Конструктивные типы подшипников скольжения

Рис. 18.2.

Простейшие подшипники скольжения имеют неразъемный корпус обычно с бронзовой втулкой; более сложные подшипники имеют разъем вдоль оси как корпуса, так и вкладышей. Вкладыши делаются стальными или чугунными с наплавкой антифрикционного сплава или бронзовые. В зоне разъема вкладышей имеются так называемые холодильники - емкости для масла, а на поверхности контакта с шайкой вала нарезаются неглубокие масляные канавки. Конструкции подшипников разнообразны, с ними необходимо ознакомиться по учебнику.

Условный расчет подшипников скольжения.

Этот расчет непосредственно не отражает наличие жидкостного трения, но, благодаря своей простоте и большому накопленному опыту по допускаемым величинам, достаточно широко применяется в машиностроении.

а) расчет на удельное давление:

,

б) на удельную мощность трения:

.

Для ответственных и быстроходных подшипников желательно производить проверку по гидродинамической теории.

18.2. Подшипники качения

а) Классификация и область применения подшипников качения.

1. Шариковый радиальный - самый массовый, распростра­ненный и дешевый тип. Воспринимает радиальные и небольшие осевые нагрузки (до 70% от неиспользованной радиальной). Применять следует везде, где это возможно.

Рис. 18.3.

2. Шариковый сферический - самоустанавливающийся тип. Воспринимает радиальные и незначительные осевые нагрузки (до 20% от неиспользованной радиальной). Применяется там, где оси опор смежны или при гибких длинных валах, имеющих большой прогиб.

3. Шариковый радиально-упорный. Воспринимает радиальные и значительные осевые нагрузки. Имеет глубокие канавки; разъемный - устанавливается попарно. Применяется там, где осевые нагрузки сравнительно велики.

4. Роликовый цилиндрический - воспринимает только радиальные, но, благодаря линейному контакту, большие по величине нагрузки. Применяется там, где нет осевых нагрузок.

5. Роликовый сферический - воспринимает очень большие радиальные и довольно большие осевые нагрузки. Самоустанавливающийся тип. Применяется там же, где тип (2), но при больших нагрузках.

6. Роликовый конический - воспринимает большие ради­альные и большие осевые нагрузки, универсальный, разъемный тип подшипника. Рекомендуется, в частности, для конических зубчатых передач. Устанавливается попарно, при износе регулируется осевой зазор, для чего под фланцами крышек предусматривается набор регулировочных прокладок или устанавливаются регулировочные гайки.

7. Роликовый с витыми роликами (тип ХАЯТ) - воспринимает только радиальные нагрузки, хорошо сопротивляется удару благодаря упругим роликам, изготовленным из плотно навитой проволоки прямоугольного сечения. Не обладает вы­сокой точностью, поэтому применяется для тихоходных валов грубой центровки.

8. Игольчатой - воспринимает только радиальные нагрузки. Отличается очень малыми радиальными габаритами, может работать без одной обоймы или вообще без обойм, не имеет сепаратора, иголки укладываются вплотную одна к другой. Предельное число оборотов меньше, чем у других подшипников.

9. Шариковый упорный - воспринимает только осевые на­грузки. Устанавливается в паре с другим подшипником, вос­принимающим радиальную нагрузку.

б) Материал и термообработка подшипников качения.

Обоймы (кольца) подшипников и тела качения изготав­ливаются из высокохромистой и высокоуглеродистой стали типа ШХ-15 с закалкой до весьма высокой твердости HRC = 50-66. Сталь этого типа после закалки приобретает очень высокие механические свойства, не становясь при этом хрупкой.

в) Точность изготовления и посадки подшипников качения.

Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - Н (знак не выбивается); для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: П - повышенная, В - высокая, С - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). Стоимость высокоточных подшипников намного превосходит стоимость нормальных.

Для установки подшипников на шейках валов и в корпусе применяются посадки промежуточного типа:

если вращается вал, то на валу – Е_п или П_п, а в корпусе – С_п ;

если вращается корпус, а вал (ось) неподвижны, то на валу - С, а в корпусе - Нп или П_п.

Подшипниковые посадки второго класса точности: Н_п, П_п, С_п отличаются от нормальных посадок Н, П, С суженным полем допуска.

Более тугие посадки затрудняют монтаж и демонтаж подшипников и могут служить причиной защемления тел качения, поэтому не могут быть рекомендованы; более свободные посадки не обеспечивают удержания от вращения подшипниковых колец.

г) Система обозначения подшипников качения.

На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.

В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.

Серии:

1. Особо легкая.

2. Легкая.

3. Средняя.

4. Тяжелая.

5. Легкая широкая.

6. Средняя широкая.

Рис. 18.4.

Обозначения

Порядок отсчета цифр в условном обозначении подшипника ведется справо налево. Первые две цифры справа обозначают внутренний диаметр подшипников диаметром от 20 до 495 мм, причем обозначение получается путем деления значения диаметра на 5. Подшипники с внутренним диаметром 10 мм обозначается 00; 12мм – 01, 15мм – 02; 17мм – 03.

Третья цифра справа указывает серию подшипника по диаметру, например:

или 9 – сверх легкая

1 или 7 – особо легкая

2 или 5 – легкая

или 6 – средняя

4 – тяжелая

Четвертая цифра справа определяет тип подшипника, например:

0 – шариковый радиальный;

1 – шариковый радиальный двухрядный сферический самоустанавливающий;

2 – цилиндрический роликовый радиальный с короткими роликами ;

3 – радиальный роликовый двухрядный сферический самоустанавливающий;

4 – радиальный роликовый с длинным цилиндрическим роликом;

5 – радиальный роликовый (витой ролик);

6 – шариковый радиально-упорный;

7 – конический роликовый радиально-упорный;

8 – упорный шариковый;

9 – упорный роликовый.

5 и 6 цифра справа обозначают конструктивную разновидность подшипника.

цифра слева указывает серию подшипника по ширине, например:

1 – нормальная;

2 – широкая;

3,4 – особо широкая;

7 – узкая.

Примеры условных обозначений:

Подшипник шариковый радиальный однорядный средней серии диаметров 3, узкой серии ширин, с d=30 мм, D=72 мм. Подшипник 306 ГОСТ 8338-75.

315 – радиальный однорядный шарикоподшипник ( «0», который стоит на четвертый справа позиции и левее которой нет значащих цифр, опущен), средней серии по диаметру («3») и узкой серии по ширине («0» на седьмой справа позиции также опущен), с диаметром отверстия 75 мм («15»=75:5);

1050212 – тот же тип («0» на четвертой справа позиции), легкой серии по диаметру («2») и нормальной серии по ширине («1» на седьмой справа позиции), с конструктивной особенностью – канавкой для установочнорго кольца на наружном кольце подшипника («05» на пятой и шестой справа позициях), с диаметром отверстия 60 мм («12»=60:5);

46313 – радиально-упорный однорядный шарикоподшипник («6»), средней серии по диаметру («3» на третьей позиции) и узкой серии по ширине (отсутствующий «0» на седьмой справа позиции), с конструктивной особенностью – номинальным углом контакта «26» («4»), с диаметром 85 мм («13»=65:5);

7509 – роликовый конический однорядный шарикоподшипник («7»), легкой широкой серии по диаметру («5») и узкой серии по ширине (отсутствующий «0» на седьмой справа позиции), с диаметром отверстия 45 мм («09»=45:5).

д) Распределение нагрузки на теле качения подшипника.

Рис. 18.5.

Задача распределения нагрузки на тела качения статически неопределимая и решается на основе совместности деформации системы:

Для шарикоподшипника:

. . . . . . . . . . . .

Для роликоподшипника:

. . . . . . . . . . .

Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:

1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.

2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - б раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.

е) Особенности кинематики подшипников качения.

Подшипники можно рассматривать как планетарный ряд с двумя вариантами привода:

1) вращается внутреннее кольцо,

2) вращается наружное кольцо.

Рис. 18.6

Мгновенный центр скоростей (МЦС) лежит в точке кон­такта тела качения с неподвижным кольцом, построение пла­нов скоростей показывает, что при равных угловых скоростях - : , так как ; ; .

Это значит, что скорость центра тела качения (сепаратора), а, следовательно, и угловые скорости вращения тел качения во втором случае больше, чем в первом, а, следовательно, больше и износ всех элементов подшипника. Это обстоятельство в расчетной формуле для подшипников качения учитывается особым коэффициентом.

ж) Расчет (подбор) подшипников качения.

Статический расчет - только для подшипников, делающих меньше одного оборота, например, подшипников поворотных кранов, грузоподъемных крюков и пр.

Q  Q_ст

где Q - реакция опоры;

Q_ст - допускаемая статическая нагрузка на под­шипник по таблицам ГОСТ.

Расчет на долговечность - основной расчет.

Приведенная нагрузка:

где: R - радиальная нагрузка на опору;

А - осевая нагрузка;

К_к - коэффициент, зависящий от того, какое кольцо вращается: если внутреннее – К_к = 1;

m - табличный коэффициент, характеризующий способность данного типа подшипника воспринимать осевую нагрузку.

Расчетное уравнение имеет вид:

где: n - число оборотов в минуту;

h - долговечность подшипника в часах;

К_ - табличные коэффициент, зависящий от ди­намичности нагрузки (спокойная, со слабыми толчками, ударная);

K_т - табличный температурный коэффициент при t  100⁰C К_т = 1.

При переменной нагрузке, которая задается усредненным графиком (рис.18.7.), определяется эквивалентная нагрузка:

Например, для графика, указанного на рисунке:

Рис. 18.7

Здесь: Q_i, n_i, h_i - нагрузка, число оборотов и долговечность на i-ой ступени графика.

Центробежные силы инерции, действующие в подшипниках качения, определяются известным уравнением . При малых и средних угловых скоростях они не очень велики, но сильно возрастают при высоких и сверхвысоких углов их скоростях, становясь главными нагрузками, которые и определяют предельное число оборотов подшипников этого типа.

Для упорных шариковых подшипников центробежные силы составляют большую опасность, чем для других типов, способствуя износу сепараторов.