13.3. Общие указания к выбору подшипников качения

Выбор подшипников начинается с установления его типа. При выборе типа подшипника учитываются следующие факторы:

– значение и направление действующей нагрузки;

– частота вращения;

– конструктивные особенности сборочной единицы машины (необходимость самоустановки подшипника при перекосах вала; необходимость перемещения вала в осевом направлении; требования к габаритам, жесткости, точности вращения и т.д.);

– стоимость подшипника.

Учет многообразия факторов представляет собой весьма сложную задачу, при решении которой можно руководствоваться только общими указаниями:

– для опор, воспринимающих ударные или значительные переменные нагрузки, предпочтительнее к применению роликовые подшипники; шариковые подшипники обладают меньшей несущей способность, но с другой стороны допускают большую частоту вращения;

– при действии на подшипник только радиальных нагрузок применяют любой тип радиальных подшипников, учитывая при этом частоту вращения и условия эксплуатации;

– при действии комбинированных нагрузок определяют возможность установки одного или двух радиально-упорных подшипников; чаще всего их ставят парными комплектами, обеспечивая строго фиксированное положение вала в осевом направлении; при этом для шариковых подшипников рекомендуется, а для конических роликовых подшипников требуется регулировка зазоров в подшипнике;

– если осевая нагрузка значительно превышает радиальную нагрузку, то применяют упорные подшипники в комбинации с радиальными подшипниками;

– в общем машиностроении, как правило, рекомендуются к применению подшипники нормального класса точности; для валов, требующих точного вращения в связи с технологическим назначением машины или высокими скоростями (шпиндели металлорежущих станков, валы и оси приборов), применяют подшипники более высоких классов точности;

– при проектировании машин в первую очередь следует ориентироваться на применение шариковых радиальных однорядных подшипников, поскольку они обладают меньшей стоимостью, простотой монтажа, способностью воспринимать комбинированные нагрузки (воспринимают осевую нагрузку до 1/3 от радиальной нагрузки).

13.4. Выбор подшипников качения по динамической грузоподъемности

Установив тип подшипника, принимают ориентировочно серию подшипника (как правило, легкую или среднюю) исходя из конструктивных размеров и условий эксплуатации. Затем из каталога находят значение его динамической грузоподъемности и определяют расчетную долговечность подшипника в часах по формуле (проверочный расчет в соответствии с ГОСТ 18855-82):

,

где – частота вращения, об/мин; – эквивалентная приведенная нагрузка, Н; – показатель степени кривой усталости ( – для шариковых подшипников; – для роликовых подшипников); – коэффициент долговечности, вводимый при необходимости обеспечить повышенную надежность; – коэффициент долговечности, учитывающий качество металла и условия эксплуатации; – требуемая долговечность подшипников в часах.

Коэффициент долговечности выбирается в зависимости от вероятности безотказной работы (табл. 13.1).

Таблица 13.1

, %	80	85	90*	95	97
	2	1,5	1	0,62	0,44
* для большинства случаев (для данного случая приведены параметры подшипников в каталоге)

При выборе коэффициента долговечности рекомендуются три вида расчетных условия:

1) обычные;

2) отсутствие повышенных перекосов и наличие масляной пленки в контактах;

3) тоже, что и при расчетном условии 2, кроме того кольца и тела качения изготовлены из электрошлаковой или вакуумной сталей.

Для некоторых типов подшипников значения коэффициента приведены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Тип подшипника	Расчетное условие
	1	2	3
Шарикоподшипники (кроме сферических)	0,7…0,8	1,0	1,2…1,4
Роликовые конические подшипники	0,6…0,7	0,9	1,1…1,3

Эквивалентная нагрузка определяется по следующим формулам:

– для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников и роликовых конических подшипников

;

– для упорно-радиальных шариковых и роликовых подшипников

;

– для радиальных роликовых подшипников

;

– для упорных подшипников

где – коэффициент радиальной нагрузки; – коэффициент осевой нагрузки; – коэффициент вращения ( при вращении внутреннего кольца по отношению к нагрузке; при вращении наружного кольца по отношению к нагрузке); – радиальная нагрузка; – осевая нагрузка; – коэффициент безопасности, назначаемый в зависимости от характера нагрузки; для зубчатых передач 7-8 степени точности, а также для редукторов всех типов ; – температурный коэффициент, учитывающий температуру нагрева подшипника, если она превышает 373,15 °К (при °С ; при °С ; при °С ).

В радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальных нагрузок возникают осевые силы , как составляющие радиальных нагрузок опор. Данные силы определяются по формулам:

– для радиально-упорных шариковых подшипников

;

– для конических роликовых подшипников

.

Для роликовых конических подшипников коэффициент осевого нагружения можно определить в зависимости от угла контакта :

.

Для шариковых радиально-упорных подшипников коэффициент осевого нагружения определяется по следующим формулам:

– при ;

– при

;

– при

,

где – статическая грузоподъемность подшипника.

Значения расчетных осевых нагрузок и , действующих на радиально-упорные подшипники, складываются из внешней осевой силы и осевых составляющих радиальных нагрузок на подшипники и . В соответствии с принятой схемой расположения подшипников “в распор” (рис. 12.1, б) или “в растяжку” (рис. 12.1, в) и в зависимости от условий нагружения значения осевых нагрузок и могут быть определены по формулам, приведенным в табл. 13.3. При противоположном направлении внешней осевой силы , указанном на расчетных схемах (табл. 13.3), для того чтобы использовать приведенные формулы необходимо поменять нумерацию опор.

Таблица 13.3

Расчетные схемы	Условия нагружения	Осевые нагрузки
	> ; < ;	;
	< ;	;

Точки приложения радиальных реакций и определяются расстоянием (рис. 12.1, б, в), которое может быть определено по формулам:

– для однорядных радиально-упорных шарикоподшипников

;

– для двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников

;

– для однорядных конических роликоподшипников

;

– для двухрядных конических роликоподшипников

,

где – ширина шарикоподшипника; – монтажная высота роликоподшипника; диаметр наружного кольца подшипника; – диаметр внутреннего кольца подшипника.