15.3.Расчет (подбор) подшипников качения на долговечность
Расчет на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с угловой скоростью. Не вращающиеся подшипники или медленно вращающиеся рассчитывают на статическую грузоподъемность.
При проектировании машин подшипники качения не конструируют, а подбирают по таблицам каталога. Методы подбора подшипников качения стандартизованы.
Выбор подшипника зависит от его назначения, направления и величины нагрузки, угловой скорости, режима работы, стоимости подшипника и особенностей монтажа. При выборе типа подшипника рекомендуется вначале рассмотреть возможность применения радиальных однорядных шарико-подшипников, как наиболее дешевых и простых в эксплуатации. Выбор других типов должен быть обоснован.
Для малых нагрузок и больших скоростей вращения принимают шариковые однорядные подшипники легких серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая угловая скорость их меньше. При одновременном действии радиальной и осевой нагрузок выясняют, достаточно ли одного или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельными подшипниками.
При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники. Следует иметь в виду, что шариковые подшипники менее требовательны к смазке, чем роликовые.
Расчет радиальных и радиально-упорных подшипников основан на базовой динамической грузоподъемности подшипника, представляющей постоянную радиальную нагрузку, которую подшипник может воспринять при базовой долговечности, составляющей 106 оборотов.
На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что расчетная динамическая грузоподъемность подшипника
где для радиальных
и радиально-упорных подшипников:
,
для упорных подшипников:
.
Алгоритм расчета подшипников качения:
1. Определяют радиальные опорные реакции в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а затем суммарные реакции, для каждой опоры:
При определении опорных реакций радиально-упорных подшипников пролетом между опорами считают расстояние с учётом угла контакта. Тип подшипника выбирают исходя из условий работы, действующих нагрузок и намечаемой конструкции подшипникового узла.
2. По каталогу, ориентируясь на легкую серию, по диаметру цапфы подбирают подшипник и выписывают характеризующие его данные:
а) для шарикового радиального и радиально-упорного с углом контакта а<18° значения базовых динамической, и статической, радиальных грузоподъемностей;
б) для шарикового радиально-упорного значения С, и по (или каталогу) значение коэффициента.
3. Для шариковых радиально-упорных и роликовых конических подшипников определяют для обеих опор осевые составляющие от радиальных сил, а затем по формулам вычисляют расчетные осевые силы (задаются расчетными коэффициентами в зависимости от условий работы).
4. Для шариковых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников определяют отношение и принимают значение коэффициента. Сравнивают отношение с коэффициентом и принимают значения коэффициентов.
5. Вычисляют эквивалентную динамическую нагрузку.
6. Определяют расчетную динамическую грузоподъемность подшипника и оценивают пригодность намеченного подшипника по условию Сr расч<Сr.
Если расчетное значение больше значения базовой динамической грузоподъемности для принятого подшипника, 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 перехода на следующий типоразмер подшипника. В этом случае в конструкцию вала вносят изменения. В отдельных случаях пригодность намеченного подшипника качения оценивают сопоставлением базовой и требуемой долговечности.
В этом случае в п.
6 определяют базовую долговечность
подшипника.
Требуемая долговечность подшипников Lh определяется сроком службы машины между капитальными ремонтами. В общем машиностроении принимают Lh = 3000…50000 и более.