Расчет (подбор) подшипников качения на статическую грузоподъемность

В домкратах, нажимных и других устройствах подшипники Качения воспринимают нагрузку в неподвижном состоянии или при медленном вращении (с угловой скоростью ω < 0,105 рад/сек). Работоспособность таких подшипников определяется допускаемой статической нагрузкой Q_CT, при которой не возникает пласти­ческих деформаций контактирующих поверхностей. Значения Q_CT приводятся в справочной литературе для каждого подшипника (см. табл. 12.2). Действующая на подшипник нагрузка не должна превышать табличного значения Q_CT. При ударных нагрузках Q_ст должна быть в два раза больше действующей нагрузки.

Пример 48. Ось качающегося рычага несет спокойную ради­альную нагрузку Q = 30 кн, приложенную посередине. Подобрать шариковые радиальные однорядные подшипники, если диаметр цапф оси d = 35 мм.

Решение. При качательном движении оси подшипник под­бираем по статической грузоподъемности.

Один подшипник несет нагрузку

По ГОСТ 8338—57 (см. табл. 12.2) выбираем подшипник 307, для которого Q_CT=16,7 кн.

Задача 44. Определить условную нагрузку Q для упорного подшипника (см. рис. 12.27), если осевая нагрузка А =12 кн. Рабочая температура подшипникового узла t<150°С. Подшип­ник испытывает умеренные толчки.

Ответ. Q= 18,55 кн при К_б =1,5.

Контрольные вопросы

1. Укажите основные причины выхода из строя подшипников качения.

2. Какова особенность определения условной нагрузки радиально-упорных подшипников?

3. Какой физический смысл имеет коэффициент работоспособности С?

4. В каких случаях подбор подшипников производится по их статической грузоподъемности?

Последовательность расчета (подбора) подшипников качения на долговечность

(см. решение примера 49)

Исходные данные:

1. Расчетная схема вала с величиной и направлением нагрузок (см. занятие 44).

2. Угловая скорость вала ω.

3. Диаметр цапф вала d.

4. Условия работы подшипникового узла.

Последовательность расчета:

1. Определяют радиальные опорные реакции в вертикальной R_B и горизонтальной R_г плоскостях (*при определении опорных реакций радиально-упорных подшипников пролетом между опорами считают расстояние l о учетом угла контакта B (см. рис. 12.28 и 12.29)), а затем суммарные реакции R для каждой опоры:

(12.9)

2. Выбирают тип и серию подшипника исходя из условий работы, действующих нагрузок и намечаемой конструкции подшипникового узла.

3. Задаются расчетными коэффициентами К_K, m, K_б, K_T в зависимости от принятого типа и серии подшипника, а затем определяют условную нагрузку Q для каждого подшипника.

4. Задаются долговечностью h подшипника и определяют требуемый коэффициент работоспособности С (формула 12.3). Обычно долговечность подшипника определяется сроком работы машины между капитальными ремонтами. В среднем машиностроении принимают h = 2500…20 000 ч.

5. Зная диаметр цапфы d и требуемый коэффициент работоспособности С, по таблице подбирают подшипник принятого типа, при этом соблюдают условие С≤С_табл.

Если С> C_табл, а долговечность h не может быть уменьшена, то переходят к более тяжелой серии или принимают другой тип подшипника (например, вместо шарикового — роликовый), и расчет повторяют. В отдельных случаях увеличивают диаметр цапфы вала с целью увеличения С_табл. В этом случае в конструкцию вала вносят изменения.

Если для опор вала принимают одинаковые подшипники (см. рис. 12.28), то расчет и подбор подшипника ведут по наиболее нагруженной опоре. В этом случае уменьшается количество типоразмеров подшипников в машине.

Пример 49. По данным примера 41 подобрать подшипники качения для вала редуктора (см. рис. 11.9, а). Диаметр цапф вала d₁ = 40 мм, угловая скорость вала ω = 24,8 рад/сек. Нагрузка нереверсивная, постоянная. В период пуска кратковременная (пиковая) нагрузка в 1,8 раза больше номинальной. Рабочая температура подшипникового узла не должна превышать 65^о С. (Начало расчета см. в решениях примеров 40 и 41.)

Решение.

1. Согласно расчетной схеме вала (см. рис. 11.9, б) и решению примера 41 определяем суммарные радиальные опор­ные реакции по формуле (12.9):

2. По условиям работы подшипникового узла (небольшая угловая скорость; отсутствие осевой нагрузки) намечаем для обеих опор наиболее дешевый — шариковый радиальный однорядный подшипник тяжелой серии типа 400.

3. В соответствии с условиями работы подшипника принимаем:

К_к=1—вращается внутреннее кольцо (см. стр. 335);

K_б = 2,2—подшипники работают с кратковременной (пиковой) нагрузкой, в 1,8 раза больше номинальной;

K_T=1 — рабочая температура подшипника не выше 65^о С.

Условная нагрузка подшипников при А = 0 [формула (12.4)]:

для опоры Б: Q_Б=R_БK_кK₆K_Т = 4234·1·2,2·1 = 9310 н;

для опоры Г: Q_Г = R_ГK_KK_бK_Т=1889·1·2,2·1=4150 н.

Опора Б является более нагруженной, и по ней ведем дальнейший расчет (подбор) подшипника.

4. Учитывая рекомендации, для подшипников редуктора принимаем желаемую долговечность h =10 000 ч.

Требуемый коэффициент работоспособности подшипника опоры Б [формула (12.3)]

С = 0,2Q_Б (ωh)^0.3 = 0,2·9310(24,8·10000)^0.3 = 0,2·9310·41,5= 77 200.

5. По диаметру цапфы 40 мм и требуемому коэффициенту работоспособности С = 77 200 по ГОСТ 8338—57 (см. табл. 12.2) подбираем подшипник 408 с размерами dхDхb = 40х110х27, у которого С_табл = 78000.

Для опоры Г принимаем тот же подшипник 408.

Задана 45. Подобрать шариковый радиальный однорядный подшипник для вала коробки передач при следующих данных: радиальная нагрузка на подшипник R = 1000 н, осевая А = 200 н; угловая скорость вала ω = 42 рад/сек; диаметр цапфы d = 45мм. Нагрузка с легкими толчками. Вращается внутреннее кольцо. Температура нагрева подшипника не превышает 80° С. Желаемая долговечность h=8000 ч.

Ответ. Подшипник 309 с С_табл = 57000 (при К_б=1,1).

Контрольные вопросы

1. Как подбирают подшипники качения по заданной долговечности?

2. Как подобрать подшипник качения, угловая скорость которого ω = 0,8 рад/сек?

3. Какие факторы влияют на долговечность подшипника и как их учитывают при подборе подшипника?

4. На рис. 12.28 вал шестерни косозубой передачи установлен на двух одинаковых роликовых конических подшипниках. Нужно ли для подбора подшипников знать направление вращения вала?