6. Проектирование подшипниковых узлов

6.1. Выбор подшипников качения

Подшипники служат опорами для валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. От качества подшипников в значительной степени зависят работоспособность и долговечность машин. Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжение трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовых количествах как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость производства. К недостаткам подшипника качения следует отнести: отсутствие разъемных конструкций, сравнительно большие радиальные габариты, ограниченную быстроходность, связанную с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и т.д.), низкую работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах (например, в воде).

Подшипники качения выпускают следующих классов в порядке повышения точности: 0,6,5,4,2. Обычно применяют подшипники класса точности 0. Подшипники более высоких классов точности применяют для опор валов, требующих повышенный точности вращения или работающих при особо высоких скоростях вращения. С повышением класса точности подшипника стоимость его возрастает.

Для опор плавающих валов шевронных передач применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами .

Опоры червяка в силовых червячных передач нагружены значительными осевыми силами. Поэтому в качестве опор вала червяка применяют в основном конические роликовые подшипники. При длительной непрерывной работе червячной передачи, с целью снижения тепловыделений применяют также шариковые радиально-упорные подшипники.

Червячные колеса должны быть точно и жестко зафиксированы в осевом направлении. Шариковые радиальные подшипники обладают малой осевой жесткостью. Поэтому в силовых передачах для опор валов червячных колес применяют конические роликовые подшипники.

На тихоходный вал устанавливаем два радиальных шариковых подшипника (180213 ГОСТ 8338-75). На промежуточный вал устанавливаем два шариковых радиально-упорных подшипника (46310 ГОСТ 851-75). На быстроходный вал устанавливаем два роликовых подшипника конические однорядные с углом (7607 ГОСТ 333-79); один шариковый подшипник радиальный однорядный (180206 ГОСТ 8338-75).

6.2. Основы методики расчета

Цель расчёта: ресурс подшипников.

Критерий отказа: усталостное выкрашивание тел качения и помутнение беговых дорожек; износ наблюдается при недостаточной защите от абразивных частиц (пыли и грязи); разрушение сепараторов, раскалывание колец и тел качения связано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание и т.п.; остаточная деформация на беговых дорожках в виде лунок и вмятин наблюдается у тяжелонагруженных тихоходных подшипников.

Критерий работоспособности: расчётный ресурс подшипников должен быть больше заданного ресурса привода.

Расчёт подшипников: расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию.

Под динамической грузоподъёмностью С радиально-упорных подшипников понимают такую постоянную нагрузку, которую подшипник может выдержать в течении одного миллиона оборотов без проявления признаков усталости не менее, чем у 90% из определённого числа подшипников, подвергшихся испытаниям.

где L – ресурс подшипника;

С – динамическая грузоподъёмность;

Р – эквивалентная нагрузка;

р – показатель кривой выносливости, для шариковых р=3 и для роликовых р=10/3.

Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников есть такая условная постоянная радиальная нагрузка P_r, которая при приложении её к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным наружным, обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения. Она рассчитывается по следующей формуле:

- коэффициенты; -радиальная сила; - полная осевая сила;

- коэффициент безопасности; - температурный коэффициент,

- коэффициент, учитывающий режим нагружения (непостоянный).

Под статической грузоподъёмностью С_о радиально-упорных подшипников понимают такую статическую нагрузку, которой соответствует общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения.

Значение С_о указываются в каталогах.

При выборе подшипника должно выполняться условие :

где Р_о – приведённая статическая нагрузка.

При совместном действии на подшипник радиальной F_r и осевой F_a нагрузок приведённая нагрузка определяется как большая из расчётов последующим формулам:

где – коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок.