Условный расчет подшипников скольжения

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

Критерием работоспособности подшипников является:

- износостойкость;

- сопротивление изнашиванию и заеданию при перегреве.

Оценку износостойкости проводят по среднему давлению р, которое гарантирует невыдавливаемость смазки и удельной работе p·V, определяющей тепловой режим (нагрев) и отсутствие заедания подшипника.

- проверочный расчет среднего давления выполняется по условию

, Мпа, (9.4)

где R_r – радиальная нагрузка на подшипники;

А=d·l – площадь проекции цапфы на диаметральную плоскость;

d и l – диаметр и длина шипа (шейки). Для большинства подшипников .

- расчет на нагрев выполняется по условию

, (9.5)

где - окружная скорость вращения поверхности цапфы.

и - допускаемые значения среднего давления и удельной работы, которые зависят от материала трущихся поверхностей:

- сталь по бронзе , Мпа, = 4…6, МН· м/м²с.

- сталь закаленная , Мпа, = 8…12, МН· м/м²с.

- сталь по чугуну [р]= 2…4, Мпа, = 1…3, МН· м/м²с.

5. Подшипники качения: классификация, маркировка и расчет

Подшипники качения – это стандартные изделия, которые изготавливаются в массовом производстве на специализированных заводах.

Достоинства:

1. Малые потери на трение (КПД − 99%).

2. Высокая степень взаимозаменяемости.

3. Малый расход смазочного материала.

4. Не требуют особого ухода.

Недостатки:

1. Высокая чувствительность к ударным нагрузкам.

2. Малонадежный в высокоскоростных приводах (нагрев, разрушение сепаратора).

3. Большие радиальные размеры.

4. Шум при больших скоростях.

Подшипники качения состоят из двух колец, (наружного и внутреннего), тел качения – шариков или роликов, сепаратора, удерживающего тело качения на постоянном расстоянии друг от друга.

а) классификация подшипников качения

Подшипники классифицируются и обозначаются цифрами:

1. По форме тел качения (тип подшипника):

- шариковые (0, 1, 6, 8);

- роликовые (с короткими цилиндрическими роликами - 2, с длинными цилиндрическими роликами - 3, с витыми - 4, с игольчатыми - 5, с коническими - 6, со сферическими - 7).

2. По направлению воспринимаемой нагрузки:

- радиальные (0, 1, 2, 3, 4, 5);

- радиально-упорные (6);

- упорные или упорно-радиальные шариковые (8);

- упорные или упорно-радиальные роликовые (9);

3. По числу рядов тел качения:

- однорядные;

- многорядные.

4. По способности самоустанавливаться:

- не самоустанавливающиеся;

- самоустанавливающиеся.

5. По габаритным размерам подшипники делятся на серии:

- особо легкие - 1. Д<70 мм (диаметр внешнего кольца);

- легкая - 2. Д=72 – 85 мм;

- средняя - 3. Д=80 – 100 мм;

- тяжелая - 4. Д=100 – 120 мм.

В зависимости от ширины серии делятся на: особо узкие - 0, узкие - 1, нормальные - 2, широкие - 3 и особо широкие - 4.

б) маркировка подшипников качения:

На торец колец подшипника наносят буквы и цифры, обозначающие: внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные разновидности, класс точности.

Пример. Подшипник 7309

- две последние цифры, умноженные на 5 – диаметр внутреннего кольца подшипника (d = 09х5 = 45 мм).

- третья справа – серия (1 − особо легкая, 2 − легкая, 3 – средняя, и 4 − тяжелая.)

- четвертая справа – тип подшипника (по табл.) 7 – роликовый конический. 0 – шариковый радиальный. 9 – роликовый упорный.

- пятая или пятая и шестая справа – отклонение от конструкции, в нашем случае цифры нет – т.е. он основной конструкции. (67309 здесь цифра 6 обозначает подшипник с бортом).

- седьмая цифра – серия ширины

- цифры 0, 6, 5, 4, 2, стоящие через тире перед цифрами указывают класс точности. Самый высокий класс – 2 – стоит в 10 раз дороже 0 – го класса.

211 –подшипник шариковый радиальный, d=55 мм, легкой серии 2.

6 – 405 – шариковый радиальный, d=25 мм, тяжелой серии 4,

6 - го класса точности.

4–2208 – роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, d=40 мм, легкой серии, 4-го класса точности.

Шарики, ролики и кольца изготавливают из высокопрочных шарико-подшипниковых хромистых сталей Шх15 с термообработкой с последующими шлифованиями и полировкой.

Твердость НRC 61…66.

Сепараторы изготавливают из мягкой листовой стали.

Виды разрушений подшипников:

- усталостное выкрашивание рабочих поверхностей (сопровождается стуком и вибрацией);

- пластические деформации (вмятины на кольцах);

- задиры рабочей поверхности (недостаток смазки);

- абразивный износ (попадание пыли);

- разрушение сепараторов;

- раскалывание колец (перекосы, большие динамичные нагрузки).

в) расчет подшипников качения;

Основным критерием работоспособности подшипников качения является:

- долговечность по усталостному выкрашиванию;

- статическая грузоподъемность по пластическим деформациям.

На долговечность рассчитывают подшипники, вращающиеся с угловой скоростью рад/с.

Подшипники не конструируют, а подбирают по таблицам каталогов при проектировании машин. Начинают с самых простых и дешевых:

- при малых нагрузках применяют однорядные шариковые подшипники легкой серии;

- при больших нагрузках и малых угловых скоростях применяют подшипники тяжелой серии;

- при ударных нагрузках – 2-х рядные роликовые подшипники и т.д.

Расчет на долговечность – основан на динамической грузоподъемности С_r,, которую может выдержать подшипник за 10⁶ оборотов.

, (9.6)

откуда , (9.7)

где R_E – эквивалентная нагрузка для радиальных и упорных подшипников;

, (9.8)

- для упорных

, (9.9)

p – показатель степени – для шариковых p =3;

- для роликовых p =3.33;

L_n – требуемая долговечность (ресурс) L_n =3000…30000;

X,Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок указываются в каталоге;

R_r – радиальная нагрузка на подшипник;

R_a – осевая нагрузка подшипника;

V – коэффициент вращения – при вращении внутреннего кольца V =1, наружного кольца − V =1,2;

− коэффициент безопасности (табл.);

− температурный коэффициент (табл.).

При расчете радиально-упорных подшипников необходимо учитывать осевые составляющие реакции подшипников.

- для шариковых радиально-упорных

(9.10)

- для конических роликовых

, (9.11)

где - коэффициент осевого нагружения.

Если < заданной, надо выбрать другой типоразмер подшипника или изменить схему его установки и повторить расчет.

Расчет подшипников на статическую грузоподъемность выполняется при угловой скорости ω < 0.1 рад/с по условию

, (9.12)

где − статическая грузоподъемность (указывается в каталоге);

− эквивалентная статическая нагрузка.

Для радиальных и радиально-упорных подшипников

, (9.13)

где и − радиальная и осевая нагрузка подшипников,

и − коэффициенты радиально осевой нагрузки (в каталоге) для шариковых радиальных одно- и двухрядных Х_О = 0,6, .