Лекция 11. Подшипники качения

Подшипники качения состоят из двух колец и набора тел качения (шариков, роликов), расположенных между ними. Для направления движения тел качения на кольцах имеются дорожки качения. Элементом подшипника, обеспечивающим равномерное распределение тел качения по кольцу, является сепаратор.

Подшипники качения разделяют:

·

по направлению нагрузки, для восприятия которой они предназначены на радиальные(рис.5.5), радиально-упорные и упорные(рис.5.6);

· по форме тел качения – на шариковые и роликовые(рис.5.7). Последние могут быть с короткими или длинными цилиндрическими роликами, витыми, коническими, бочкообразными и в виде игл;

·

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

· по способности компенсировать перекосы вала – на самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся;

·

по габаритным размерам, связанными с нагрузочной способностью – на серии: сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние и тяжелые, кроме того, по ширине – на узкие, нормальные, широкие и особо широкие. Примерное соотношение габаритных размеров подшипников, соответствующим сериям (при одинаковом внутреннем диаметре) – особо легкой (рис.5.8 а), легкой (рис.5.8 б), легкой широкой (рис.5.8 в), средней (рис.5.8 г), средней широкой (рис.5.8 д) и тяжелой (рис.5.8 е) показано на рис.5.8; наибольшее распространение получили средние и легкие серии подшипников;

· по классу точности изготовления. Пять основных классов в порядке повышения точности изготовления имеют номера 0, 6, 5, 4, 2. При повышении классов точности стоимость подшипников существенно возрастает. Для большинства валов общего назначения применяют подшипники класса точности 0.

Основные параметры и конструктивные особенности подшипников качения отражены в их условном обозначении, которое наносится на торцы колец и состоит из цифр и букв. Две первые цифры, считая справа, показывают величину внутреннего диаметра подшипника, деленную на 5 (для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 496 мм).

Третья и седьмая цифры справа обозначают серию подшипников. Четвертая справа цифра обозначает тип подшипника. Пятая или пятая и шестая цифры справа (вводятся не всегда) обозначают конструктивные особенности подшипников. Цифры 6, 5, 4 и 2, стоящие перед условным обозначением подшипника через тире, обозначают класс точности. Цифра 0 для соответствующего класса точности не ставится.

Рассмотрим основные типы подшипников качения.

Шариковые радиальные однорядные подшипники (рис.5.5 а)предназначены для восприятия радиальных сил, но могут воспринимать и небольшие осевые нагрузки. Как и другие радиальные подшипники, они обеспечивают осевое фиксирование вала, удовлетворительно работают при перекосах колец на угол не более 8^/.

Шариковые радиальные двухрядные сферические подшипники (рис.5.5 б), предназначены для восприятия радиальных нагрузок, допускают значительные (до 2⁰– 4⁰ ) перекосы колец подшипников, возникающие вследствие несоосности отверстий под подшипники и больших упругих деформаций валов. Допускают небольшую осевую нагрузку.

Роликовые подшипники отличаются повышенной (в 1,7…2 раза) радиальной нагрузочной способностью, но тяжелее и дороже шариковых. Подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис.29. в)предназначены для восприятия повышенных радиальных нагрузок, легко подвижны в осевом направлении и удобны в случае значительных температурных деформаций валов, но не способны воспринимать осевые нагрузки.

Двухрядные сферические роликоподшипники с бочкообразными роликами (рис.5.5 г)характеризуются наибольшей нагрузочной способностью, а также способны работать при значительных углах перекоса (до 2⁰…3⁰) и воспринимать небольшую осевую нагрузку. Подшипники обладают высокими эксплуатационными показателями, но технологически наиболее сложны.

Роликовые подшипники с длинными цилиндрическими роликами (рис.5.5. д)предназначены для восприятия больших радиальных нагрузок при ограниченных радиальных размерах. Осевой нагрузки не воспринимают. Применяются относительно редко, так как для обеспечения равномерного распределения нагрузки по длине ролика требуется высокая точность изготовления и монтажа.

Игольчатые подшипники (рис.5.5. е)применяют при ограниченных радиальных размерах, обладают высокой радиальной грузоподъемностью, но осевых нагрузок не воспринимают и удовлетворительно работают при невысоких скоростях, отличаются повышенными потерями на трение.

Шариковые радиально-упорные подшипники (рис.5.6 а)предназначены для восприятия совместно действующих радиальных и односторонних осевых нагрузок. Могут воспринимать чисто осевую нагрузку. Применяется преимущественно при средних и высоких скоростях. Подшипники с небольшим углом контакта (b=12⁰) применяют в опорах с преобладающей радиальной нагрузкой. В опорах с превалирующей осевой нагрузкой устанавливают подшипники с повышенными углами контакта (b=26 и 36⁰). Подшипники часто устанавливаются по два и более в опору, что обеспечивает большую грузоподъемность опоры, способность воспринимать двусторонние осевые нагрузки.

Радиально-упорные подшипники с коническими роликами (рис.5.6 б) также применяются при совместных радиальных и осевых нагрузках, имеют повышенную нагрузочную способность и отличаются удобством сборки, но не допускают перекосов колец. Угол контакта b выбирается тем больше, чем больше осевая составляющая нагрузки.

Упорные шариковые подшипники (рис.5.6 в)предназначены для восприятия лишь осевой нагрузки. Во избежание большой неравномерности нагружения шариков вал должен быть смонтирован строго перпендикулярно опорной поверхности подшипника. Упорный роликовый подшипник предназначен для восприятия больших осевых нагрузок при небольших частотах вращения.

Расчет подшипников качения. Работоспособность подшипников качения определяется величиной контактного напряжения, возникающего на площадках контакта шариков или роликов с беговыми дорожками колец. Величина этого напряжения является знакопеременной. Поэтому, после определенного числа циклов нагружений в поверхностном слое могут образоваться микротрещины. Последние расклиниваются проникающим в них смазочным материалом, что приводит к выкрашиванию, которое является основной причиной выхода из строя подшипников качения.

Используя данные экспериментальных исследований,была получена формула для расчета всех типов подшипников

,

где L_h – ресурс подшипника в часах; k – показатель степени, для шарикоподшипников k = 3, а для роликоподшипников k = 10/3; С – динамическая грузоподъемность – постоянная радиальная или осевая нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение 10⁶ оборотов при вероятности безотказной работы не менее чем у 90% подшипников, подвергшихся испытанию; Р – эквивалентная нагрузка; а ₁ – коэффициент, который вводится при необходимости повышенной надежности работы подшипника.

Надежность 0,9 0,95 0,96 0,97 0,98 0,99

Коэффициент а ₁1 0,62 0,53 0,44 0,33 0,21

Эквивалентная динамическая нагрузка Р для радиальных и радиально-упорных подшипников – это такая условная постоянная радиальная нагрузка P_r, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным наружным обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения. Для упорных подшипников эквивалентной динамической нагрузкой Р соответственно будет Р_а – постоянная осевая нагрузка при вращении одного из колец

,

,

где: F_r – радиальная нагрузка, F_a – осевая нагрузка, Н; X и Y – коэффициенты, учитывающие разное повреждающее действие радиальной и осевой нагрузок (даются в таблицах), V – коэффициент вращения (при вращении внутреннего кольца V =1, наружного – V =1,2), К_б – коэффициент безопасности, учитывающий характер нагрузки (берут по таблицам) и К_Т – т е мпературный коэффициент (при t до 100⁰ С К_Т = 1, при t =125...250⁰ С К_Т =1,05...1,4 соответственно).

Коэффициенты X и Y зависят от отношения F_a / F_r и параметра осевого нагружения е, который дается в таблицах или графиках.

При расчете радиально-упорных подшипников необходимо учитывать, что в них при радиальном нагружении возникает осевая сила S. Для шарикоподшипников , для роликоподшипников – . За расчетную осевую нагрузку радиально-упорного подшипника при отсутствии внешней осевой нагрузки на вал принимают осевую составляющую радиальной нагрузки другого подшипника, если она больше осевой составляющей рассчитываемого подшипника.

При действии на вал осевой нагрузки F_a, передаваемой на подшипник А, расчетная осевая нагрузка подшипника , где S_A и S_B осевые составляющие радиальных нагрузок рассчитываемого подшипника А иподшипника В.

Минимальное значение осевой нагрузки на подшипник сохраняется равным осевой составляющей его радиальной нагрузки, которое в расчетах не учитывается, так как всегда присутствует при испытаниях.