Особенности расчета нагрузки радиально-упорных подшипников

Проверка и подбор подшипников по статической грузоподъемности

Эквивалентная динамическая нагрузка Р растет с уменьшением ресурса, и не имеет ограничения. Фактически нагрузка ограничена потерей статической прочности, или так называемой статической грузоподъемностью. Статическую грузоподъемность используют для подбора подшипников при малой частоте вращения п < 1 мин^-1, когда число циклов нагружений мало и не вызывает усталостных разрушений, а также, если необходимо, для проверки подшипников, рассчитанных по динамической грузоподъемности. Условие проверки и подбора

Р₀≤С₀₎ (14.5)

где Р₀ – эквивалентная статическая нагрузка; С₀ – статическая грузоподъемность.

Под статической грузоподъемностью С₀ понимают такую статическую нагрузку, которой соответствует общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. Под нагрузкой понимают радиальную для радиальных и радиально-упорных подшипников, осевую для упорных и упорно-радиальных. Значения С₀ указаны в каталогах для каждого типоразмера подшипника.

Эквивалентная статическая нагрузка

P₀=X₀F_r+Y₀F_a, но не меньше, чем Р₀ = F_r, (14.6)

где F_r – радиальная нагрузка; F_a – осевая нагрузка; Х₀ – коэффициент радиальной статической нагрузки; Y ₀ – коэффициент осевой статической нагрузки. Последние коэффициенты выбирают по справочникам.

Эти особенности связаны с наклоном контактных линий на угол ос к торцовой плоскости подшипника (см. рис. 14.1 – 3,5 и рис. 14.3). На рис. 14.3 в качестве примера изображены конструктивная а и расчетная б схемы для подшипников вала конической шестерни (см. рис. 11.14).

Нагрузки в зацеплении перенесены на ось вала: , ,где F_t, F_r и F_a – определяются по формулам (11.39). Нагрузка на конце вала – F_м.

Радиальные нагрузки подшипников F_rl и F_r2 определяют по двум уравнениям равновесия: F = 0 иM = 0. Следует отметить, что F_r1 и F_r2 приложены в точках пересечения контактных нормалей с осью вала. Расстояние между этими точками зависит от схемы расположения подшипников и значения угла а. Если каждый подшипник на рис. 14.3 развернуть в плоскости чертежа на 180° с соответствующим изменением положения упорных буртиков, то точки приложения сил F_rl и F_r2 сместятся внутрь, расстояние между ними уменьшится, а силы F_rl и F_r2 возрастут – неблагоприятный вариант.

Для определения двух осевых нагрузок F_al и F_a2 имеем только одно уравнение F_х = 0 или

F_a-F_a1+F_a2 =0 (14.7)

В общем случае F_al F_a2, поэтому для решения необходимо рассмотреть дополнительные условия. Наклон контактных линий в радиально-упорных подшипниках приводит к тому, что радиальные нагрузки F_r вызывают внутренние осевые силы S, которые стремятся раздвинуть кольца подшипника в осевом направлении (рис. 14.3, в).

Рис. 14.3. Расчетная схема для радиально-упорных подшипников

Этому препятствуют упорные буртики вала и корпуса с соответствующими реакциями F_al и F_a2. При этом должны быть соблюдены условия F_al≥S₁ и F_a2≥S₂, (14.8) иначе кольца раздвинутся (расчет сил S см. дальше).

Кроме того, для решения задачи принимают, что в одном из подшипников осевая сила равна минимально возможной по условию нераздвигания колец, то есть F_al =получим

F_a2=S_l-F_a (14.9)

и если при этом F_a2 ≥ S₂, то осевые силы определены правильно.

Если F_a2 < S₂, то принимают F_a2 = S₂ и находят

(14.10)

При этом обязательно выполняется условие F_al ≥ , так как при F_al = было F_a2 < S₂, а при увеличении F_a2 должна увеличиваться и F_al [см. уравнение (14.7)].

Значение сил S зависит от типа подшипника, угла а и условий сборки или регулировки подшипников. Если подшипники собраны с большим зазором, то всю нагрузку воспринимает один или два ролика. При этом (рис. 14.3, в) S_t = , где i – в общем случае номер опоры.

Большие зазоры приводят к быстрому разрушению подшипников и поэтому недопустимы. Обычно устанавливают зазоры, близкие к нулю. В этом случае под нагрузкой находится примерно половина тел качения, а суммарная осевая составляющая:

S_i = eF_ri – для радиально-упорных шариковых,

S_i = 0,83 eF_ri – для конических роликоподшипников, (14.11) где е – параметр осевой нагрузки выбирается по справочникам в зависимости от типа подшипника (см. табл. 14.1).