельные нагрузки. Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения подшипников при хорошем смазывании и защите от попадания абразивных частиц. Обычно наблюдается после длительной работы и сопровождается повышенным шумом и вибрациями.

2) Смятие рабочих поверхностей дорожек и тел качения (образование лунок и вмятин) вследствие местных пластических деформаций под действием ударных или больших статических нагрузок.

3) Задиры рабочих поверхностей качения при недостаточном смазывании или слишком малых зазорах из-за неправильного монтажа.

4) Абразивное изнашивание вследствие плохой защиты подшипника от попадания абразивных частиц (строительные, дорожные, сельскохозяйственные машины, ткацкие станки). Совершенствованием конструкций уплотнений подшипниковых узлов можно уменьшить износ рабочих поверхностей подшипника.

5) Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор разноразмерных тел качения. Этот вид разрушение является основной причиной потери работоспособности быстроходных подшипников.

6) Разрушение колец и тел качения из-за перекосов колец при монтаже или действия больших динамических нагрузок (скалывание бортов, раскалывание колец и др.).

Внешними признаками потери работоспособности подшипниками качения являются повышенный шум при работе механизма, перегрев подшипникового узла (увеличение потерь мощности в подшипниковом узле), излишние люфты, то есть потеря точности вращения валов. Внешними признаками усталостного выкрашивания являются появление зеркальных частичек в смазочной жидкости, повышенная шумность в процессе работы механизма, чрезмерная вибрация валов при вращении.

Критерии работоспособности. Основными критериями работоспособности подшипников качения являются долговечность по усталостному выкрашиванию и статическая грузоподъемность по пластическим деформациям.

Расчет на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с частотой вращения n > 10 мин-1. Невращающиеся подшипники или медленно вращающиеся (с частотой вращения n < 10 мин-1) рассчитывают на статическую грузоподъемность.

 

Контактные напряжения в деталях подшипников качения

Из формулы Герца - Беляева следует


        Значит, точка a (рис. 17.1) внутреннего кольца будет нагружена больше, чем точка b наружного кольца, так как в точке а шарик соприкасается с выпуклой, а в точке b с вогнутой поверхностью.

E

Рис.17.1

 

Рассмотрим изменение циклов напряжений на внешнем и внутреннем кольцах без учета сил инерции (рис. 17.2). Вращается внутреннее кольцо. Наиболее нагруженные точки находятся в плоскости нагружения, то есть в точках а и b. Точка b получает нагружение только при прохождении над ней шарика. Точка а получает нагружение только при нахождении в нагруженной зоне. В этих условиях равное число циклов нагружения вызовет усталостное разрушение, прежде всего в точке а (где выше напряжения). Для того чтобы уровнять условия работы колец, необходимо уменьшить число циклов нагружения в точке а по сравнению с точкой b. Такое уменьшение достигается при вращении внутреннего кольца, так как на половине оборота точка а разгружается совершенно, а в большей части другой половины нагружена не полностью.

G

Рис.17.2

 

Распределение нагрузки между телами качения

Принимаем следующие допущения:

1) радиальный зазор отсутствует;

2) кольца не деформируются.

3) контактные деформации описываются уравнениями Герца-Беляева.

По условию равновесия подшипника (рис. 17.3)

где Fr– радиальное усилие;

γ=360°/z - угол между телами качения; z – число тел качения.

C

Рис.17.3

 

 

В уравнение (6.2) входят только те члены, для которых угол n𝛾 меньше 900, так как верхняя половина подшипника не нагружена.

Под действием нагрузки Fr произойдет смещение внутреннего кольца подшипника на величину δ0. При этом сдеформируются тела качения, причем величина деформации будет зависеть от положения шарика в нагруженной зоне (рис.17.4). Здесь δ0 – смещение в вертикальной плоскости, тогда

……………

D

Рис.17.4

 

С другой стороны по Герцу-Беляеву δ=c∙F 2/3, где c – const, (рис.17.5) тогда

δ0=c∙F02/3

δ1=c∙F12/3

δ2=c∙F22/3                                                 (6.4)

………….

δn=c∙Fn2/3

image159

Рис. 17.5

 

Решая совместно системы (6.3) и (6.4), получаем c∙Fn2/3=δ0cos(nγ), но δ0=c∙F02/3, тогда

c∙Fn2/3= c∙F02/3cos(nγ),

или

Fn= F0cos3/2(nγ).                                   (6.5)

Подставляем выражение (6.5) в уравнение (6.2) и получаем

В практических расчетах принимают

 - для шариковых;

  - для роликовых подшипников.

 - для радиальных сферических двухрядных шарико- и роликоподшипников;

 - для роликоподшипников радиальных с короткими цилиндрическими роликами и конических;

 - для беззазорных радиально-упорных шарикоподшипников при номинальном угле контакта α.

Равномерное нагружение возможно лишь при симметричной (безмоментной) чисто осевой нагрузке Fa в упорном подшипнике:  

где коэффициент 0,8 учитывает возможные перекосы и неравномерность нагружения,  z – число тел качения.

При комбинированном действии нагрузок Fr и Fa в условиях статического приложения для однорядных радиальных, радиально-упорных шариковых и конических подшипников осевая нагрузка Fa не влияет на нагрузку на одно тело качения до тех пор, пока Fa/Fr не превысит некоторой принятой величины е, составляющей порядка 1/3.

В итоге получаем распределение нагрузки по телам качения. Распределение нагрузки в значительной степени зависит от величины зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей (рис.17.6). Поэтому к точности изготовления подшипника качения предъявляют весьма высокие требования.

B

Рис.17.6

 

Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:

1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.

2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - 6 раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.

 

Кинематика подшипников качения

Подшипники можно рассматривать как планетарный ряд с двумя вариантами привода:

1) вращается внутреннее кольцо,

2) вращается наружное кольцо.

Рассмотрим случай, когда вращается внутреннее кольцо (рис 17.7). Здесь скорость точки А

Точка В – мгновенный центр скоростей вращающегося шарика. Скорость точек шара меняется линейно, таким образом

V0=V1/2.                                             (6.6)

Так как V0 является и скоростью вращения сепаратора, тогда

где nc – частота вращения сепаратора. Из уравнений (6.6) и (6.7) получаем

отсюда  так как Dвн=D0-dw

L

Рис.17.7

 

Число оборотов сепаратора меньше половины числа оборотов внутреннего кольца. Последняя формула позволяет отметить, что в точном выражении скорость  сепаратора зависит от размеров шарика. Чем больше dw, при постоянном D0, тем меньше nc и наоборот.

При неточном изготовлении шариков крупные из них будут тормозить, а мелкие ускорять сепаратор. Между сепаратором и шариками могут возникнуть значительные давление и силы трения. С этим связан износ шариков и сепаратора, увеличение потерь на трение в подшипнике и случаи поломки сепаратора.

Контакт шарика с кольцом осуществляется по некоторой дуге a-b-с (рис 17.8). Окружные скорости точек aи b при вращении шарика вокруг своей оси различны. Если допустить, что в точке а ( а-с – мгновенная ось вращения) нет скольжения, то оно будет в точке b. Таким образом, в шариковых подшипниках наряду с трением качения наблюдается трение скольжения. Это создает дополнительный износ и потери в шариковых подшипниках. В роликовых подшипниках все точки контакта равноудалены от оси роликов. Здесь наблюдается чистое качение. Потери и износ в роликовых подшипниках меньше, чем в шариковых.

M

Рис.17.8

 

При вращении наружного кольца скорость центра тела качения (сепаратора), а, следовательно, и угловые скорости вращения тел качения больше, чем в случае вращения внутреннего кольца, а, следовательно, больше и износ всех элементов подшипника. Это обстоятельство в расчетной формуле для подшипников качения учитывается особым коэффициентом.

 

Методика подбора подшипников качения

Опытный проектировщик может  назначать конкретный тип и размер подшипника, а затем делать проверочный расчёт. Однако здесь требуется большой конструкторский опыт, ибо в  случае неудачного выбора может не выполниться  условие прочности, тогда потребуется выбрать другой подшипник и  повторить проверочный расчёт.

Во избежание многочисленных "проб и ошибок" можно предложить методику выбора подшипников, построенную по принципу проектировочного расчёта, когда известны нагрузки, задана требуемая долговечность, а в результате определяется конкретный типоразмер подшипника из каталога.

При проектировании подшипники качения подбирают по каталогу, учитывая следующие факторы:

- диаметр d цапфы вала;

- значение и направление нагрузки (радиальная, осевая, комбинированная);

- характер нагрузки (постоянная, переменная, ударная);

- частоту вращения кольца подшипника;

- требуемую долговечность (срок службы, выраженный в часах или миллионах оборотов);

- окружающую среду (температуру, влажность, кислотность и т.п.);

- особые требования, обусловленные конструкцией узла машины или механизма (необходимость самоустанавливаемости подшипника в опоре с целью компенсации перекосов вала или корпуса, обеспечение перемещения вала в осевом направлении и т.п.).

Подбор подшипников практически сводится к следующей схеме:

1. Исходные данные для выбора подшипников следующие:

- расчетная схема вала с нагрузками, известными по величине и направлению;

- частота вращения вала;

- диаметры ступеней вала для установки подшипников;

- эксплуатационные режимы работы подшипниковых узлов.

2. По назначению узла выбирают тип подшипника. Так, например, если на подшипник действует только радиальная нагрузка, то можно выби­рать любой радиальный подшипник. Если подшипник находится под действием комбинированной на­грузки (значительной  осевой  и  радиальной), то применяют  радиально-упорные подшипники типов 6 и 7. Если же осевая нагрузка больше ра­диальной, то устанавливают упорный подшипник в комбинации с радиаль­ным или упорно-радиальный подшипник. При действии одной осевой нагрузки устанавливают упорные подшипники типов 8 и 9.

3. выбор типа подшипника по каталогу и выписывание следующих данных:

- С и Со - для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников с углом контакта α=12°;

- С - для радиальных роликоподшипников;

- С, X, Y, е - для роликовых радиально-упорных и шариковых радиально-упорных с углом контакта α>18°;

4. определение реакций опор подшипников по расчетной схеме вала;

5. нахождение осевых составляющих реакций от радиальных нагрузок для радиально-упорных подшипников;

6. определение результирующих осевых нагрузок;

7. расчет отношения осевой нагрузки к радиальной Fa/(VFr); нахождение коэффициента осевого нагружения е и коэффициентов Х и Y радиальной и осевой нагрузок. Для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников с углом контакта α=12° предварительное нахождение отношения осевой нагрузки к статической грузоподъемности Fa/Co;

8. определение эквивалентной нагрузки рассчитываемого подшипника;

9. Основным критерием для выбора подшипника служит его динамиче­ская грузоподъемность. Если подшипник воспринимает нагрузку в непод­вижном состоянии или его вращающееся кольцо имеет частоту вращения не более 1 об/мин, то подшипник выбирают по статической грузоподъем­ности без проверки его долговечности.

Грузоподъёмность это постоянная нагрузка, которую группа идентичных подшипников выдержит в течение одного миллиона оборотов. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка. Если вал вращается медленнее одного оборота в минуту, то речь идёт о статической грузоподъёмности C0, а если вращение быстрее одного оборота в минуту, то говорят о динамической грузоподъёмности C. Величина грузоподъёмности рассчитывается при проектировании подшипника, определяется на экспериментальной партии подшипников и заносится в каталог.

10. расчет долговечности подшипника.

При несогласовании долговечности подшипника с требуемой следует перейти к более тяжелой серии или другому типу подшипника без изменения диаметра вала.

Для окончательно выбранного подшипника - выписать из каталога значения его размеров и определить расстояния между опорами.

 

Расчет по динамической грузоподъемности подшипников качения

Методы расчета динамической грузоподъемности, эквивалентной динамической нагрузки и долговечности подшипников качения устанавливаются ГОСТ 18855-82.

Подшипники качения не могут служить бесконечно долго, даже если они достаточно хорошо предохранены от износа и коррозии. Критерием работоспособности в этих случаях является усталостное выкрашивание поверхностных слоев. Кривая усталости для подшипников имеет вид гиперболы (рис 17.9) и описывается уравнением

где х=9 – для шариковых подшипников; х=10 – для роликовых подшипников.

A

Рис.17.9

 

На основе больших экспериментальных данных установлена зависимость между эквивалентной динамической нагрузкой Рэ для подшипника и его динамической грузоподъемностью С

где L – долговечность подшипника в миллионах оборотов; n=3 – для шарикоподшипников; n=10/3 – для роликоподшипников.

Формула (6.8) справедлива при частоте вращения кольца n>10 мин-1, но не превышающей предельной частоты вращения данного подшипника, приводимой в каталоге. При n=1…10 мин-1 расчет подшипника производится для n=10 мин-1.

Эквивалентной динамической нагрузкой Pэ для радиальных и радиально-упорных подшипников качения называется такая постоянная радиальная нагрузка, которая при действии на подшипник с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным обеспечивает ту же долговечность, которую данный подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения.

Динамической грузоподъемностью С радиального и радиально-упорного подшипника качения называется такая постоянная радиальная нагрузка, которую группа идентичных подшипников при неподвижном наружном кольце сможет выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 миллион оборотов внутреннего кольца. При проектировании машин подшипники качения не конструируют и не рассчитывают, а подбирают из числа стандартных по каталогу.

При расчете подшипников принято за расчетный или гарантированный ресурс принимать такое число часов работы, которое выдерживает 90% всех подшипников, то есть 10% подобранных по существующим нормам подшипников могут простоять в машине меньше требуемого срока. Однако средний ресурс в 3…5 раз превышает расчетный, а максимальный ещё в несколько раз превышает средний. Фактически выбраковывается значительно меньше подшипников, так как большинство подшипников в машинах недогружены.

Условие для выбора подшипников качения:

Cr≤[Cr],                                                                         (7)

где Cr — требуемая динамическая грузоподъемность, Н; [Cr] — табличное (каталожное паспортное) значение динамической грузоподъемности под­шипника выбранного типоразмера, Н.

Требуемое значение динамической грузоподъемности определяют по формулам:

где Pэ приведенная (эквивалентная) нагрузка (должна быть подставлена в тех же единицах, что и параметр Q; L — требуемая долговечность вра­щающегося подшипника, млн. об., (принимается 0,5-30 000 млн. об.); Lh то же, ч; α — коэффициент, зависящий от характера кривой усталости (для шариковых подшипников α= 3,0; для роликовых α= 10/3); п частота вращения кольца, об/мин; а1 — коэффициент надежности, a1≈1 (безотказ­ная работа); а23 — коэффициент качества, обычно a23=0,7÷0,8 (шарико­вые), a23=0,6÷0,7 (роликовые конические).

Подшипники качения часто подвергаются совместному действию радиальной и осевой нагрузок; нагрузка может быть постоянной или сопровождаться толчками и ударами; вращаться может внутреннее или наружное кольцо; температура может быть нормальной, повышенной или пониженной. Все эти факторы влияют на работоспособность подшипников и должны учитываться при выборе приведенной нагрузки.

Приведенную (эквивалентную) динамическую нагрузку Pэ вычисляют по формуле

где X — коэффициент радиальной нагрузки; Y — коэффициент осевой на­грузки; V — коэффициент вращения (при вращении относительно вектора нагрузки внутреннего кольца V=1, наружного кольца V= 1,2); Fr, Fa — радиальная и осевая нагрузки, Н; Кб — коэффициент безопасности, учитывающий динамичность нагрузки (см.таблицу 5); КT — температурный коэффициент, вводимый только при повышенной рабочей температуре t > 100 °С для подшипников, изготовленных из обычных подшипниковых сталей (при t до 100 °С, KT = 1; при t до 120 °С, KT = 1,05; при t до 150 °С, KT = 1,1; при t до 200 °С, KT = 1,25, см.таблицу 6).

Расчетная зависимость приведенной нагрузки от радиальной Frи осевой Fa нагрузок принята в простой форме, аппроксимирующей действительную сложную зависимость. Из-за радиального зазора в подшипнике при отсутствии осевой нагрузки имеет место повышенная неравномерность нагружения тел качения. С увеличением осевой нагрузки при постоянной радиальной происходит выборка зазора, увеличивается рабочая дуга в подшипнике и нагрузка на тела качения распределяется более равномерно. До некоторого значения Fa/(V∙Fr)=e  (е — вспомогательный коэффициент, указанный в каталоге) это компенсирует увеличение общей нагрузки на подшипник с ростом осевой нагрузки Fa.

Расчет Рэ по формуле (9) для цилиндрических подшипников Fa= 0, Х= 1; для упорных подшипников Fr = 0, Y= 1; для шариковых радиальных, радиально-упорных и конических роликовых подшипников Х=1, Y=0, если Fa/(VFr)<e, где е — вспомогательный коэффициент, указанный в каталоге в зависимости от отношения осевой нагрузки к статической грузоподъемности подшипника С0, то расчет ведется только по радиальной нагрузке, т.e. принимают Х = 1 и Y = 0. Если Fa/(VFr)>e — значения коэффициентов Х и Y определяются по таблице 2.

 

Таблица 2. Значение коэффициентов радиальных и осевых нагрузок Х и Y

α°

 

 

 

 

Подшипники однорядные

Подшипники двухрядные

е

 

Fa/(VFr)>e

Fa/(VFr)<e

Fa/(VFr)>e

X

Y

X

Y

X

Y

 

0,014

0,56

2,30

1,0

0

0,56

2,30

0,19

 

0,028

1,99

1,99

0,22

 

0,056

1,71

1,71

0,26

 

0,084

1,55

1,55

0,28

0

0,110

1,45

1,45

0,30

 

0,170

1,31

1,31

0,34

 

0,280

1,15

1,15

0,38

 

0,420

1,04

1,04

0,42

 

0,56

1,00

1,00

0,44

 

0,014

 

1,81

 

2,08

 

2,94

0,30

 

0,028

 

1,62

 

1,84

 

2,63

0,34

 

0,056

 

1,46

 

1,69

 

2,37

0,37

 

0,084

 

1,34

 

1,52

 

2,18

0,41

12

0,11

0,45

1,22

1,0

1,39

0,74

1,98

0,45

 

0,17

 

1,13

 

1,30

 

1,84

0,48

 

0,28

 

1,04

 

1,20

 

1,69

0,52

 

0,42

 

1,01

 

1,16

 

1,64

0,54

 

0,56

 

1,00

 

1,16

 

1,62

0,54

26

0,41

0,87

1

0,92

0,67

1,41

0,68

36

0,37

0,66

1

0,66

0,60

1,07

0,95

Примечание. Коэффициенты X, Y,  e для промежуточных отношений Fa/COr определя­ют интерполяцией.

 

При установке вала на двух радиальных или радиально-упорных подшипниках нерегулируемых типов внешнюю осевую нагрузку воспринимает один из них, причем в том направлении, в котором он ограничивает осевое перемещение вала. При определении осевых нагрузок на радиально-упорные подшипники регулируемых типов следует учитывать осевую силу S, возникающую под действием радиальной нагрузки из-за наклона  контактных линий, которая представляет собой минимальную осевую силу, действующую на радиально-упорный регулируемый подшипник при заданной радиальной нагрузке. Для нормальной работы подшипника должно выполняться условие

FaS,

гдеS=eFr – для шарикоподшипников; S=0,83eFr – для роликоподшипников.

Таким образом, расчетная осевая нагрузка на подшипник складывается из внешней нагрузки на вал и осевой составляющей от другого радиально-упорного подшипника на вал.

Рассмотрим схематично вал, нагруженный радиальной силой Fr и осевой нагрузкой FА (рис. 18). Условие равновесия вала

FA+Fa1-Fa2=0,                                        (9.1)

где Fa1 и Fa2 – осевые реакции на подшипниках

Дополнительные условия Fa1≥S1 и Fa2≥S2.

Для нахождения решения в одной из опор осевая реакция принимается равной минимальной, то есть Fa=S.

Задаемся Fa1=S1, тогда из (9.1) FA+S1-Fa2=0  или FA+S1=Fa2. Осевая сила найдена правильно, если Fa2≥S2. Для случая, когда Fa2<S2, следует принять Fa2=S2, тогда FA+Fa1-S2=0 и Fa1=S2+FA.

Причем условие Fa1≥S1 будет обязательно выполнено.

image197

Рис.18

 

Динамическую грузоподъемность можно повысить:

1) применением бомбинированных роликов в цилиндрических и конических роликоподшипниках;

2) применением подшипников более высоких классов точности;

3) применением особо чистых подшипниковых сталей;

4) применением оптимальных условий смазки.

 

Расчет по статической грузоподъем­ности подшипников качения

Методы расчета статической грузоподъемности и эквивалентной статической нагрузки подшипников качения устанавливаются ГОСТ 18854-82.

Подшипники грузовых крюков, дом­кратов, нажимных устройств прокатных станов и других машин периодически подвержены нагрузкам при очень медленном вращении. «Невращающиеся» подшипники рассчитывают только по статической гру­зоподъемности.

У подшипников, работающих при резко переменной нагрузке, при вращательном движении (n > 10 об/мин) следует проверять статическую грузоподъемность. Значительные перегрузки могут вызвать неоднородную остаточную деформацию, которая приводит к нарушению плавности хода подшипника.

У подшипников, которые работают при малых числах оборотов и рассчитаны на небольшой срок службы, необходимо также проверять статическую грузоподъемность. Но в этих условиях рассчитанная по формуле долговечности допустимая нагрузка может превышать статическую грузоподъемность.

Для подшипников, работающих в режиме качательного движения, могут быть допущены большие нагрузки, чем статическая грузоподъемность подшипника. В этом случае остаточные деформации колец и тел качения могут превосходить значения, допустимые для подшипника, эксплуатирующегося при вращательном движении.

Под статической грузоподъемностью понимают такую нагрузку на «невращающийся» подшипник (п < 1 об/мин), под действием которой в нем не возникает остаточных деформаций, ощутимо влияющих на дальнейшую ра­боту подшипника.

Условие для выбора подшипников:

Por≤Cor,                                                         (10)

где РОr — эквивалентная (приведенная) статическая нагрузка; СОr — базовая (допускаемая) статическая радиальная грузоподъемность.

Под допускаемой статической грузоподъемностью понимается такая статическая нагрузка, которой соответствует общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001D диаметра тела качения. Значения C0r указаны в каталогах для каждого типоразмера подшипника.

Значение приведенной статической нагруз­ки для радиальных; и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников определяют:

Por=X0Fr+Y0Fa                                                (11)

где Хо, Yo — коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок (табл. 2); Fr — радиальная нагрузка; Fa — осевая нагрузка.

 

Расчет подшипников качения на долговечность

Часто подшипники пред­варительно выбирают по конструктивным соображениям. Тогда расчетом проверяют их долговечность (ресурс). Под номинальной долговечностью (расчетным сроком службы) понимают срок службы подшипников, в тече­ние которого не менее 90% из данной группы при одинаковых условиях должны проработать без появления признаков усталости металла.

Долговечность подшипника L зависит от величины и направления дей­ствия нагрузки, частоты вращения, смазки и т. д., а также и от его динами­ческой грузоподъемности С. Из формулы (8) долговечность подшипника

где Cr принимают по каталогу, Рэ определяют по формуле 9.

Расчетный ресурс подшипников в машинах определяется технико-экономическими показателями. Его выбирают тем большим, чем важнее бесперебойная работа машины, чем труднее разборка машины для замены подшипников и т.д. Средние значения расчетного ресурса, характерные для машин, работающих с перерывами, составляют 2500… 10000 ч. Для непрерывно работающих машин и для машин тяжелого машиностроения расчетный ресурс подшипников выбирают выше.

Подшипники явились первой группой деталей, для которой был введен расчет на долговечность.

 

Оценка предельной быстроходности подшипников качения

Для стандартных подшипников обычно указывают значения предельных частот вращения. Под предельной частотой вращения понимают такую частоту вращения, при превышении которой не обеспечивается номинальная долговечность (расчетный срок службы) подшипника. Максимально допустимая частота вращения для каждого типоразмера подшипника зависит в первую очередь от нагрузки, способа смазки, условий охлаждения, конструкции и материала сепаратора.

Предельная частота вращения, (об/мин), может быть ориентировочно определена по формуле

где dm∙n - скоростной параметр, значения которого приведены в табл. 3; dm - диаметр окружности, проходящей через центры тел качения; k - коэффициент, учитывающий снижение долговечности при предельной частоте вращения; k= 0,3–1,0.

 

Таблица 3. Значения скоростного параметра dm∙n для различных типов подшипников

Тип подшипника

Скоростной параметр dm∙n, 105 мм∙об/мин,

для смазочного материала

пластичного

жидкого

Шариковый (радиальный и радиально-упорный однорядный, радиальный сферический двухрядный)

4 - 4,5

5,5 - 6,0

Роликовый:

радиальный с короткими цилиндрическими роликами

 

3,5 - 4

 

4 4,5

конический однорядный

2,5

3,0

конический двухрядный

2,0

3,0

 

При использовании подшипников с большой нагрузкой верхний предел частоты вращения должен быть снижен. Предельную частоту вращения необходимо снизить и у сферических роликоподшипников, воспринимающих комбинированную нагрузку, когда осевая нагрузка высока Fa/Fr≥0,6. В этом случае n должно быть умножено на коэффициент 0,8.

При использовании подшипников с массивным точеным сепаратором из цветного металла или полимерных материалов в сочетании с улучшенными условиями смазки и охлаждения предельные частоты вращения могут быть увеличены.

Для шарикоподшипников радиальных и радиально-упорных однорядных предельная частота вращения может быть увеличена в 2,5 - 3 раза, для цилиндрического роликоподшипника - в 2 - 2,2 раза.

 

Посадки подшипников

В системе соединений колец подшипников с валом и корпусом кольца принимают за основные детали, допускаемые отклонения которых назначаются независимо от потребного характера посадок. Различные посадки обеспечиваются выбором соответствующих отклонений типов валов и отверстий корпусов. Таким образом, посадки внутренних колец подшипников осуществляют по системе отверстия, а наружных по системе вала.

Общие условия выбора посадок таковы:

1. Посадка не должна допускать обкатывания колец или образования зазоров на посадочных поверхностях;

2. Натяг должен быть минимальным, чтобы не сильно изменялись зазоры между кольцами и телами качения.

Поэтому при вращающемся внутреннем кольце и неподвижном наружном последнее устанавливают в корпус с минимальным нулевым зазором (посадка H7), а внутреннее кольцо на вал сажают с небольшим натягом (посадка k6). Это обеспечивает отсутствие проворачивания внутреннего кольца относительно вала и равномерный износ дорожки наружного кольца.

Влияние режимов работы на выбор подшипниковой посадки таково:

1) чем больше нагрузка и чем сильнее толчки, тем более плотными должны быть посадки;

2) чем выше частоты вращения, тем посадки должны быть более свободными, т. к. при высоких частотах вращения, как правило, нагрузки меньше, температурные деформации больше, а зазоры в подшипниках должны выдерживаться точнее.

При назначении посадок следует учитывать:

1. тип подшипника;

2. частоту вращения;

3. характер (постоянная или переменная по величине и направлению, спокойная или ударная) и величину нагрузки на подшипник;

4. жёсткость вала и корпуса;

5. характер температурных деформаций подшипникового узла (изменение плотности посадки при достижении рабочей температуры);

6. способ креплания подшипника (с затяжкой или без неё);

7. удобство монтажа и разборки подшипникового узла.

Посадки вращающихся колец с натягом предотвращают проворачивание колец на посадочных поверхностях, смятие и фрикционную коррозию этих поверхностей.

Посадки невращающихся колец подшипников с минимальным зазором обеспечивают равномерность износа беговых дорожек на этих кольцах за счёт их чрезвычайно медленного проворачивания в сторону вращения подвижного кольца.

Посадочные поверхности под установку подшипников должны иметь качественную обработку поверхности во избежание смятия и среза местных выступов (шероховатостей) при запрессовке и эксплуатации подшипников. При установке подшипников весьма желательно применение тепловой сборки (нагрев подшипника в масляной ванне с одновременным охлаждением вала твердой углекислотой или жидким азотом), а демонтаж подшипников необходимо выполнять с применением специализированного инструмента (съемников). Применяемая обычно в ремонтном производстве силовая сборка резко снижает срок жизни подшипника из-за взаимного перекоса колец после сборки. Обычно для тяжёлых условий работы назначаются более плотные посадки.

Перед установкой подшипников посадочные поверхности необходимо смазать жидкой или консистентной смазкой.

Вид смазывающего материала и способ его подачи к поверхностям трения зависит от условий работы подшипника (нагрузка, защищённость от действия неблагоприятных факторов внешней среды, возможность и периодичность обслуживания и т.п.) и скорости относительного движения подвижного и неподвижного колец подшипника, которую однозначно характеризует произведение внутреннего диаметра подшипника dп на частоту вращения подвижного кольца n. В первом приближении характер смазки можно выбрать в соответствии с табл. 3.1.

В дальнейшем условия смазки подшипников согласуются с выбранной схемой смазывания агрегата, в котором эти подшипники установлены.

 

dп∙n, 106 мм∙об/мин

Смазка

Уплотнение

≤ 0,55

Консистентная

Сальник, лабиринт

≤ 0,60

Жидкая погружением

Резиновая манжета, маслосгонная канавка

≤ 0,75

Жидкая фитильная и капельная – 5…10 капель в час.

≤ 1,70

Жидкая масляным туманом

Металлические кольца, полиамидная манжета, центробежное уплотнение

> 2,0

Жидкая струйная под углом 15-20° к оси подшипника, охлаждение потоком масла

 

Расчет потерь на трение в подшипниках качения

При вращении деталей подшипников качения в местах контактов всегда возникают трение качения и трение скольжения. Каждая составляющая потерь на трение сложным образом зависит от условий эксплуатации (частоты вращения, нагрузки, температурного режима и смазки) и конструктивного исполнения, определяющего контактные взаимодействия. Поэтому точный расчет составляющих можно выполнить при условии накопления достаточного экспериментального материала.

Потери на трение в подшипниках складываются из следующих составляющих:

а) трение между телами качения и кольцами. Этот вид трения состоит из трения качения и дополнительного трения скольжения. Качение в наиболее чистом виде характерно для цилиндрических роликоподшипников.

В этом случае все точки линии контакта по длине ролика имеют одинаковую окружную скорость. В шарикоподшипниках и сферических роликоподшипниках контактов в поперечном сечении происходит по дуге. Окружные скорости точек линии контакта различны, что приводит к проскальзыванию и потерям на трение скольжения.

б) трение скольжения тел качения (роликов) в конических  роликоподшипниках. В этом случае  трение скольжения имеет место между торцевой поверхностью ролика и буртом внутреннего кольца.

в) трение, связанное с погрешностями формы тел качения и колец, переносом роликов и т.д.

г) трение тел качения о сепаратор и сепаратора о кольца

д) сопротивление масла

е) трение в уплотнениях (встроенные уплотнения).

ж) трение тел качения о сепаратор и сепаратора о кольца;

На практике потери на трение в подшипниках качения характеризуются моментом трения Mтр, эквивалентным моменту вращения при данных эксплуатационных условиях (трение качения, скольжения, а также трение в смазочном слое). Момент трения в подшипниках зависит от многих факторов и, прежде всего, от нагрузки, частоты вращения, смазки, конструктивных особенностей, класса точности подшипника и др. При рекомендуемых условиях эксплуатации, когда результирующая нагрузка не превышает 10-20% динамической грузоподъемности С, момент трения может быть ориентировочно определен по формуле

где μпр - приведенный коэффициент трения; Q - результирующая нагрузка на подшипник; d - диаметр отверстия в подшипнике. С учетом типа подшипника и условий эксплуатации приведенный коэффициент трения может принимать значения μпр≅0,001-0,020.

На основе экспериментальных данных для приближенных расчетов можно принять следующие средние значения приведенного коэффициента трения для подшипников, эксплуатирующихся при нормальных режимах работы и пластичном смазочном материале:

Шарикоподшипники:

радиальные однорядные………..0,002;

сферические двухрядные……….0,0015;

радиально-упорные……………..0,003;

упорные………………………….0,003.

Роликоподшипники:

с короткими цилиндрическими роликами………………0,002;

с длинными цилиндрическими роликами……………….0,004;

двухрядные сферические с бочкообразными роликами..0,004;

игольчатые…………………………………………………0,008;

конические…………………………………………………0,008.

Следует отметить, что трение, вызываемое наличием контактов скольжения уплотнений, может превысить трение в самом подшипнике без уплотнений при одинаковых условиях эксплуатации.

Мощность (Вт), расходуемая на трение в подшипнике, определяется из уравнения

где Mтр - момент трения, Нсм; n - частота вращения, об/мин.

 

Гидродинамический режим смазки подшипника качения

Работоспособность подшипника зависит не только от нагрузки и частоты вращения, но и от относительной толщины смазочной пленки.

Рекомендуется производить проверку параметра режима смазки Λ для подшипников по формуле

где k0 - конструктивный коэффициент, зависящий от типа подшипника (см. табл. 4); и - средние арифметические значения параметров шероховатости трущихся поверхностей, мкм, зависящие от типа и класса точности подшипника;  определяется по рис. 19; n - частота вращения внутреннего кольца подшипника, об/мин;  определяется по рис. 20;  - параметр масла; определяется в зависимости от температуры подшипника (рис. 21); Q0 - эквивалентная статическая нагрузка, Н.

Рекомендуется выбирать Λ≥3. Этот параметр пригоден в первую очередь для оценки влияния минеральных и синтетических масел на работоспособность подшипников качения. При использовании пластичных смазочных материалов параметр Λ частично пригоден для оценки вязкости того масла, на базе которого изготавливается соответствующий пластичный смазочный материал.

 

Таблица 4. Значение конструктивного коэффициента k0

Тип подшипника

Коэффициент k0

Шарикоподшипник радиальный однорядный, сферический двухрядный

70

Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный (всех серий), α=12÷36°

75

Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами, роликоподшипник конический

100

 

 

Рис.19. График для определения   по величине мм

 

Рис. 20. График для определения

  по величине  

а

б

Рис.21. Зависимость параметр масла g от его рабочей температуры t:

а – для основных масел: (1 - МС-20; 2-75% МС-20+25% трансформированного; 3 - 50% МС-20+50% трансформированного; 4 - 25% МС-20+75% трансформированного; 5 -

веретенное-2; 6 - МК-8 трансформированное); б - для авиационных масел (1 - МН-7,5;

2 – ВНИИ НП-7; 3 - Б-3В; 4 - Л3-240; 5 и 6 - КУА 36/1 и ВНИИ НП 50-1-49)

 

Электромагнитные подшипники

Как известно, в машинах и исполнительных механизмах для опор роторов, как правило, используются либо подшипники качения, либо гидродинамические подшипники жидкостного трения. Каждое из этих решений имеет свои преимущества, недостатки и область рационального применения. Однако ни одно из них не обеспечивает желаемых высоких характеристик, надёжности, безопасности, ресурса, КПД, малых потерь на трение и др. Все виды подшипников имеют ограничения по скорости вращения, нагрузкам, тепловым напряжениям, виброхарактеристикам и т.п.

Альтернативным решением для создания эффективной конструкции или разгрузки подшипников качения и скольжения является «магнитный подвес», в котором ротор поддерживается в рабочем зазоре пондермоторными силами электромагнитной системы.

Приведем преимущества подобного конструктивного решения:

- отсутствие момента сухого трения;

- исключение маслосистемы;

- возможность достижения высоких скоростей вращения;

- управляемость характеристик жесткости и демпфирования;

- снижение уровня вибраций;

- возможность подавления резонансных явлений;

- высокая долговечность;

- снижение затрат на эксплуатацию, обслуживание и ремонт;

- возможность работы в вакууме и агрессивных средах.

Конструктивно радиальный электромагнитный подшипник (рис.22) состоит из статора, представляющего собой композицию электромагнитов, расположенных в корпусе подшипникового узла; пассивного магнита, закрепленного на роторе; датчика положения ротора и страховочного подшипника. Ротор подвешивается в магнитном поле с помощью следящей системы, которая по сигналам датчика регулирует напряжение на катушках электромагнитов и удерживает ротор в центральном положении.

 

 

 

Рис. 22. Конструкция радиального

электромагнитного подшипника

Рис. 23. Функциональная схема системы

управления электромагнитным

подшипником

 

Наличие мощных силовых полупроводниковых приборов в современных условиях делает возможным создание надежных регулируемых источников питания для электромагнитных подшипников с высокой грузоподъемностью. Развитие средств цифровой микропроцессорной техники позволяет реализовать быстродействующие и точные системы стабилизации положения ротора.

Рамные разработки отечественных образцов электромагнитных подшипников (ВНИИЭМ, г. Москва) или снабжены системами управления, выполненными на аналоговых элементах с применением целого ряда датчиков обратной связи (тока, ускорения и положения). Такие системы громоздки, неудобны в наладке, обладают минимумом диагностических возможностей и требуют специальной подготовки обслуживающего персонала. Современный подход к технической реализации электромагнитного подвеса роторов заключается в создании системы прямого цифрового управления электромагнитами подшипника. Функциональная схема одного канала управления электромагнитным подшипником представлена на рис. 23.

Под объектом управления понимается процесс перемещения ротора в магнитном поле электромагнитов, управляемых напряжением силового транзисторного преобразователя. Датчик положения ротора имеет цифровой выходной сигнал, который подается на инверсные входы двух последовательно включенных цифровых регуляторов, (рис. 24).

Регуляторы выполняются программно на однокристальной ЭВМ или программируемом контроллере. Для управления силовыми ключами транзисторного моста служит цифровой широтно-импульсный модулятор (ШИМ) (рис. 25).

 

а

 

Рис. 24. Схема компоновки магнитного подвеса ротора:

а – схема компоновки электромагнитов; б – схема расположения датчиков

 

Рис. 25. Схема управления магнитным подвесом генератора

 

Такой подход к построению системы управления электромагнитными подшипниками, разработанный учеными и сотрудниками Самарского технического университета, во-первых, отличается простотой технической реализации прямого цифрового управления. Во-вторых, структура системы, известная в технике следящих электроприводов как структурно-минимальный электропривод, позволяет получить высокое быстродействие при обработке внешних возмущений,  абсолютную статическую четкость и активное демпфирование вибраций. В-третьих, цифровая реализация регуляторов дает возможность все настроечные операции производить с внешнего пульта управления и (при соответствующей доработке) автоматизировать процесс настройки. Предложенные системы прямого цифрового управления электромагнитными подшипниками могут быть выполнены миниатюрно на однокристальных контроллерах и специализированных больших интегральных микросхемах, к тому же они относительно дешевы.

Разработанная методика синтеза предлагаемых цифровых систем управления в совокупности со специализированным программным обеспечением позволяет реализовать точный параметрический синтез регуляторов при существенных колебательных свойствах объекта управления.

Замена или разгрузка подшипников скольжения на электромагнитные резко увеличивает срок службы и надежность машин за счет практического устранения износа вращающихся деталей, упрощает их эксплуатацию и обслуживание.

Ротор электрической машины подвешивается в магнитном поле при давлении пондермоторных сил

где  - вектор магнитного поля;   - нормаль к поверхности ротора;  μ - магнитная проницаемость воздуха.

Магнитное поле создается катушкой, размещенной на статоре (см. рис. 36), поэтому направление поля близко к нормам, а давление пондермоторных сил приводит к притяжению ротора к якорю. Поскольку подвеска ротора в стационарном поле магнитов в течение продолжительного времени невозможна, требуется наличие следящей системы, с помощью которой компенсируются отклонения ротора от теоретической оси вращения за счет обмена импульсом между ротором и полем. Время компенсации перемещения, согласно закону сохранения количества движения, равно

∆t=

где γ- плотность материала ротора;  - радиус ротора;  ∆h - допустимое перемещение ротора; S - площадь полюсных наконечников; l - длина подшипника.

Проведенный анализ показал, что подвес роторов небольших размеров потребует использования малоинерционных устройств управления магнитным полем. В связи с этим электромагнитный подшипник   целесообразно реализовать с использованием секций, размещенных вдоль ротора (см. рис. 24, а) и с применением в системе управления бесконтактных емкостных датчиков (см. рис. 25). При отклонении ротора будет изменяться зазор между ротором и датчиком, что сформирует измерительный сигнал. Результаты измерения (см. рис.25) поступают в вычислительное устройство, вырабатывающее команды управления. Силовые управляющие катушки по управляющему сигналу возвратят ротор на прежнее место. Расчеты стального ротора с размером вала в зоне магнитного поля около 80 мм показали, что при отклонении ротора на 100 мкм время реализации составляет около 1 мс. Требуемая напряженность магнитного поля - около 100 кА/м. Указанные величины вполне реализуемы.

Расчеты показали также, что механические воздействия на автомобильный транспорт (удары с верхней границей частоты 120 Гц) не способны дестабилизировать следующую систему: минимальное время воздействия - около 16 мкс - много больше времени реакции следящей системы. Таким образом, применение электромагнитных подшипников позволит не только увеличить срок службы машин, но и значительно снизить их чувствительность к ударам и вибрациям, что также повысит качество динамических параметров роторных систем.

 

Направляющие прямолинейного движения. Общие сведения.

Прямолинейно-направляющий механизм - механизм, у которого часть траектории или вся траектория одной из точек какого-либо звена, совершающего сложное движение, есть прямолинейный отрезок или дуга кривой, мало отклоняющаяся от прямой. Прямолинейность движения достигается путём подбора соотношений между длинами звеньев механизма. Наиболее известны направляющие прямолинейного движения Чебышева и Уатта. Оба механизма — шарнирные четырёхзвенники, т.е. составлены из 4 звеньев, образующих между собой вращательные пары. 

Помимо повышенной точности и жесткости к направляющим устройствам предъявляются следующие требования:  1) обеспечение высокой скорости и ускорения; 2) низкие силы трения; 3) повышение максимальных допустимых нагрузок; 4) повышение срока службы; 5) интеграция измерительных устройств.

Классифицировать направляющие устройства можно по нескольким признакам.

В зависимости от максимально допустимой статической нагрузки  направляющие качения можно разделить на три группы:

- миниатюрные направляющие, с максимальной нагрузкой до 29000Н;

- шариковые, с максимальной нагрузкой до 289000Н;

- роликовые,  с максимальной нагрузкой до 19419000Н.

Классификация в зависимости от максимально допустимой статической нагрузки  не  является общей для всех типов направляющих, ее величина может меняться в зависимости от конструкции и разработки определенной фирмы.  Данный классификационный признак также отражает возможности и несущие способности отдельных групп опор качения.

По форме элементов качения направляющие делятся на четыре группы:- шариковые;- роликовые;- игольчатые;- комбинированные.

Игольчатые и комбинированные поры качения в основном используются в миниатюрных направляющих.

По количеству рядов опор качения направляющие устройства делятся  на однорядные и двухрядные.

По способу закрепления элементов качения направляющие устройства делятся две группы:- направляющие с циркуляцией элементов качения;- направляющие с закрепленными сепараторами; в свою очередь направляющие с циркуляцией элементов качения делятся на две группы:  - с циркуляцией одновременно двух рядов элементов качения;- с возможностью циркуляции отдельных потоков элементов качения.

По методу регулирования натяга направляющие устройства можно разделить на четыре основные группы, в зависимости от устройств, обеспечивающих предварительный натяг:- с помощью винта;- с помощью клиньев; - за счет прокладок;- за счет элемента конструкции.

В зависимости от  конструкции  сепаратора и количества элементов качения направляющие устройства делятся  на две группы: - сепараторы для кареток с рециркуляцией элементов качения;- сепараторы для кареток с закрепленными сепараторами.

В свою очередь сепараторы для кареток с циркуляцией можно разделить на две группы: для закрепления элементов одной замкнутой цепи и для одновременного крепления  двух рядов циркуляции.

Важным классификационным признаком является величина предварительного натяга. Практически все ведущие фирмы в производстве направляющих устройств разделяют величину предварительного натяга в зависимости от характера условий работы и величины статической нагрузки (С). На основе этого направляющие устройства могут быть разделены на четыре основные группы:

- без предварительного натяга;- с величиной предварительного натяга 0,02 С;

- с величиной предварительного натяга 0,08 С;

- с величиной предварительного натяга 0,12 С.

Разработанная классификация отражает основные  признаки направляющих устройств качения, которые были определены на основе материала ведущих фирм по производству направляющих устройств.

Общепромышленные рельсовые направляющие применяются в станкостроении, при производстве или модернизации металло- и деревообрабатывающего оборудования, в транспортных системах, при конструировании промышленных роботов, в лабораторном и научно-исследовательском оборудовании, в приборостроении. Миниатюрные направляющие используются в лабораторном оборудовании и медицинской технике, при производстве микросхем и полупроводниковой техники, а также в легких и сверхлегких системах точного линейного перемещения различного назначения.

 

Направляющие скольжения

Направляющие скольжения имеют смешанный характер трения, при котором слой смазки не обеспечивает полного разделения трущихся поверхностей неподвижного и подвижного элементов направляющей, которое имеет место в гидродинамических, гидростатических и аэростатических направляющих.

Основными преимуществами направляющих скольжения со смешанным характером трения являются простота и компактность конструкции, высокая нагрузочная способность и жесткость, демпфирование, невысокая стоимость. Однако в современных условиях тип направляющих со смешанным трением имеет существенные недостатки, основными из которых являются большое трение, ограничивающее скорость перемещения узлов, большой износ направляющих, а также скачкообразность движения при трогании с места и на малых скоростях, не позволяющая осуществлять точное позиционирование узлов.

Применение накладок из полимерных материалов и специальных "антискачковых" смазок позволяет в значительной мере, но не полностью, устранить указанные недостатки обычных направляющих скольжения.

Гидродинамические и гидростатические направляющие имеют не большое трение, высокую демпфирующую способность, обеспечивают высокую плавность хода и малые усилия перемещения, практически неизнашиваемы. Однако их жесткость не столь высока, как у направляющих смешанного трения, при высоких скоростях перемещения они генерируют избыточное тепло, вызывающее нагрев смазки и всего кинематического узла, требуют сложной навесной гидроаппаратуры и, в целом, значительно дороже других типов направляющих, что ограничивает область их применения (главным образом, это особо тяжелые и уникальные станки).

Аэростатические направляющие имеют особо малое трение, обеспечивают высокую точность перемещений, обладают высокой долговечностью, однако так же имеют ограниченную нагрузочную способность и подвержены случайным отказам, что сужает область их применения (координатно-измерительные машины, станки для обработки печатных плат, алмазно-токарные станки и некоторые другие типы станков с малыми нагрузками на направляющие).

 

Направляющие качения

Обладают малым трением (коэффициент трения составляет 0,003…0,005), обеспечивают высокую плавность перемещений, допускают высокие скорости и ускорения перемещений. В соответствующем исполнении они обеспечивают высокую нагрузочную способность, жесткость и долговечность системы, точность установочных перемещений. Их основными недостатками являются сравнительно низкое демпфирование(гашение колебаний или предотвращение механических колебаний), повышенная чувствительность к загрязнению, а также высокая стоимость, которая во многих случаях является существенным фактором, ограничивающим их использование.

Направляющие качения начали применяться вместо направляющих скольжения в середине прошлого века на координатно-расточных, шлифовальных, заточных и некоторых других прецизионных станках, где требовались точные малые установочные перемещения узлов. Такие перемещения на направляющих скольжения очень трудно выполнялись или вообще были невыполнимы.

Основной конструктивной формой направляющих качения на первых станках являлась комбинация (пара) V-образной и плоской направляющих. По ним перемещались ролики, размещенные в линейном сепараторе. При этом ролики опирались непосредственно на обработанные поверхности чугунных корпусных деталей.

При скоростях перемещений узлов в пределах 2…3 м/мин и сравнительно небольших нагрузках такие направляющие удовлетворяли требованиям, предъявляемым к таким станкам в те годы. Наряду с роликовыми на координатно-расточных станках начали применяться и шариковые направляющие качения.

Шарики в линейном сепараторе перемещались по специальным закаленным планкам, смонтированным на станине и на столе станка.

Направляющие качения являются основным типом направляющих в наиболее прогрессивных современных высокоскоростных станках, их конструкция непрерывно совершенствуется.

 

Комбинированные направляющие

Позволяют использовать преимущества направляющих и скольжения, и качения, в то же время они обладают и их недостатками. Часто такие направляющие на основных нагруженных гранях имеют трение скольжения и трение качения на боковых гранях для устранения переориентации узлов при реверсах.

Однако такая конструкция направляющих ограничивает скорость и ускорение перемещения узлов в высокоскоростных станках.

Комбинированный тип имеет сравнительно меньшую область применения, чем первые два типа направляющих.

 

Справочные данные


Таблица 5. Значения коэффициентов безопасности в зависимости от характера нагрузки

Характер нагрузки на подшипник

Kб

Примеры использования

Спокойная нагрузка без толчков

1,0

Ролики ленточных конвейеров; маломощные кинематические редукторы и приводы

Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до

125% номинальной расчетной нагрузки

1,0...1,2

Прецизионные зубчатые передачи; металлорежущие станки (кроме строгальных и долбежных); блоки; электродвигатели малой и средней мощности; легкие вентиляторы и воздуходувки

Умеренные толчки. Вибрационные нагрузки.

Кратковременная перегрузка до 150% номинальной расчетной нагрузки

1,3...1,5

Буксы рельсового подвижного состава; зубчатые передачи 7 и 8 степени точности; редукторы всех конструкций

То же в условиях повышенной надежности

1,5...1,8

Центрифуги; мощные электрические машины; энергетическое оборудование

Нагрузки со значительными толчками и вибрацией.

Кратковременные перегрузки до 200% номинальной расчетной нагрузки

1,8...2,5

Зубчатые передачи 9 степени точности; дробилки и копры; кривошипно-шатунные механизмы; валки прокатных станов; мощные вентиляторы и эксгаустеры

Нагрузки с сильными ударами и кратковременные перегрузки до 300% номинальной расчетной нагрузки

2,5...3,0

Тяжелые ковочные машины; лесопильные рамы; рабочие рольганги у крупных станов,

блюмингов и слябингов

 

Таблица 6. Значение температурного коэффициента в зависимости от рабочей температуры подшипника

Рабочая температура подшипника, 0C

≤100

125

150

175

200

225

250

Температурный коэффициент Kт

1,0

1,05

1,10

1,15

1,25

1,35

1,40

                                                                                  

                                                                                                                                                                               Таблица 7.

Условия нагружения

Осевые нагрузки на подшипник

 

      

Рис.26. Варианты установки радиально-упорных подшипников (к табл 7)

 

Таблица 8. Шарикоподшипники радиальные однорядные по ГОСТ 8338-75

Условное  обозначение

подшипника

Размеры, мм

Грузоподъемность, Н

Масса,

кг

d

D

B

Динамическая

 C

Статическая

 C0

особолегкая серия 100

104

20

42

12

9360

4500

0,07

105

25

47

12

11200

5600

0,08

106

30

55

13

13300

6800

0,12

107

35

62

14

15900

8500

0,16

108

40

68

15

16800

9300

0,19

109

45

75

16

21200

12200

0,24

110

50

80

16

21600

13200

0,25

111

55

90

18

28100

17000

0,39

112

60

95

18

29600

18300

0,39

113

65

100

18

30700

19600

0,45

114

70

110

20

37700

24500

0,60

115

75

115

20

39700

26000

0,66

116

80

125

22

47700

31500

0,85

117

85

130

22

49400

33500

0,91

118

90

140

24

57200

39000

1,20

119

95

145

24

60500

41500

1,21

120

100

150

24

60500

41500

1,29

Легкая серия 200

204

20

47

14

12700

6200

0,10

205

25

52

15

14000

6950

0,12

206

30

62

16

19500

10000

0,20

207

35

72

17

25500

13700

0,29

208

40

80

18

32000

17800

0,36

209

45

85

19

36400

18600

0,41

210

50

90

20

35100

19800

0,47

211

55

100

21

43600

25000

0,60

212

60

110

22

52000

31000

0,80

213

65

120

23

56000

34000

0,98

214

70

125

24

61800

37500

1,08

215

75

130

25

66300

41000

1,18

216

80

140

26

70200

45000

1,40

217

85

150

28

83200

53000

1,80

218

90

160

30

95600

62000

2,20

219

95

170

32

108000

69500

2,70

220

100

180

34

124000

79000

3,20

Средняя серия 300

304

20

52

15

15900

7800

0,14

305

25

62

17

22500

11400

0,23

306

30

72

19

28100

14600

0,34

307

35

80

21

33200

18000

0,44

308

40

90

23

41000

22400

0,63

309

45

100

25

52700

30000

0,83

310

50

110

27

61800

36000

1,08

311

55

120

29

71500

41500

1,35

312

60

130

31

81900

48000

1,70

313

65

140

33

92300

56000

2,11

314

70

150

35

104000

63000

2,60

315

75

160

37

112000

72500

3,10

316

80

170

39

124000

80000

3,60

317

85

180

41

133000

90000

4,30

318

90

190

43

143000

99000

5,10

319

95

200

45

153000

110000

5,70

320

100

215

47

174000

132000

7,00

Тяжелая серия 400

405

25

80

21

36400

20400

0,50

406

30

90

23

47000

26700

0,72

407

35

100

25

55300

31000

0,93

408

40

110

27

63700

36500

1,20

409

45

120

29

76100

46500

1,52

410

50

130

31

87100

52000

1,91

411

55

140

33

100000

63000

2,30

412

60

150

35

108000

70000

2,80

413

65

160

37

119000

78100

3,40

414

70

180

42

143000

105000

5,30

416

76

200

48

163000

125000

7,00

417

80

210

52

174000

135000

8,00

 

Таблица 9. Шарикоподшипники радиальные сферические двухрядные по ГОСТ 5720-75

Услов-

ное

обозна-

чение

подшип-

ника

Размеры,

мм

Грузоподъемность,Н

Факторы эквивалент-

ной нагрузки

 

Масса,

кг

 

d

D

B

Динами-

ческая

С

Статичес-

кая

С0

e

Y

при Fa/VFr

Y0

 

 

 

 

 

 

e

>e

 

 

 

 Легкая серия 1200

 

1204

20

47

14

9950

3180

0,27

2,31

3,57

2,42

0,12

 

1205

25

52

15

12100

4000

0,27

2,32

3,60

2,44

0,14

 

1206

30

62

16

15600

5800

0,24

2,58

3,99

2,70

0,22

 

1207

35

72

17

15900

6600

0,23

2,74

4,24

2,87

0,32

 

1208

40

80

18

19000

8550

0,22

2,87

4,44

3,01

0,42

 

1209

45

85

19

21600

9600

0,21

2,97

4,60

3,11

0,47

 

1210

50

90

20

22900

10899

0,21

3,13

4,85

3,28

0,53

 

1211

55

100

21

26500

13300

0,20

3,20

5,00

3,39

0,71

 

1212

60

110

22

30200

15500

0,19

3,40

5,27

3,57

0,88

 

1213

65

120

23

31200

17200

0,17

3,70

5,73

3,88

1,15

 

1214

70

125

24

34500

18700

0,18

3,50

5,43

3,68

1,26

 

1215

75

130

25

39000

21500

0,18

3,60

5,57

3,77

1,36

 

1216

80

140

26

39700

23500

0,16

3,90

6,10

4,13

1,67

 

1217

85

150

28

48800

28500

0,17

3,69

5,71

3,87

2,10

 

1218

90

160

30

57200

32000

0,17

3,76

5,82

3,94

2,50

 

1220

100

180

34

68900

40500

0,17

3,63

5,63

3,81

3,70

 

Средняя серия 1300

 

1304

20

52

15

12500

3660

0,29

2,17

3,35

2,27

0,16

 

1305

25

62

17

17800

6000

0,28

2,26

3,49

2,36

0,26

 

1306

30

72

19

21200

7700

0,26

2,46

3,80

2,58

0,39

 

1307

35

80

21

25100

9800

0,25

2,57

3,98

2,69

0,50

 

1308

40

90

23

29600

12200

0,23

2,61

4,05

2,74

0,70

 

1309

45

100

25

37700

15900

0,25

2,54

3,93

2,66

0,96

 

1310

50

110

27

43600

17500

0,34

2,68

4,14

2,80

1,21

 

1311

55

120

29

50700

22500

0,23

2,70

4,17

2,82

1,58

 

1312

60

130

31

57200

26500

0,23

2,80

4,33

2,93

1,96

 

1313

65

140

33

61800

29500

0,23

2,79

4,31

2,92

2,50

 

1314

70

150

35

74100

35500

0,22

2,81

4,35

2,95

3,00

 

1315

75

160

37

79300

38500

0,22

2,84

4,39

2,97

3,60

 

1316

80

170

39

77400

42000

0,22

2,92

4,52

3,06

4,30

 

 

Таблица 10. Роликоподшипники радиальные однорядные

с коротким цилиндрическим роликом по ГОСТ 8328-75

Условное

обозначение

подшипника

Размеры, мм

Грузоподъемность, Н

Масса, кг

d

D

B

Динамическая

C

Статическая

C0

Легкая узкая серия 2200

2204

20

47

14

14700

7350

0,13

2205

25

52

15

16800

8800

0,15

2206

30

62

16

22400

12000

0,24

2207

35

72

17

31900

17600

0,35

2208

40

80

18

41800

24000

0,40

2209

45

85

19

44000

25500

0,49

2210

50

90

20

45700

27500

0,57

2211

55

100

21

56100

34000

0,76

2212

60

110

22

64400

43000

0,95

2213

65

120

23

76500

51000

1,20

2214

70

125

24

79200

51000

1,30

2215

75

130

25

91300

63000

1,40

2216

80

140

26

106000

68000

1,80

2217

85

150

28

119000

78000

2,27

2218

90

160

30

142000

105000

2,80

2220

100

180

34

183000

125000

4,00

Средняя узкая серия 2300

2305

25

62

17

28600

15000

0,30

2306

30

72

19

36900

20000

0,40

2307

35

80

21

44600

27000

0,55

2308

40

90

23

56100

32500

0,77

2309

45

100

25

72100

41500

1,00

2310

50

110

27

88000

52000

1,35

2311

55

120

29

102000

67000

1,70

2312

60

130

31

123000

76500

2,10

2313

65

140

33

138000

85000

2,60

2314

70

150

35

151000

102000

3,20

2315

75

160

37

183000

125000

3,80

2316

80

170

39

190000

125000

4,40

 

Таблица 11. Роликоподшипники радиальные  сферические двухрядные по ГОСТ 5721-75

Услов-

ное

обозна-

чение

подшип-

ника

Размеры, мм

Грузоподъемность, Н

Факторы эквивалент-

ной нагрузки

 

 

Масса,

кг

 

d

D

B

Динами-

ческая

С

Статичес-

кая

С0

e

Y

при Fa/VFr

Y0

 

 

 

e

>e

 

 

Легкая широкая серия 3500

 

3508

40

80

23

57000

33000

0,231

2,10

3,13

2,06

0,58

 

3509

45

85

23

64000

35000

0,293

2,26

3,36

2,21

0,6

 

3514

70

125

31

132000

93800

0,27

2,51

3,74

2,46

1,8

 

3516

80

140

33

160000

118000

0,25

2,68

4,00

2,63

2,2

 

3517

85

150

36

183000

130000

0,26

2,65

3,94

2,59

2,8

 

3518

90

160

40

216000

159000

0,27

2,54

3,77

2,48

3,5

 

3520

100

180

46

275000

212000

0,27

2,47

3,68

2,41

5,2

 

3522

110

200

53

355000

276000

0,28

2,39

3,55

2,31

7,5

 

3524

120

215

58

415000

325000

0,29

2,36

3,51

2,31

9,3

 

3526

130

230

64

500000

415000

0,29

2,31

3,44

2,26

11,2

 

3528

140

250

68

585000

465000

0,29

2,35

3,50

2,30

14,5

 

3530

150

270

73

640000

530000

0,29

2,35

3,50

2,30

18

 

Средняя широкая серия 3600

 

3608

40

90

33

95000

64900

0,42

1,61

2,40

1,58

1,0

 

3609

45

100

36

114000

74800

0,41

1,67

2,50

1,62

1,4

 

3610

50

110

40

150000

101000

0,42

1,62

2,42

1,59

1,9

 

3611

55

120

43

170000

118000

0,41

1,66

2,47

1,62

2,3

 

3612

60

130

46

196000

128000

0,40

1,68

2,50

1,64

3,1

 

3613

65

140

48

220000

142000

0,37

1,80

2,69

1,77

3,7

 

3614

70

150

51

270000

181000

0,37

1,81

2,70

1,78

4,3

 

3615

75

160

55

300000

207000

0,38

1,78

2,65

1,74

5,3

 

3616

80

170

58

325000

227000

0,36

1,88

2,81

1,74

6,6

 

3617

85

180

60

365000

270000

0,37

1,84

2,74

1,80

7,6

 

3618

90

190

64

400000

300000

0,37

1,83

2,72

1,79

9,3

 

3620

100

215

73

520000

410000

0,37

1,81

2,70

1,77

13

 

3622

110

240

80

610000

470000

0,37

1,83

2,72

1,79

18

 

 

Таблица 12. Шарикоподшипники радиально-упорные однорядные по ГОСТ 831-75

     Условное

обозначение

подшипника

Размеры, мм

Грузоподъемность, Н

Масса, кг

d

D

B

Динамическая

C

Статическая

C0

Особолегкая серия 36100, α = 120

36104

20

42

12

10600

5320

0,068

36106

30

55

13

15300

8570

0,18

Легкая серия 36200, α = 120

36204

20

47

14

15700

8310

0,10

36205

25

52

15

16700

9100

0,12

36206

30

62

16

22000

12000

0,19

36207

35

72

17

30800

17800

0,27

36208

40

80

18

38900

23200

0,37

36209

45

85

19

41200

25100

0,42

36210

50

90

20

43200

27000

0,47

36211

55

100

21

58400

34200

0,58

36212

60

110

22

61500

39300

0,77

36214

70

125

24

80200

54800

1,04

36216

80

140

26

93600

65000

1,68

Особолегкая серия 46100, α = 260

46106

30

55

13

14500

7880

0,18

46108

40

68

15

18900

11100

0,22

46109

45

75

16

22500

13400

0,28

46111

55

90

18

32600

21100

0,38

46112

60

95

18

37400

24500

0,48

46114

70

140

20

45100

31700

0,72

46115

75

115

20

47300

33400

0,78

46116

80

125

22

56000

40100

0,90

46117

85

130

22

57400

42100

1,04

46118

90

140

24

63500

47200

1,43

46120

100

150

24

71500

55100

1,56

Легкая серия 46200, α = 260

46204

20

47

14

14800

7640

0,10

46205

25

52

15

15700

8340

0,12

46206

30

62

16

21900

12000

0,19

46207

35

72

17

29000

16400

0,27

46208

40

80

18

36800

21300

0,37

46209

45

85

19

38700

23100

0,42

46210

50

90

20

40600

24900

0,47

46211

55

100

21

50300

31500

0,58

46212

60

110

22

60800

38800

0,77

46213

65

120

23

69400

45900

0,98

46215

75

130

25

78400

53800

1,39

46216

80

140

26

87900

60000

1,68

46217

85

150

28

94400

65100

1,88

46218

90

160

30

111000

76200

2,20

46220

100

180

34

148000

107000

3,20

Средняя серия 46300, α = 260

46304

20

52

15

17800

9000

0,17

46305

25

62

17

26900

14600

0,23

46306

30

72

19

32600

18300

0,35

46307

35

80

21

42600

24700

0,44

46308

40

90

23

50800

30100

0,63

46309

45

100

25

61400

37000

0,83

46310

50

110

27

71800

44000

1,08

46312

60

130

31

100000

65300

1,71

46313

65

140

33

113000

75000

2,09

46314

70

150

35

127000

85300

3,30

46316

80

170

39

136000

99000

-

46318

90

190

43

165000

122000

5,00

46320

100

215

47

213000

177000

8,14

Средняя серия 66300, α = 360

66309

45

100

25

60800

36400

0,83

66312

60

130

31

93700

58800

1,71

66314

70

150

35

119000

76800

3,30

Тяжелая серия 66400, α = 360

66406

30

90

23

43800

27600

0,77

66408

40

110

27

72200

42300

1,37

66409

45

120

29

81600

47300

1,75

66410

50

130

31

98900

60100

2,17

66412

60

150

35

125000

79500

3,52

66414

70

180

42

152000

109000

5,7

66416

90

225

54

208000

162000

12,0

 

Таблица 13. Роликоподшипники радиально-упорные конические однорядные

по ГОСТ 333-79 (с углом конуса α = 10...160),

  по ГОСТ 7260-79 ( с углом конуса α = 25...290)

 Условные

обозначе- ния

подшип-ников

Размеры, мм

Грузоподъемность,Н

Факторы эквивалент-

ной нагрузки

Масса,

кг

d

D

T

B

Динами-

ческая

С

Стати-

ческая

С0

 

e

 

Y

 

Y0

Легкая серия 7200, α = 12...160

7204

20

47

15,25

14

21000

13000

0,36

1,67

0,92

0,120

7205

25

52

16,25

15

24000

17500

0,36

1,67

0,92

0,150

7206

30

62

17,25

16

31000

22000

0,36

1,68

0,91

0,233

7207

35

72

18,25

17

38500

26000

0,37

1,62

0,89

0,327

7208

40

80

19,75

20

46500

32500

0,38

1,56

0,86

0,445

7209

45

85

20,75

19

50000

33000

0,41

1,45

0,80

0,485

7210

50

90

21,75

21

56000

40000

0,37

1,60

0,88

0,539

7211

55

100

22,75

21

65000

46000

0,41

1,46

0,80

0,709

7212

60

110

23,75

23

78000

58000

0,35

1,71

0,94

0,895

7214

70

125

26,25

26

96000

82000

0,37

1,62

0,89

1,33

7215

75

130

27,25

26

107000

84000

0,39

1,55

0,85

1,42

7216

80

140

28,25

26

112000

95200

0,42

1,43

0,78

1,67

7217

85

150

30,25

28

130000

109000

0,43

1,38

0,76

2,10

7218

90

160

32,50

31

158000

125000

0,38

1,56

0,86

2,52

Легкая широкая серия 7500, α = 13...150

7506

30

62

21,25

20,5

36000

27000

0,37

1,65

0,90

0,290

7507

35

72

24,25

23,0

53000

40000

0,35

1,73

0,95

0,449

7508

40

80

24,75

23,5

56000

44000

0,38

1,58

0,87

0,576

7509

45

85

24,75

23,5

60000

46000

0,42

1,44

0,80

0,618

7510

50

90

24,75

23,5

62000

54000

0,42

1,43

0,78

0,640

7511

55

100

26,75

25,0

80000

61000

0,36

1,67

0,92

0,825

7512

60

110

29,75

28,0

94000

75000

0,39

1,53

0,84

1,19

7513

65

120

23,75

31,0

119000

98000

0,37

1,62

0,89

1,57

7514

70

125

33,25

31,0

125000

101000

0,39

1,55

0,85

1,60

7515

75

130

33,25

31,0

130000

108000

0,41

1,48

0,81

1,76

7516

80

140

35,25

33,0

143000

126000

0,40

1,49

0,82

2,15

7517

85

150

38,50

36,0

162000

141000

0,39

1,55

0,85

2,80

7518

90

160

42,50

40,0

190000

171000

0,39

1,55

0,85

3,44

Средняя серия 7300, α = 11...130

7304

20

52

16,25

16

26000

17000

0,30

2,03

1,11

0,17

7305

25

62

18,25

17

33000

23000

0,36

1,66

0,92

0,253

7306

30

72

20,75

19

43000

29500

0,34

1,78

0,98

0,458

7307

35

80

22,75

21

54000

38000

0,32

1,88

1,03

0,496

7308

40

90

25,25

23

66000

47500

0,28

2,16

1,19

0,703

7309

45

100

27,25

26

83000

60000

0,29

2,09

1,15

1,01

7310

50

110

29,25

29

100000

75500

0,31

1,94

1,06

1,33

7311

55

120

31,5

29

107000

81500

0,33

1,80

0,99

1,64

7312

60

130

33,5

31

128000

96500

0,30

1,97

1,08

2,00

7313

65

140

36,0

33

146000

112000

0,30

1,97

1,08

2,54

7314

70

150

38,0

37

170000

137000

0,31

1,94

1,06

3,09

7315

75

160

40,0

37

180000

148000

0,33

1,83

1,01

3,63

7317

85

180

44,5

41

230000

195000

0,31

1,91

1,05

5,21

7318

90

190

46,5

43

250000

201000

0,32

1,88

1,03

5,56

7320

100

215

51,5

47

290000

270000

0,318

1,88

1,03

7,90

Средняя широкая серия 7600, α = 11...130

7604

20

52

22,25

21,0

31500

22000

0,30

2,01

1,11

0,236

7605

25

62

25,25

24,0

47500

36600

0,27

2,19

1,20

0,366

7606

30

72

28,75

29,0

63000

51000

0,32

1,88

1,03

0,574

7607

35

80

32,75

31,0

76000

61500

0,30

2,03

1,11

0,798

7608

40

90

35,25

33,0

90000

67500

0,30

2,03

1,11

1,040

7609

45

100

38,25

36,0

114000

90500

0,29

2,06

1,13

1,34

7610

50

110

42,25

40,0

122000

108000

0,30

2,03

1,11

1,81

7611

55

120

45,5

44,5

160000

140000

0,32

1,85

1,02

2,43

7612

60

130

48,5

47,5

186000

157000

0,30

1,97

1,08

3,00

7613

65

140

51,0

48,0

210000

168000

0,33

1,83

1,01

3,63

7614

70

150

54,0

51,0

240000

186000

0,35

1,71

0,94

4,44

7615

75

160

58,0

55,0

280000

235000

0,30

1,99

1,2

5,38

7616

80

170

61,5

59,5

310000

290000

0,32

1,89

1,04

6,40

7618

90

190

67,5

66,5

370000

365000

0,30

1,99

1,20

8,78

7620

100

215

77,5

73,0

460000

460000

0,31

1,91

1,05

13,2

Средняя серия 27300, α = 25...290

27306

30

72

20,5

19

35000

20600

0,72

0,833

0,46

0,392

27307

35

80

22,5

21

45000

29000

0,79

0,76

0,42

0,52

27308

40

90

25,0

23

56000

37000

0,79

0,76

0,42

0,766

27310

50

110

29,0

27

80000

53000

0,80

0,75

0,41

1,24

27311

55

120

31,0

29

92000

58000

0,81

0,74

0,50

1,58

27312

60

130

33,0

31

105000

61000

0,70

0,86

0,47

1,91

27313

65

140

35,5

33

120000

70000

0,75

0,80

0,44

2,4

27315

75

160

39,5

37

150000

93500

0,83

0,73

0,40

3,5

27317

85

180

44,0

41

180000

146000

0,76

0,79

0,43

4,7

 

Таблица 14. Шарикоподшипники упорные одинарные по ГОСТ 6874-75

Условное  обозначение

подшипника

Размеры, мм

Грузоподъемность, Н

Масса,

кг

d

D

H

Динамическая

 C

Статическая

 C0

Особолегкая серия 8100

8104

20

35

10

12700

21200

0,04

8105

25

42

11

15900

25700

0,06

8106

30

47

11

16800

29000

0,07

8107

35

52

12

17400

36500

0,084

8108

40

60

13

23400

50000

0,12

8109

45

65

14

24200

55000

0,15

8110

50

70

14

25500

60000

0,16

8111

55

78

16

30700

81500

0,24

8112

60

85

17

35800

90000

0,29

8113

65

90

18

37100

102000

0,34

8114

70

95

18

38000

111000

0,36

8115

75

100

19

38000

116000

0,42

8116

80

105

19

39700

120000

0,43

8117

85

110

19

40000

129000

0,46

8118

90

120

22

50700

157000

0,68

8120

100

135

25

74100

214000

1,00

Легкая серия 8200

8204

20

40

14

19000

30000

0,08

8205

25

47

15

24700

40000

0,12

8206

30

52

16

25500

46000

0,14

8207

35

62

18

35100

56500

0,22

8208

40

68

19

39700

78500

0,27

8209

45

73

20

41000

89000

0,32

8210

50

78

22

43000

103000

0,39

8211

55

90

25

63700

127000

0,61

8212

60

95

26

65000

150000

0,69

8213

65

100

27

66300

150000

0,75

8214

70

105

27

70000

158000

0,80

8215

75

110

27

71500

166000

0,86

8216

80

115

28

80000

188000

0,95

8217

85

125

31

85000

235000

1,30

8218

90

135

35

108000

285000

1,86

8220

100

150

38

133000

330000

2,40

Средняя серия 8300

8305

25

52

18

33800

50000

0,18

8306

30

60

21

40300

66500

0,27

8307

35

68

24

49400

83500

0,39

8308

40

78

26

65000

107000

0,55

8309

45

85

28

71500

130000

0,69

8310

50

95

31

87100

161000

1,00

8311

55

105

35

112000

213000

1,34

8312

60

110

35

112000

213000

1,43

8313

65

115

36

114000

249000

1,57

8314

70

125

40

133000

290000

2,10

8315

75

135

44

153000

340000

2,70

8316

80

140

44

159000

340000

2,80

8318

90

155

50

199000

445000

3,90

8320

100

170

55

238000

480000

5,10

Тяжелая серия 8400

8413

65

140

55

216000

400000

4,2

8420

100

210

85

400000

970000

14,9

8426

130

270

110

520000

1600000

31,8

 

Таблица 15. Рекомендуемые значения расчетной

долговечности для различных типов машин   

    Примеры машин и оборудования

Долго-вечность, ч

Приборы и аппараты, используемые периодически:

демонстрационная аппаратура, механизмы для закрывания дверей, бытовые приборы

 

500

Неответственные механизмы, используемые в течение коротких промежутков времени: механизмы с ручным приводом, сельскохозяйственные машины, подъемные краны в сборочных цехах, легкие конвейеры

 

4000

и более

Ответственные механизмы, работающие с перерывами: вспомогательные механизмы на силовых станциях, конвейеры для поточного производства, лифты, нечасто используемые металлообрабатывающие станки

 

8000

и более

Машины для односменной работы с неполной нагрузкой: стационарные электродвигатели, редукторы общего назначения, часто используемые металлорежущие станки

 

12000

и более

Машины, работающие с полной нагрузкой в одну смену: машины общего машиностроения, подъемные краны для режимов Т и ВТ, вентиляторы, распределительные валы

Около

20000

Машины для круглосуточного использования: компрессоры, насосы, шахтные подъемники, стационарные электромашины, судовые приводы 

40000

и более

Непрерывно работающие машины с высокой нагрузкой:

оборудование бумажных фабрик, энергетические установки, шахтные насосы, оборудование торговых морских судов

 

100000

и более

 

 

Вопросы для самопроверки

- Каков круг задач, решаемых конструктором при создании узлов трения?

- Из каких соображений выбирается тип подшипника?

- Назовите три общих правила выбора материалов подшипников скольжения.

- Укажите основные способы снижения нагруженности подшипников.

- Перечислите основные требования к расчету подшипников скольжения.

- Какие различают типы подшипников скольжения по конструкции?

- Каковы достоинства и недостатки подшипников скольжения и в каких областях машиностроения их применяют?

- В чем состоят преимущества и недостатки подшипников скольжения и качения по сравнению друг с другом?

- Каковы основные типы подшипников скольжения, материалы их вкладышей?

- Какова роль смазки в подшипниках скольжения?

- В чем состоит принцип работы гидродинамического подшипника скольжения?

- У каких подшипников (качения или скольжения) и когда сопротивление вращению меньше? Дайте подробное обоснование.

- Какие различают типы подшипников скольжения по конструкции?

- Каковы достоинства и недостатки подшипников скольжения, и в каких областях машиностроения их применяют?

- Как устроены подшипники скольжения, каково назначение вкладышей? Когда применяют самоустанавливающиеся вкладыши?

- Какие различают режимы смазки в подшипниках скольжения? Какая смазка обес­печивает безизносную работу подшипника?

- Как обеспечивают режим жидкостной смазки в гидродинамических и гидростатических подшипниках скольжения?

- Какие материалы применяют для изготовления  вкладышей? Какие требования предъявляют к этим материалам?

- Какие смазочные материалы, и в каких случаях применяют в подшипниках скольжения? Как их подводят к узлам трения?

- Каковы виды разрушения подшипников скольжения?

- Устройство подшипников качения.

- Характеристика типов подшипников.

- Серии подшипников, их влияние на габаритные размеры, грузоподъемность и быстроходность.

- Классы точности и ряды радиальных зазоров.

- В чем разница  понятий «ширина» и «монтажная высота»?

- Уметь расшифровывать любой пример условного обозначения, предложенный преподавателем.

- Что такое динамическая и статическая грузоподъемности подшипника? Как они определяются?

- Как рассчитать предельную частоту вращения подшипника?

- Какую нагрузку (по направлению и соотношению величин) могут воспринимать подшипники 305, 2305, 42305, 46305, 8305?

- Какой подшипник воспринимает большую осевую силу: 310 или 70-310?

- Из каких материалов изготавливают детали подшипников?

- Каковы критерии работоспособности подшипников скольжения?

- Как классифицируют подшипники по виду трения и воспринимаемой нагрузке?

- Что такое жидкостное и полужидкостное трение в подшипниках скольжения?

- Какие основные условия необходимы для образования жидкостного трения?

- Какие параметры конструкции, кроме диаметра вала, определяют при расчете подшипников скольжения?

- Какие материалы применяют для подшипников скольжения?

- С учетом достоинств и недостатков подшипников скольжения назовите машины, в которых их можно применять.

- Как устроены подшипники скольжения, каково назначение вкладышей? Когда применяют самоустанавливающиеся вкладыши?

- Для чего во втулке 1 неразъемного подшипника (см. рис.) делают ка­навки К и отверстие 0?

- Для чего в корпусе подшипника предусмот­рен (см. рис.) зазор δk? Назначение выступа B?

- Какой подшипник показан на рисунке?

- Какую нагрузку может воспринимать опора, показанная на рисунке?

- На рисунке найдите подшипники качения ведущего вала зубчатого редук­тора. Дайте характеристику подшипников по форме тел качения.

- Как обеспечивают режим жидкостной смазки в гидродинамических и гидростатических подшипниках скольжения?

- Какие материалы применяют для изготовления вкладышей? Какие требования предъявляют к этим материалам?

- Какие смазочные материалы и в каких случаях применяют в подшипниках скольжения? Как их подводят к узлам трения?

- Каковы виды разрушения подшипников скольжения?

- Каковы критерии работоспособности подшипников скольжения? Какие параметры определяют при условном расчете?

- Запишите основные формулы для проведения условного расчета подшип­ников скольжения.

- Определите   среднее   давление   в   подшипнике,   если   диаметр цапфы d = 60 мм, ее длина l = 60 мм. На подшипник действует сила Fr = 5,75 кН.

- Что является обязательным элементом в конструкции подшипников скольжения?

- Какие поломки наблюдаются у подшипников скольжения?

- Запишите условие износостойкости подпятников.

- Какие режимы трения возможны в подшипниках скольжения со смазкой?

- Опишите устройство и классификацию подшипников качения.  Из каких материалов изготовляют их составные части?

- Каковы достоинства и недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

- Укажите основные причины выхода из строя подшипников качения. Каковы внешние признаки выбраковки их?

- Дайте определение базовой статической и динамической грузоподъемности.

- Какую нагрузку называют  эквивалентной динамической?

- Назовите принципы подбора подшипников качения.

- Как рассчитывают подшипники качения на долговечность?

- Объясните маркировку подшипников качения. Определите тип и размеры подшипников, имеющих условные обозначения: 208, 2208 и 36208.

- Каковы основные требования к выбору подшипников качения?

- Каковы основные типы подшипников качения?

- Что такое статическая и динамическая грузоподъемности подшипников?

- Как производится подбор подшипников по динамической грузоподъемности?

- Почему упорные подшипники значительно тихоходнее радиальных того же размера?

- Как определяются осевые нагрузки при фиксации двух опор вала в радиально-упорных подшипниках?

- Укажите основные виды расчетов подшипников качения.

- Каковы основные принципы конструирования подшипниковых узлов?

- Из каких деталей состоят подшипники качения? Каково назначение сепаратора в подшипнике?

- Чем принципиально отличаются подшипники качения от подшипников скольжения?

- Каковы достоинства и недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

- Как классифицируют подшипники качения по направлению воспринимаемой нагрузки, по форме тел качения, по основным конструктивным признакам?

- Какие различают основные типы шарико- и роликоподшипников? Где их применяют?

- Каковы особенности конструкции и работы сферических и игольчатых подшипников? Где их применяют?

- Определите тип и размер внутреннего диаметра подшипников, имеющих условные обозначения: 408, 2306, 36207, 1209.

- Сравните подшипники, имеющие условные обозначения: 7206 и 6-7306.

- Определить внутренний диаметр и серию подшипника 50312.

- Запишите характеристику подшипников качения, имеющих обозначение (клеймо) 2404.

- Перечислите типы подшипников качения, относящихся к радиальным, радиально-упорным, упорным.

- Допускает ли осевую нагрузку подшипник 2412?

- Классификация подшипников качения.

- Условное обозначение подшипников по ГОСТ.

- Расшифруйте обозначения и нарисуйте сечения подшипников:

1)  24-101Т2,  6-180208С17,   А5-206Ю;

2) 2308,  20-102605,   4-3182124К;

3) Х-7606А,  38208,  66-36206Е;

4)  5-1210Х2,   2007112Д,   5-178820.

- Какие подшипники из предложенных пар и почему имеют большие грузоподъемность и габариты :  208 или 408;  208 или 2208;  205 или 296;  36308 или 36318 7208 или 7508;  7508 или 7608;  7210 или 7210А?

- Схемы установки подшипников на валах.

- Особенности радиально-упорных подшипников и требования, предъявляемые к ним при сборке.

- Что следует предпринять, если из 200 подшипников, установленных в редукторах, 16 при базовом ресурсе преждевременно получили повреждения?

- Какие типы подшипников качения следует назначить, если отношения Fa / Fr равны:   0,2;   0;   0,6;   2;   8;   20?

 - Характер разрушения и методы подбора подшипников качения при n = 1300;  2,5;  20;  0,9  и  0,4 мин-1.

- Подбор подшипников по статической грузоподъемности.

- Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности.

- Особенности подбора подшипников при n> 1 мин-1.

- Какой из подшипников в предложенных схемах воспринимает внешнюю осевую силу FA? Что изменится при реверсировании передачи?           

- Формулы базового и скорректированного ресурсов подшипников.

- Во сколько раз изменится L10ah, если при прочих равных условиях и нагрузке роликовые подшипники заменить шариковыми?

- Насколько изменится ресурс шарикоподшипника, если нагрузку на него  увеличить вдвое, а частоту вращения уменьшить в 2 раза?

- Как изменится ресурс подшипника, если требование по надежности увеличить с 0,9 до 0,96?

- Какие напряжения испытывают детали подшипников (кроме сепаратора), и в каком месте они наибольшие?

- Подшипник 416 (Сr = 128 кН) после выхода из строя был заменен на 32416 (Сr= 248 кН). Какого изменения Lh можно ожидать, если Fr = 3000 Н?

- Подшипники скольжения: устройство, области применения, расчет.

- Условия образования жидкостного трения.

- Считаете ли вы правильным при проектировании новых машин примене­ние только подшипников качения? Почему?

- Какого типа подшипники следует выбрать для редуктора с шевронными зубчатыми колесами? Почему?

- Из каких материалов изготовляют тела качения, кольца и сепараторы?

- Укажите характер и причины повреждения подшипников качения. Каковы внешние признаки выбраковки подшипников?

- Что понимают под базовой динамической радиальной грузоподъемностью подшипника качения?

- Что понимают под эквивалентной радиальной динамической нагрузкой подшипника качения? Как вычисляют ее для основных типов подшипников?

- Что считается критерием работоспособности подшипников качения?

- В каком случае выбор подшипника производят по статической грузоподъ­емности?

- В чём заключается принцип конструкции подшипников качения?

- Какие тела качения применяются в подшипниках?

- Для чего в подшипниках качения устанавливают сепаратор?

- Каковы достоинства и недостатки подшипников качения?

- По каким признакам классифицируются подшипники качения?

- Для чего в подшипниках качения применяется смазка?

- Какие типы подшипников назначаются в зависимости от действующих в опорах  нагрузок?

- Каковы причины поломок и критерии расчёта подшипников качения?

- Что такое долговечность подшипника?

- Что такое грузоподъёмность подшипника?

- Что такое эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник и как она определяется?

- Как фиксируются внутреннее и наружное кольца подшипника качения?

- Назовите основные причины, влияющие на долговечность подшипников ка­чения.

- Перечислите основные виды разрушения деталей подшипников.

- Как и зачем регулируется жёсткость подшипника качения?

- С какой целью применяются уплотнения в подшипниковых узлах?

- Какие типы уплотнений применяют для подшипниковых узлов?

- Какие посадки на вал и в корпус назначаются для подшипников качения?

- Как выполняется монтаж и демонтаж подшипников качения?

- Какие виды смазок применяются для подшипников качения?

- Почему подшипники качения получили преимущественное распространение? Их преимущества и недостатки?

- Основные типы подшипников качения?

- Зачем нужен сепаратор в подшипнике?

- Как распределяется радиальная нагрузка по телам качения подшипника?

- Где больше контактные напряжения: на внутреннем или наружном кольцах радиального подшипника — и почему?

- Почему выгоднее вращение внутреннего кольца?

- Чему равна окружная скорость сепаратора в зависимости от окружной скорости вала?

- К каким вредным последствиям приводит разноразмерность диаметров тел качения?

- С чем связаны ограничения частоты вращения подшипников в ГОСТе? Для каких типов подшипников допускаемые частоты вращения меньше?

- Какие виды разрушения наблюдаются у подшипников качения и по каким критериям работоспособности их рассчитывают?

- Что такое динамическая С и статическая С0 грузоподъемности подшипника?

- Что такое эквивалентная динамическая нагрузка Р подшипника?

- Какой зависимостью связаны С и Р с ресурсом L подшипника?

- Как учитывают надежность, качество материала и условия эксплуатации при определении ресурса L подшипника?

- Условие подбора подшипника по динамической грузоподъемности?

- Как учитывают переменность режима нагрузки?

- При каких условиях эксплуатации подшипники подбирают по статической грузоподъемности?

- Условие подбора подшипников по статической грузоподъемности.

- Каковы особенности расчета осевой нагрузки пары радиально-упорных подшип­ников?

- Перечислите недостатки применения жидкого смазочного материала по сравнению с пластичным для подшипников качения.

- В чем состоит принципиальное различие назначения смазывания в под­шипниках качения и скольжения?

- Подшипники редуктора смазывают пластичной смазкой. Какие особенно­сти конструкции позволяют сделать это?

- Как вычисляют расчетную осевую силу на каждый из подшипников двуопорного вала?

- Как при подборе подшипников качения учитывают переменный типовой режим нагружения?

- Как подбирают подшипники качения по таблицам каталога?

- Что понимают под базовой статической радиальной грузоподъемностью подшипника качения?

- Какие различают опоры по способности фиксировать осевое положение вала? Какие нагрузки могут воспринимать эти опоры? Какие типы подшипников применяют в них?

- Какие применяют способы крепления колец подшипников на валах и в корпусах?

- Для чего применяют смазывание подшипников качения, какими способами его осуществляют?

- С какой целью и какие виды уплотняющих устройств применяют в подшипниковых узлах?

- Как производят монтаж и демонтаж подшипников качения?

- Назовите области применения электромагнитного подвеса в роторных системах.

 

- Подшипник качения состоит из…...

1) Внутреннего и наружного колец, тел качения, сепаратора

2) Вкладыша, корпуса, тел качения

3) Корпуса, сепаратора, тел качения

4) Внутреннего и наружного колец, тел качения

 

- Сепаратор в подшипнике…...

1) Разделяет и направляет тела качения

2) Увеличивает нагрузочную способность

3) Уменьшает трение

4) Направляет тела качения

 

- По форме тел качения подшипники разделяют на …...

1) Шариковые, роликовые

2) Радиальные, упорные

3) Роликовые, упорные

4) Шариковые, радиальные

 

- Только осевую нагрузку воспринимает ….. подшипник

1) Шариковый радиальный однорядный

2) Роликовый радиально-упорный

3) Шариковый упорный

4) Роликовый двухрядный радиальный сферический

 

- Диаметр внутреннего кольца подшипника 210 равен…..

1) 10мм

2) 50мм

3) 100мм

4) 200мм

 

- Подшипники качения рассчитывают по статической грузоподъемности при …..

1) n<1 мин-1

2) n≥10 мин-1

3) n≤10 мин-1

4) n≥100 мин-1

 

- Подшипники качения рассчитывают по динамической грузоподъемности при …..

1) n<1 мин-1

2) n≥10 мин-1

3) n≤10 мин-1

4) n≥100 мин-1

 

- Шариковый радиальный однорядный подшипник изображен на рисунке…..

ScanImage001

        А)                  Б)                 В)               Г)                  Д)

1) А

2) Б

3) В

4) Г

5) Д

 

- Роликовый радиально-упорный подшипник изображен на рисунке…..

ScanImage001

        А)                  Б)                 В)               Г)                  Д)

1) А

2) Б

3) В

4) Г

5) Д

 

- Радиально-упорные подшипники могут воспринимать….. нагрузки

1) Радиальные

2) Осевые

3) Радиальные и осевые

 

- Большей нагрузочной способностью при одном и том же диаметре внутреннего кольца обладают подшипники ….. серии

1) Особолегкой

2) Легкой

3) Средней

4) Тяжелой

 

- Наиболее высоким из перечисленных классов точности подшипников качения является…..

1) 0

2) 6

3) 5

4) 4

5) 2

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q01

1. Подшипники качения

2. Подшипники вращения

3. Шарики и ролики

4. Что-то странное

 

- Что показано на рисунке?

image216

1. Роликоподшипники радиальные игольчатые

2. Роликоподшипники радиальные

3. Ролики

4. Ролики длинные

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q03

1. Подшипники радиальные

2. Подшипники радиально-упорные

3. Подшиники упорные

4. На рисунке подшипников нет

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q04

1. Шарикоподшипник радиальный однорядный

2. Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный

3. Шарикоподшипник упорно-радиальный однорядный

4. Шарикоподшипник многорядный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q05

1. Шарикоподшипник радиальный двухрядный сферический

2. Шарикоподшипник упорно-радиальный

3. Шарикоподшипник радиальный однорядный

4. Роликоподшипник радиальный двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q06

1. Шарикоподшипник радиальный однорядный

2. Шарикоподшипник радиальный двухрядный сферический

3. Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный со скосом на одном из колец

4. Шарикоподшипник радиально-упорный сдвоенный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q07

1. Шарикоподшипник радиальный однорядный

2. Шарикоподшипник радиальный однорядный четырехточечный

3. Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный со скосом на одном из колец

4. Шарикоподшипник радиально-упорный сдвоенный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q08

1. Шарикоподшипник радиальный однорядный

2. Шарикоподшипник радиальный однорядный четырехточечный

3. Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный со скосом на одном из колец

4. Шарикоподшипник радиально-упорный сдвоенный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q09

1. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный

2. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без внутреннего кольца

3. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без наружного кольца

4. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

 image231

1. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный

2. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без внутреннего кольца

3. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без наружного кольца

4. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

 image233

1. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный

2. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без внутреннего кольца

3. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без наружного кольца

4. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

 image235

1. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный

2. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без внутреннего кольца

3. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный без наружного кольца

4. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q13

1. Роликоподшипник радиальный сферический двухрядный

2. Шарикоподшипник радиально-упорный сдвоенный

3. Шарикоподшипник радиальный двухрядный сферический

4. Роликоподшипник радиальный с короткими цилиндрическими роликами двухрядный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q14

1. Шарикоподшипник упорный одинарный

2. Шарикоподшипник упорный двойной

3. Роликоподшипник упорный сферический

4. Подшипник шарнирный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q15

1. Шарикоподшипник упорный одинарный

2. Шарикоподшипник упорный двойной

3. Роликоподшипник упорный сферический

4. Подшипник шарнирный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q16

1. Шарикоподшипник упорный одинарный

2. Шарикоподшипник упорный двойной

3. Роликоподшипник упорный сферический

4. Подшипник шарнирный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q17

1. Шарикоподшипник упорный одинарный

2. Шарикоподшипник упорный двойной

3. Роликоподшипник упорный сферический

4. Подшипник шарнирный

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q18

1. Роликоподшипник радиально-упорный конический однорядный

2. Роликоподшипник радиально-упорный конический двухрядный

3. Роликоподшипник радиально-упорный конический четырехрядный

4. Роликоподшипник упорный сферический

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q19

1. Роликоподшипник радиально-упорный конический однорядный

2. Роликоподшипник радиально-упорный конический двухрядный

3. Роликоподшипник радиально-упорный конический четырехрядный

4. Роликоподшипник упорный сферический

 

- Что показано на рисунке?

kpr04q20

1. Роликоподшипник радиально-упорный конический однорядный

2. Роликоподшипник радиально-упорный конический двухрядный

3. Роликоподшипник радиально-упорный конический четырехрядный

4. Роликоподшипник упорный сферический

 

- Как называется показанная на рисунке схема установки подшипников?

kpr04q21

1. В распор

2. В растяжку

3. С плавающей опорой

4. С фиксирующей опорой

 

- Как называется показанная на рисунке схема установки подшипников?

kpr04q22

1. В распор

2. В растяжку

3. С плавающей опорой

4. С фиксирующей опорой

 

- Как называется показанная на рисунке схема установки подшипника?

kpr04q23

1. На закрепительной втулке

2. На гладком валу

3. С помощью гайки

4. С помощью шайбы

 

- Как называется показанная на рисунке схема установки подшипников?

kpr04q24

1. В распор

2. В растяжку

3. С плавающей опорой

4. С фиксирующей опорой

 

- Как называется показанная на рисунке схема установки подшипников?

kpr04q25

1. В распор

2. В растяжку

3. С плавающей опорой

4. С фиксирующей опорой

 

- Какой   тип   подшипника   показан   на рисунке?

1. Неразъемный

2. Разъемный

3. Самоустанавливающийся неразъемный

4. Самоустанавливающийся разъемный

 

- Какой материал применен для вкладышей, показанных на рисунке?

image263

1. Сталь

2. Чугун

3. Бронза

4. Латунь

5. Капрон

 

- Как должна изменяться ширина зазора с увеличением диаметра вала цапфы?

1. Увеличивается

2. Уменьшается

3. Необходимо произвести соответствующий расчет

 

- К недостаткам подшипников скольжения относятся…..

1) большие габариты в осевом направлении

2) малые габариты в радиальном направлении

3) возможность работы при высоких скоростях и нагрузках

4) малая чувствительность к ударным нагрузкам

 

- В зависимости от направления нагрузки подшипники скольжения подразделяют на..…

1) радиальные, радиально-упорные, упорные

1) разъемные, неразъемные

3) выполненные в отдельном корпусе, встроенные в механизм

 

- Достоинствами подшипников скольжения являются..…

1) малые габариты в радиальном направлении

2) возможность работы при высоких скоростях

3) возможность выполнения их разъемными

4) большие габариты в осевом направлении

 

- Изнашивание трущихся поверхностей отсутствует при….. режиме трения

1) жидкостном

2) полужидкостном

3) сухом

 

- Наиболее сложным по конструкции является….. подшипник 

1) гидростатический

2) гидродинамический

3) сухого трения

 

- Режим жидкостного трения в подшипниках скольжения возникает при …

1)

2)  

3)

4)  

( h - толщина слоя смазки,   – высота микронеровностей втулки и цапфы)

 

- Проверочный расчет подшипников скольжения, работающих при полужидкостном и сухом трении, заключается в определении …

1) условного давления p≥[p]

2) произведения давления на скорость pv≤[pv]

3) диаметра цапфы вала

4) длины втулки

 

- Условное давление в подшипнике скольжения определяют по формуле…..

1)  

2) 

3) 

 

- Радиальный подшипник скольжения изображен на рисунке …..

Подшипники 01

         А)                            Б)                                 С)

1) А

2) В

3) С   

 

- Упорный подшипник скольжения изображен на рисунке …..

Подшипники 01

         А)                            Б)                                 С)

1) А

2) В

3) С   

 

- Радиально-упорный подшипник изображен на рисунке …..

Подшипники 01

            А)                            Б)                                 С)

1) А

2) В

3) С   

 

- Чем отличается подпятник от подшипника скольжения?

1. Поддерживает вращающиеся оси (валы) и воспринимает только радиальную нагрузку

2. То же, воспринимает только осевую нагрузку

3. То же, воспринимает радиальную и осевую нагрузку

 

- Исходя из какого условия рассчитывают подшипники скольжения, работающие в условиях граничного трения?

1. pcv≤[pcv]

2.

3. Kh(Rz1+Rz2)

 

- На рисунке показано два варианта монтажа под­шипников качения. В каком случае удобнее монтиро­вать правый подшипник качения?

1. Рисунок а)

2. Рисунок б)

 

- Какая система смазывания подшипников качения у прямозубого редуктора, показанного на рисунке?

1. Пластичная

2. Жидкая в масляной ванне

3. Масляным туманом

4. Жидкая под давлением

 

- Какая из указанных на рисунке конструкций под­шипникового узла будет надежнее в работе?

1. Рисунок а)

2. Рисунок б)

 

- Определите тип уплотнения в подшипниковом узле, показанном на рисунке?

1. Контактное

2. Мазеудерживающее кольцо

3. Щелевое

4. Лабиринтное

5. Комбинированное

 

- Какую нагрузку воспринимает подшипник 1 в под­шипниковом узле, показанном на рисунке?

1. Радиальную Fr

2. Осевую Fa

3. Fr + Fa

4. Нагрузки не воспринимает

 

- Как классифицировать подшипник, показанный на рисунке, по способ­ности воспринимать нагрузку?

1. Радиальный

2. Радиальноупорный

3. Упорный

 

- Определить по диаметру вала номера подшипников 1 и 2 (см. рисунок).

image299

1) 312

2) 4332

3) 7322

4) 6311

5) 8452

 

- Какой внутренний диаметр (мм) имеет подшипник 302?

1) 0,2

2) 10

3) 15

4) 302

 

- Как классифицируют подшипники ка­чения по характеру нагрузки, для вос­приятия которой они предназначены?

1. Особо легкая, легкая, средняя, широкая, тяжелая серия

2. Радиальные, радиальноупорные, упорные, упорно-радиальные

3. Шариковые, роликовые, конические, игольчатые и т.д.

4. Самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся

5. Однорядные, двухрядные, четырехрядные

 

- Вал подшипникового узла имеет ок­ружную скорость 5 м/с. При работе возникает перекос колец подшипников 2°35'. Какой из предложенных типов можно использовать для данного узла (основная нагрузка радиальная)?

1. Радиальные, шариковый однорядный

2. Радиальный шариковый двухрядный сферический

3. Роликовый конический

4. Роликовый с витыми роликами

5. Упорный шариковый

 

- Какой тип подшипника качения можно выбрать для пяты, если d= 75 мм (основная нагрузка — осевая)?

1) 215

2) 8375

3) 7315

4) 9315

 

- На рисунке показана грузовая скоба. Какую формулу следует использовать для выбора подшип­ника?

image301

1.  

2. 

 

- Подберите радиальный шариковый однорядный подшипник, если расчетная динамическая грузоподъемность равна 124 кН, d= 80 мм.

1) 313

2) 315

3) 316

4) 16

 

- При расчете динамической грузоподъемности, какую величи­ну коэффициента качества следует принять для шариковых подшипников. 

1. ≈0,5

2. 0,6÷0,7

3. 0,7÷0,8

4. 1,0

 

- Проверьте возможность применения подшипника 314 (по ре­сурсу) вала зубчатой передачи. Работа при постоянном режи­ме: приведенная нагрузка Рэ = 8,60 кН, n=1800 об/мин, Lh= 15 000 ч. 

1. Можно применять

2. Нельзя применять

 

Задачи для самостоятельного решения

1. Определить ресурс [Lh] подшипника 36207, если   n=200 об/мин, режим нагружения – средний нормальный.

2. Подобрать радиально-упорный шариковый подшипник для опоры вала: d=40 мм, n=50 об/мин,  Недостающими данными задаться.

3. Подобрать радиально-упорный шариковый подшипник на вал: d=40 мм, n=0,2 об/мин,  Недостающими данными задаться. 

4. Подобрать шариковый радиально-упорный подшипник на вал: d=40 мм, n=2 об/мин,  Недостающими данными задаться.

5. Подобрать радиально-упорный роликовый подшипник для опоры вала: d=40 мм, n=100 об/мин,  Недостающими данными задаться.

6. Подобрать радиально-упорный роликовый подшипник на вал: d=40 мм, n=0,2 об/мин,  Недостающими данными задаться.

7. Подобрать радиально-упорный роликовый подшипник для опоры вала: d=40 мм, n=5 об/мин,  режим нагружения – легкий. Недостающими данными задаться.

8. Подобрать роликовый упорный подшипник на вал: d=70 мм, n=500 об/мин,  режим нагружения – тяжелый. Недостающими данными задаться.

9. Подобрать игольчатый роликовый подшипник на вал d=60 мм, n=4000 об/мин,  режим нагружения-средний нормальный. Определить его ресурс . Недостающими данными задаться.

10. Подобрать подшипник радиальный с витыми цилиндрическими роликами на вал d=100 мм, n=50 об/мин,  режим нагружения – особо легкий. Недостающими данными задаться.

11. Подобрать роликовый радиальный подшипник на вал d=40 мм, n=0,2 об/мин,  Недостающими данными задаться.

12. Подобрать сферический шариковый радиальный подшипник на вал d=40 мм, n=0,2 об/мин, . Недостающими данными задаться.

13. Подобрать сферический роликовый подшипник на вал d=50 мм, n=100 об/мин,  режим нагружения – легкий. Недостающими данными задаться.

14. Определить ресурс  подшипника 8220, если n=300 об/мин,  режим нагружения – тяжелый. Недостающими данными задаться.

15. В опоре вала подшипник 2305 заменили на 2205. Изменится ли эквивалентная нагрузка, если ресурс останется прежним?

16. Подобрать роликовый радиальный подшипник на вал d=50 мм, n=200 об/мин,  режим нагружения – особо легкий. Недостающими данными задаться.

17. Подобрать роликовый радиальный подшипник на вал d=70 мм, n=5 об/мин,  Недостающими данными задаться.

18. Какую нагрузку () выдержит подшипник 2208, если n=1000 об/мин,  Недостающими данными задаться.

19. Подшипник 2216 заменили на 2316. Как изменится ресурс при прочих равных условиях?

20. Подобрать шариковый радиальный подшипник на вал d=40 мм, n=0,1 об/мин,

21. Какую нагрузку (Р) выдержит подшипник 204, если n=5 об/мин,

22. Какую нагрузку () выдержит подшипник 208, если n=100 об/мин,  Недостающими данными задаться.

23. Если подшипник 210 заменить на 310, как изменится воспринимаемая радиальная нагрузка при прочих равных условиях?

24. Подобрать подшипник шариковый радиальный на вал d=40 мм, n=250 об/мин,  режим нагружения легкий.

email:

Адрес: Россия, 450071, г.Уфа, почтовый ящик 21

 

Теоретическая механика   Сопротивление материалов

Прикладная механика  Строительная механика  Теория машин и механизмов

 

 

 

 

Рейтинг@Mail.ru Каталог-Молдова - Ranker, Statistics
Directrix.ru - рейтинг, каталог сайтов
Источник: http://www.detalmach.ru/lect7.htm



Рекомендуем посмотреть ещё:



Похожие новости


Что за цветок дурман
Как посадить жёлуди в домашних условиях
Весной или осенью лучше садить яблоню
Посадка в турции видео
Аквилегия когда сажать семенами
В чем сажают рассаду в теплицы
Мужской цветок фото
Узнать свой цветок по фото


Посадка с зазором подшипник Посадка с зазором подшипник
Посадка с зазором подшипник


Расчет и выбор стандартных посадок
Конструирование подшипниковых узлов Электронная



ШОКИРУЮЩИЕ НОВОСТИ