Подшипники качения

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения (f = 0,0015 – 0,006). При этом упрощается система смазки и обслуживание подшипников, уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке. Конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовом количестве как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость производства (в СССР – более миллиарда в год).

К недостаткам их следует отнести:

- отсутствие разъёмных конструкций;

- сравнительно большие радиальные размеры;

- ограниченная быстроходность;

- низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах.

На рис. 17.4 изображены основные типы подшипников качения.

По форме тел качения она разделяются на шариковые и роликовые;

По направлению воспринимаемой нагрузки – на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

Рис. 17.4

Радиальные шариковые подшипники 1 (рис. 17.4) – наиболее простые и дешёвые. Они допускают небольшие перекосы вала (до 1/4⁰) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньше радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.

Радиальные роликовые подшипники 4 (рис. 17.4), благодаря увеличенной контактной поверхности, допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. Аналогичное сравнение можно привести и между радиально-упорными шариковыми 3 и роликовыми 5 подшипниками.

Самоустанавливающиеся шариковые 2 и роликовые 6 подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительные перекосы вала (до 2 – 3⁰). Они имеют сферическую поверхность наружного кольцо и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки.

Применение игольчатых подшипников 7 позволяет уменьшить габариты

(диаметр) при значительных нагрузках. Упорный подшипник 8 воспринимает только осевые нагрузки и плохо работает при перекосе оси.

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники разделяют на семь серий диаметров и ширин: сверхлёгкую, особо лёгкую, лёгкую, лёгкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжёлую;

по классам точности: 0 (нормального класса), 6 (повышенного), 5 (высокого), 4 (особо высокого) и 2 (сверхвысокого).

От точности изготовления в значительной степени зависит работоспособность подшипника, но одновременно возрастает его стоимость:

Класс точности ……….. 0 6 5 4 2

Относительная стоимость 1 1,3 2 4 10

Все подшипники качения изготовляют из высокопрочных сталей с термообработкой, обеспечивающей высокую твёрдость.

Большое влияние на работоспособность подшипника оказывает качество сепаратора. Вообще-то установка сепаратора значительно уменьшает потери на трение. Большинство сепараторов выполняют штампованными из стальной ленты. При повышенных окружных скоростях (более 10 – 15 м/с) применяют массивные сепараторы из латуни, бронзы, дюралюминия или пластмассы 3 (рис. 17.4).

Каждый тип подшипника имеет свой номер. Последние две цифры номера используются для обозначения внутреннего диаметра. Например: если номер подшипника 208, то его внутренний диаметр равен 08 х 5 = 40 мм).

17.7. Практический расчёт (подбор) подшипников качения.

Основные критерии работоспособности и расчёта.

Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения:

- усталостное выкрашивание наблюдается у подшипников после длительного времени их работы в нормальных условиях;

- износ наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц. Износ является основным видом разрушения подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и многих пободных машин;

- разрушение сепараторов даёт значительный процент выхода из строя подшипников качения, особенно быстроходных;

- раскалывание колец и тел качения связано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание и т.п. При нормальной эксплуатации этот вид разрушения не наблюдается;

- остаточные деформации на беговых дорожках в виде лунок и вмятин наблюдаются у тяжелонагруженных тихоходных подшипников.

Современный расчёт подшипников качения базируют только на двух критериях:

1) расчёт на статическую грузоподъёмность по остаточным деформациям;

2) расчёт на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию. Расчёты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учёту.

Стандартом ограничены число типов и размеров подшипников. Это позволило рассчитать и экспериментально установить грузоподъёмность (работоспособность) каждого типо-размера подшипника.

При проектировании машин подшипники качения не конструируют и не рассчитывают, а подбирают из числа стандартных по условным формулам. Методика подбора стандартных подшипников также стандартизирована.

Различают подбор подшипников по динамической грузоподъёмности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание) и по статической грузоподъёмности для предупреждения остаточных деформаций.

Выбор подшипников по динамической грузоподъёмности С (по заданному ресурсу или долговечности) выполняют при частоте вращения . При n от 1 до 10 мин^-1 в расчёт принимают n = 10 мин^-1.

Условие подбора:

С (потребная) С (паспортная).

Паспортная динамическая грузоподъёмность С – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение 1 млн. оборотов без появления признаков усталости не менее чем у 90% из определённого числа подшипников, подвергшимся испытаниям. Значения С приведены в каталогах на подшипники. При этом, под нагрузкой понимают радиальную - для радиальных радиально-упорных подшипников (с невращающимся наружным кольцом, осевую - для упорных и упорно-радиальных (при вращении одного из колец).

Динамическая грузоподъёмность и ресурс связаны эмпирической зависимостью

или ,

где L – ресурс, млн. оборотов; Р – эквивалентная нагрузка; р = 3 для шариковых и р = 10/3 3,33 для роликовых подшипников; а₁ – коэффициент надёжности; а₂ – обобщённый коэффициент совместного влияния качества металла и условий эксплуатации.

Если мы ведём подбор подшипников, без дополнительных ограничений при работе, то а₁ = а₂ = 1; при этом коэффициент надёжности равен 0,9.

При малых ресурсах ограничивают 0,5С, иначе возможно неусталостное разрушение.

Если частота вращения n постоянна, номинальную долговечность (ресурс) удобнее считать в часах:

. (17.1)