Практическое занятие Расчет подшипников качения
методическая разработка

Практическое  занятие

Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности

цель  занятия : ознакомить учащихся с  основными  видами опор валов  и осей.

Учащийся должен  знать:

назначение опор  валов

условия  установки опор и  типы опор

                должен  уметь :

работать с  технической справочной  литературой

определять  величину  реакци

Подшипники скольжения

Подшипники, работающие по принципу трения скольжения, называются подшипниками скольжения.

Простейшим подшипником скольжения является отверстие, расточенное непосредственно в корпусе машины, в которое обычно вставляют втулку (вкладыш) из антифрикционного материала.

Достоинстваподшипников скольжения: малые габариты в радиальном направлении, хорошаявосприимчивость ударных и вибрационных нагрузок, возможность применения при очень высоких частотах вращения вала и в прецизионных машинах, большая долговечность в условиях жидкостного трения, возможность использования при работе в воде или агрессивной среде.

Недостаткиподшипников скольжения: большие габариты в осевом направлении, значительныйрасход смазочного материала и необходимость систематического наблюдения за процессом смазывания, необходимость применения дорогостоящих и дефицитных антифрикционных материалов для вкладышей.

Вышеперечисленные достоинства и недостатки определяют применение подшипников скольжения, например, в молотах, поршневых машинах, турбинах, центрифугах, координатно-расточных станках, для валов очень больших диаметров, а также для валов тихоходных машин. КПД подшипников скольжения η= 0,95...0,99.

Существует очень много конструкций подшипников скольжения, которые подразделяются на два вида: неразъемные и разъемные. Неразъемныйподшипник (рис.1.80) состоит из корпуса и втулки, которая может быть неподвижно закреплена в корпусе подшипника или свободно заложена в него («плавающая втулка»). Неразъемные подшипники используют главным образом в тихоходных машинах, приборах и т.д. Их основные преимущества – простота конструкции и низкая стоимость. Если корпус подшипника выполнен в виде фланца с опорной плоскостью, нормальной к оси вала, то такой подшипник называют фланцевым.

Рис. 1.80. Неразъемный подшипник скольжения

Разъемныйподшипник (рис.1.81) состоит из основания и крышки корпуса, разъемного вкладыша, смазочного устройства и болтового или шпилечного соединения основания с крышкой. Износ вкладышей в процессе работы компенсируется поджатием крышки к основанию. Разъемные подшипники значительно облегчают сборку и являются незаменимыми для конструкций с коленчатыми валами. Разъемные подшипники широко применяются в общем и особенно тяжелом машиностроении.

Рис. 1.81. Конструкция разъемного подшипника скольжения

На рис.1.82 изображен самоустанавливающийся подшипник скольжения, у которого сопряженные поверхности вкладыша и корпуса выполнены по сфере радиуса R. Сферическая поверхностьпозволяет вкладышу самоустанавливаться, компенсируя неточности монтажа и деформации вала, обеспечивая тем самым равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша. Такие подшипники применяются при большой длине цапф.

На рис.1.83 показан сегментный подшипник с качающимися вкладышами. Такие подшипники хорошо центрируют вал и обеспечивают стабильную работу подшипниковых узлов, поэтому их применяют для быстроходных валов, особенно при опасности возникновения вибраций.

На рис.1.84 показан упорныйподшипник скольжения (подпятник), предназначенный в основном для восприятия осевых нагрузок.

Корпуса подшипников обычно изготовляются из чугуна. Вкладыши изготовляют из подшипниковых материалов, которые должны иметь малый коэффициент трения скольжения по стальной поверхности вала, обеспечивать малый износ трущихся поверхностей и выдерживать достаточные удельные давления. Подшипниковые материалы бывают металлическими (баббиты, бронзы, антифрикционные чугуны, пористые спекаемые материалы), неметаллическими (текстолит, древесно-слоистые пластики и др.), комбинированными (пористые металлы, пропитанные пластмассой; пластмассы с наполнителем из металла или графита; слоистые материалы типа металл – пластмасса).

Рис. 1.84. Упорный подшипник скольжения

Втулки подшипников скольжения (металлические, биметаллические и из спекаемых материалов) стандартизованы.

Стандартизованы также корпуса неразъемных подшипников скольжения, корпуса и вкладыши разъемных подшипников скольжения с двумя крепежными отверстиями.

Расчет  подшипников  скольжения  ведут  по среднему  давлению рm   и

рm* V ;        причем                 рm* V   ≤[ рm*   V] 

[рm]      и          [ рm*   V]    зависят от  материала  поверхности  трения

Данные  для  расчета:     Материал втулки БрО5Ц5С3

Подшипники качения

Подшипники, работающие по принципу трения качения, называются подшипниками качения. В настоящее время такие подшипники имеют наибольшее распространение. Подшипники качения стандартизованы и в массовых количествах выпускаются специализированными заводами. Подшипники качения изготовляют в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 2 мм до 2,8 м и массой от долей грамма до нескольких тонн.

В большинстве случаев подшипник качения (рис.1.85) состоит из наружного и внутреннего кольца с дорожками качения, тел качения (шарики или ролики) и сепаратора, удерживающего тела качения на определенном расстоянии друг от друга. В некоторых случаях для уменьшения радиальных размеров одно или оба кольца подшипника могут отсутствовать; в этих случаях тела качения перемещаются непосредственно по канавкам вала или корпуса.

Рис. 1.85. Конструкция подшипника качения

Достоинстваподшипников качения: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты в осевом направлении, невысокая стоимость (массовое производство) и высокая степень взаимозаменяемости.

К недостаткам подшипников качения относятся: чувствительность к ударным и вибрационнымнагрузкам, большие габариты в радиальном направлении, малая надежность в высокоскоростных приводах.

На рис.1.86 показаны различные тела качения: а – шарик; б, д – цилиндрические ролики (короткий, если отношение его длины к диаметру меньше или равно 2,5; длинный, у которого отношение длины к диаметру больше 2,5; игольчатый, если его диаметр не более 6 мм, а длина в 3–10 раз больше диаметра); в – конический ролик; г – бочкообразный ролик; е – витой ролик, хорошо воспринимающий ударную нагрузку.

Рис. 1.86. Формы тел качения

Кольца и тела качения обычно изготовляют из подшипниковых сталей с высоким содержаниемхрома, например, ШХ15, ШХ20СГ, 18ХГТ и др. Сепараторы штампуют из качественной углеродистой конструкционной стали. Массивные сепараторы для высокоскоростных подшипников изготовляют из латуни, бронзовых и алюминиевых сплавов, текстолита, магниевого чугуна и др.

Кольца и тела качения подшипников закаливаются до твердости 60...65HRCэ.

Классификация подшипников качения может осуществляться по многим признакам, а именно:

– по форме тел качения (шариковые, цилиндрические и конические роликовые, игольчатые);

– по числу рядов тел качения (однорядные, двухрядные и многорядные);

– по направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные, комбинированные);

– по возможности самоустановки (самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся);

– по габаритным размерам (серии диаметров и ширин);

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

ГОСТ520–71 устанавливает для подшипников качения следующие классы точности (в порядкеповышения точности): 0; 6; 5; 4 и 2. Нормальный класс точности обозначается цифрой 0, сверхвысокий класс точности обозначается 2. В общем машиностроении обычно применяют подшипники класса точности 0.

На рис.1.87 показаны относительные размеры подшипников некоторых серий и ширин при одном и том же внутреннем диаметре (подшипники изображены упрощенно в соответствии с ГОСТ 2.420–69). Принцип образования и обозначения размерных серий (сочетаний серий диаметров и ширин) подшипников качения стандартизован.

Рис. 1.87. Относительные размеры подшипников качения

Кроме названных, на рис.1.87 есть серии сверхлегкая, а также (в зависимости от ширины) особо узкая, узкая и особо широкая. Подшипники разных серий отличаются размерами колец, тел качения и нагрузочной способностью.

Подшипник качения маркируют путем нанесения на торец кольца ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр подшипника, его серию, тип, конструктивную разновидность и в некоторых случаях ряд дополнительных сведений, характеризующих специальные условия изготовления данного подшипника, например, класса точности, радиального зазора, осевого биения, момента трения, шумности и др.

Система условных обозначений шариковых и роликовых подшипников устанавливается ГОСТ 3189–75. Порядок отсчета цифр в условном обозначении подшипника ведется справа налево. Первые две цифры справа обозначают внутренний диаметр подшипников диаметром от 20 до 495 мм, причем обозначение получается путем деления значения диаметра на 5. Подшипники с внутренним диаметром 10мм обозначаются 00; 12 мм – 01; 15 мм – 02; 17 мм – 03. Третья цифра справа от условного обозначения указывает серию диаметров подшипника, например: 1 – особо легкая, 2 – легкая, 3 – средняя, 4 – тяжелая. Четвертая цифра справа определяет тип подшипника, например: 0 – шариковый радиальный, 2 – цилиндрический роликовый радиальный с короткими роликами, 6 – шариковый радиально-упорный, 7 – конический роликовый и т.д. Пятая и шестая цифры справа обозначают конструктивную разновидность подшипника. Седьмая цифра справа указывает серию ширин, например: узкая, нормальная, широкая и др. Нули, стоящие в обозначении левее значащих цифр, не показывают.

Итак, основное условное обозначение подшипников качения ведется цифрами по следующей схеме:

Примеры обозначения подшипников:

208 – шариковый радиальный (0) легкой серии (2) с внутренним диаметром 40 мм (5x8);

2312 – цилиндрический роликовый радиальный с короткими роликами (2) средней серии (3) с внутренним диаметром 60 мм (5х12);

2007109 – конический роликовый (7) особо легкой серии (1) широкий (2) с внутренним диаметром 45 мм (5x9).

КПД одной пары подшипников качения η = 0,99... 0,995.

Основные типы подшипников качения.Наиболее дешевыми и распространенными в машиностроении являются шариковые радиальные однорядные подшипники (см. рис.1.85) способные воспринимать также осевую нагрузку в обоих направлениях, если она не превышает одной трети радиальной нагрузки. Эти подшипники допускают угловое смещение внутреннего кольца относительно наружного до 10'.

Цилиндрический роликовыйподшипник с короткими цилиндрическими роликами (рис.1.88, а) допускает только радиальную нагрузку. Нагрузочная способность таких подшипников по сравнению с однорядными шариковыми больше примерно в 1,5 раза, а долговечность в 3,5 раза. Подшипник допускает осевое смещение колец, но не допускает их угловое смещение.

Конический роликовыйподшипник (рис. 1.88, б)с коническими роликами воспринимает радиальную и осевую нагрузку (радиально-упорный подшипник), обладает большой нагрузочной способностью, не допускает угловое смещение колец. Если угол контакта α ≥ 45°, то подшипник называется упорно-радиальным.

Радиально-упорный шариковыйподшипник (рис.1.88,в)обладает по сравнению с коническимироликоподшипниками несколько меньшей нагрузочной способностью. Стандартные радиально-упорные шарикоподшипники выпускаются с углами контакта α = 12, 26 и 36°.

Следует заметить, что применение более дешевых шариковых подшипников не гарантирует экономичность конструкции, так как более дорогие роликовые подшипники дают возможность уменьшить размерь и массу подшипниковых узлов и значительно увеличить их долговечность.

Сферический шариковыйподшипник (рис. 1.88, г) имеет сферическую дорожку качения на наружном кольце, благодаря чему допускает значительное (до 2...3°) угловое смещение колец. Эти подшипники предназначены в основном для радиальной, но воспринимают и небольшую осевую нагрузку.

Рис. 1.88. Типы подшипников качения

Кроме шариковых существуют сферические роликовые подшипники с бочкообразными роликами.

Для обеспечения возможности самоустанавливаться при монтаже, компенсируя при этом несоосность посадочных мест, радиальные шариковые и роликовые подшипники могут быть изготовлены со сферической посадочной поверхностью наружного кольца.

На рис.1.89 изображен упорный шариковый подшипник, предназначенный для восприятия односторонней осевой нагрузки. Кольцо с внутренним диаметром d, монтируемое на вал и имеющее зазор с корпусом, называется тугим; кольцо с внутренним диаметром d1,предназначенноедля посадки в корпус и имеющее зазор с валом, называется свободным. Упорный подшипник может быть самоустанавливающимся за счет сферической поверхности базового торца. Упорные подшипники могут быть роликовыми. Для восприятия осевой нагрузки в обоих направлениях существуют двойные упорные подшипники качения.

Рис. 1.89. Упорный шариковый подшипник

Кроме перечисленных, существуют подшипники: игольчатые с витыми роликами, радиально-упорные шариковые с разъемным (внутренним или наружным) кольцом, с контактным уплотнением, с защитными шайбами и другие конструктивные разновидности.

Показан подпятник качения, смонтированный из радиального и упорного шарикоподшипников качения. Для компенсации возможных перекосов вала под свободное кольцо упорного подшипника положена прокладка из мягкого металла или линолеума.

Рис. 1

Порядок  расчета  и  выбора подшипников  качения

Исходя из  кинематической  схемы и  силовой  характеристики  механизма

определить  величину  нагрузок  на опоры  вала

Подшипники  каченя  считают  по  динамической   грузоподъемности если  угловая  скорость  вала  больше 1 рад/сек.

определить номинальную долговечность и  найти эквивалентную  нагрузку.

определить  результирующие осевые  нагрузки

Подобрать подшипники качения  

Данные  для расчета: