25. Подшипники качения. Классификация. Основные критерии работоспособности и расчета.

П одшипники качения представляют собой готовый узел рис.3.2.5, основным элементом которого являются тела качения — шарики или ролики 3, установленные между кольцами 1 к 2 и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором 4. В процессе работы тела качения катятся по дорожкам качения колец, одно из которых в большинстве случаев неподвижно. Распределение нагрузки между несущими телами качения неравномерно и зависит от величины радиального зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей.

П одшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

1) по форме тел качения: а) шариковые (рис.а), б) роликовые, причем последние могут быть с цилиндрическими (рис. б), коническими (рис.в), бочкообразными (рис.г), игольчатыми (рис. д) и витыми роликами (рис. е);

2) по направлению воспринимаемой нагрузки: а) радиальные,  б) радиально-упорные,  в) упорно-радиальные, г) упорные;

3) по числу рядов тел качения: а) однорядные, б) многорядные.

4) по способности самоустанавливаться: а) несамоустанавливающиеся, б)самоустанавливающиеся (сферические);

5) по габаритным размерам — на серии: для каждого типа подшипника при одном и том же внутреннем диаметре имеются различные серии, отличающиеся размерами колец и тел качения (в зависимости от размера наружного диаметра подшипника серии бывают: сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние и тяжелые), (в зависимости от ширины подшипника серии подразделяются на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие).

Основными критериями работоспособности подшипников качения является долговечность по усталостному выкашиванию и статическая грузоподъемность по пластическим деформациям.

На основании теоретических и экспериментальных исследований установлено, что расчетная динамическая грузоподъемность подшипника , где для радиальных и радиально-упорных подшипников: R_E =(XVR_r+YR_a)K_бК_т, для упорных подшипников: R_Е=R_аК_бК_т. 

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 учeтом 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 С_{r расч}<С_r

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 L_h определяется сроком службы машины между капитальными ремонтами. В общем машиностроении принимают L_h = 3000…50000 и более.

Ответы на экзамен по Детали машин и Основы конструирования © Vlad Nikulin

Дополнительно.

1. Болт нагружен осевой растягивающей силой, предварительная и последующая затяжки его отсутствуют (встречается редко).

Условие прочности: , где

- расчетное напряжение растяжения в поперечном сечении нарезанной части болта;

F – сила, растягивающая болт;

– допускаемое напряжение на растяжение болта.

Проектный расчет: .

2. Болт испытывает напряжение кручения, обусловленное затяжкой.

Крутящий момент, возникающий в опасном поперечном сечении болта, равен моменту Т_р в резьбе лишь для установочных винтов; при определении момента, скручивающего стержень, учитывается момент силы трения на торце.

Напряжение растяжения от силы F_зат: .

Напряжение кручения от момента Т_р: .

При сложнонапряженном состоянии по гипотезе энергоформосохранности рассчитывается эквивалентное напряжение.

Условие прочности: .

Вычисления показывают, что для стандартных метрических резьб .

Следовательно: болт, работающий одновременно на растяжение и на кручение, можно рассчитывать только на растяжение по допускающему напряжению на растяжение, уменьшенному в 1,3 раза, или по расчетной силе, увеличенной по сравнению с силой, растягивающей болт в 1,3 раза.

Тогда проектный расчет: .

Аналогичное решение рекомендуется для болтов, нагруженных осевыми растягивающими силами и испытывающими кручение от подтягивания гаек под нагрузкой.