§ 3. Методика подбора подшипников качения
11.15. При проектировании подшипники качения подбирают по каталогу в зависимости от: диаметра d цапфы вала; величины, направления и характера нагрузки (спокойная, ударная, переменная); назначениячузла; угловой скорости вращающегося кольца (с учетом того, какое из колец вращается); требуемой долговечности подшипника (числа часов работы).
Подбор подшипников практически сводится к следующей схеме:
1. По назначению узла выбирают тип подшипника. Так, например, если на подшипник действует только радиальная нагрузка, то можно выбирать любой радиальный подшипник.
2. Если подшипник находится под действием комбинированной нагрузки (значительной осевой и радиальной), то применяют радиаль-но-упорные подшипники типов 6 и 7. Если же осевая нагрузка больше радиальной, то устанавливают упорный подшипник в комбинации с радиальным или упорно-радиальный подшипник. При действии одной осевой нагрузки устанавливают упорные подшипники типов 8 и 9.
3. Основным критерием для выбора подшипника служит его динамическая грузоподъемность. Если подшипник воспринимает нагрузку в неподвижном состоянии или его вращающееся кольцо имеет частоту вращения не более 1 об/мин, то подшипник выбирают по статической грузоподъемности без проверки его долговечности.
Какого типа подшипники следует выбрать для редуктора с шевронными зубчатыми колесами? Почему?
11.16. Расчет по динамической грузоподъемности.
Под динамической грузоподъемностью для радиальных и радиально-упорных подшипников понимают постоянную радиальную нагрузку, которую может выдержать группа идентичных подшипников с неподвижным наружным и вращающимся внутренним кольцом до возникновения усталостного разрушения рабочих поверхностей колец и тел качения в течение 1 млн об. без появления повреждений не менее 90 % из числа подшипников, подвергшихся испытаниям.
Условие для выбора подшипников качения:
(11.1)
где Сг — требуемая динамическая грузоподъемность, Н; [С],. — табличное (каталожное паспортное) значение динамической грузоподъемности подшипника выбранного типоразмера (табл. 11.1), Н.
Требуемое значение динамической грузоподъемности определяют по формулам:
(11.2)
где Рэ — приведенная (эквивалентная) нагрузка (должна быть подставлена в тех же единицах, что и параметр Q; L — требуемая долговечность вращающегося подшипника, млн об, (принимается 0,5—30 000 млн об.); Lh — то же, ч; а — коэффициент, зависящий от характера кривой усталости
Таблица 11.1. Шарикоподшипники радиальные однорядные (ГОСТ 8338—75)
Условное обозначение подшипника |
Серия |
Размеры, мм |
С,-, Я |
Со,, Н |
Предельная частота вращения, мин~', при смазочном материале |
||||
|
|
d |
D |
В |
г |
|
|
пластичном |
жидком |
104 |
Особо легкая нормальная |
20 |
42 |
12 |
1 |
9360 |
4500 |
17 000 |
20 000 |
105 |
|
25 |
47 |
12 |
1 |
11 200 |
5600 |
15 000 |
18 000 |
106 |
|
30 |
55 |
13 |
1,5 |
13 300 |
6800 |
12 000 |
15 000 |
107 |
|
35 |
62 |
14 |
1,5 |
15 900 |
8500 |
10 000 |
13 000 |
108 |
|
40 |
68 |
15 |
1,5 |
16 800 |
9300 |
9500 |
12 000 |
109 |
|
45 |
75 |
16 |
1,5 |
21 200 |
12 200 |
9000 |
11 000 |
110 |
|
50 |
80 |
16 |
1,5 |
21 600 |
13 200 |
8500 |
10 000 |
III |
|
55 |
90 |
18 |
2 |
28 100 |
17 000 |
7500 |
9000 |
112 |
|
60 |
95 |
18 |
2 |
29 600 |
18 300 |
6700 |
8000 |
113 |
|
65 |
100 |
18 |
2 |
30 700 |
19 600 |
6300 |
7500 |
114 |
|
70 |
110 |
20 |
2 |
37 700 |
24 500 |
6000 |
7000 |
115 |
|
75 |
115 |
20 |
2 |
39 700 |
26 000 |
5600 |
6700 |
202 |
Легкая узкая |
15 |
35 |
11 |
1 |
7800 |
3550 |
19 000 |
24 000 |
203 |
|
17 |
40 |
12 |
1 |
9560 |
4500 |
17 000 |
20 000 |
204 |
|
20 |
47 |
14 |
1,5 |
12 700 |
6200 |
15 000 |
18 000 |
205 |
|
25 |
52 |
15 |
1,5 |
14 000 |
6950 |
12 000 |
15 000 |
206 |
|
30 |
62 |
16 |
1,5 |
19 500 |
10 000 |
10 000 |
13 000 |
207 |
|
35 |
72 |
17 |
2 ' |
25 500 |
13 700 |
9000 |
11 000 |
208 |
|
40 |
80 |
18 |
2 |
32 000 |
17 800 |
8500 |
10 000 |
209 |
|
45 |
85 |
19 |
2 |
33 200 |
18 600 |
7500 |
9000 |
210 |
|
50 |
90 |
20 |
2 |
35 100 |
19800 |
7000 |
8500 |
211 |
|
55 |
100 |
21 |
2,5 |
43 600 |
25 000 |
6300 |
7500 |
212 |
|
60 |
ПО |
22 |
2,5 |
52 000 |
31 000 |
6000 |
7000 |
213 |
|
65 |
120 |
23 |
2,5 |
56 000 |
34 000 |
5300 |
6300 |
214 |
|
70 |
125 |
24 |
2,5 |
61 800 |
37 500 |
5000 |
6000 |
215 |
|
75 |
130 |
25 |
2,5 |
66 300 |
41 000 |
4800 |
5600 |
302 |
Средняя узкая |
15 |
42 |
13 |
1,5 |
11 400 |
5400 |
17 000 |
20 000 |
303 |
|
17 |
47 |
14 |
1,5 |
13 500 |
6650 |
16 000 |
19 000 |
304 |
|
20 |
52 |
15 |
2 |
15 900 |
7800 |
13 000 |
16 000 |
Окончание табл. 11.1
Условное обозначение подшипника |
Серия |
Размеры, мм |
С,, Н |
со„н |
Предельная частота вращения, мин"1, при смазочном материале |
||||
|
|
d |
D |
В |
/■ |
|
|
пластичном |
жидком |
305 |
Средняя узкая |
25 |
62 |
17 |
2 |
22 500 |
11 400 |
11 000 |
14 000 |
306 |
30 |
72 |
19 |
2 |
28 100 |
14 600 |
9000 |
11 000 |
|
307 |
35 |
80 |
21 |
2,5 |
33 200 |
18 000 |
8500 |
10 000 |
|
308 |
40 |
90 |
23 |
2,5 |
41 000 |
22 400 |
7500 |
9000 |
|
309 |
45 |
100 |
25 |
2,5 |
52 700 |
30 000 |
6700 |
8000 |
|
310 |
50 |
ПО |
27 |
3 |
61 800 |
36 000 |
6300 |
7500 |
|
311 |
55 |
120 |
29 |
3 |
71 500 |
41 500 |
5600 |
6700 |
|
312 |
60 |
130 |
31 |
3,5 |
81 900 |
48 000 |
5000 |
6000 |
|
313 |
65 |
140 |
33 |
3,5 |
92 300 |
56 000 |
4800 |
5600 |
|
314 |
70 |
150 |
35 |
3,5 |
104 000 |
63 000 |
4500 |
5800 |
|
315 |
75 |
160 |
37 |
3,5 |
112 000 |
72 500 |
4300 |
5000 |
|
316 |
80 |
170 |
39 |
3,5 |
124 000 |
80 000 |
3800 |
4500 |
|
(для шариковых подшипников α = 3,0; для роликовых α = 10/3); п — частота вращения кольца, об/мин; а1 — коэффициент надежности, a1 ≈ 1 (безотказная работа); а23 — коэффициент качества, обычно a23 = 0,7 ÷ 0,8 (шариковые), а23 = 0,6 ÷ 0,7 (роликовые конические).
Эквивалентную динамическую нагрузку FE вычисляют по формуле
(11.3)
где X — коэффициент радиальной нагрузки; Y — коэффициент осевой нагрузки; V — коэффициент вращения (при вращении относительно вектора нагрузки внутреннего кольца V> 1, наружного кольца V= 1,2);
Fr, Fa — радиальная и осевая нагрузки, Н; Кб — коэффициент безопасности (для редукторов Kб= 1,3 ÷ 1,5); КT — температурный коэффициент (при t до 100 °С, KT = 1) (см. рис. 11.4, б, А).
Расчет Рэ по формуле (11.3) для цилиндрических подшипников ^а = 0, Х- 1; для упорных подшипников Fr = 0, Y= 1; для шариковых радиальных, радиально-упорных и конических роликовых подшипников Х=\, Y= 0, если Fa IVF < е, е — вспомогательный коэффициент, указанный в каталоге [10], то расчет ведется только по радиальной нагрузке, если Fa/VFr>e — значения коэффициентов Хи 7определяются по таблице.
При определении осевых нагрузок Fa, действующих на радиаль-но-упорные подшипники, помимо внешней осевой силы А следует учитывать осевые составляющие реакцией подшипников, возникающие под действием радиальных нагрузок Fr Эти составляющие вычисляются по формулам:
для радиально-упорных шарикоподшипников S = eFr; для конических роликоподшипников S=0,83eFr (рис. 11.4, б, Б).
Рис. 11.4, б. Схемы сил в подшипниках
11.17. Расчет по статической грузоподъемности. Подшипники грузовых крюков, домкратов, нажимных устройств прокатных станов и других машин периодически подвержены нагрузкам при очень медленном вращении. «Невращающиеся» подшипники рассчитывают только по статической грузоподъемности.
Под статической грузоподъемностью понимают такую нагрузку на «нев-ращающийся» подшипник (п < 1 об/мин), под действием которой в нем не возникает остаточных деформаций, ощутимо влияющих на дальнейшую работу подшипника.
Условие для выбора подшипников:
(11.3)
где РОr — эквивалентная статическая нагрузка; СОr — базовая статическая радиальная грузоподъемность; Сr — базовая динамическая радиальная грузоподъемность (см. табл. 11.1). Значение приведенной статической нагрузки для радиальных; и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников определяют:
Por = X0Fr+Y0Fa, (11.4)
где Хо, Yo — коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок (табл. 11.2); Fr — радиальная нагрузка; Fa — осевая нагрузка.
Таблица 11.2. Коэффициент безопасности
Характер нагрузки на подшипники |
|
Применение |
||||||||
Спокойная нагрузка, толчки отсутствуют |
1 |
Подшипники передач трением в машинах со спокойной внешней нагрузкой, ролики ленточных конвейеров |
||||||||
Нагрузка с легкими толчками, кратковременные перегрузки до 125 % от основной нагрузки |
1-1,2 |
Подшипники передач зацеплением в машинах с относительно спокойной внешней нагрузкой: в станках с вращательным главным движением, в машинах для обработки волокна и т. д. Подшипники электродвигателей, конвейеров, транспортеров |
||||||||
Нагрузка с умеренными толчками, кратковременные перегрузки до 150 % |
1,3-1,8 |
Подшипники железнодорожного подвижного состава, коробок передач тракторов и автомобилей, редукторов (As = 1,3 т 1,5). Подшипники колес автомобилей и тракторов, двигателей внутреннего сгорания, строгальных и долбежных станков, вагонеток для угля и т. д. (А'б =1,5*1,8) |
||||||||
Нагрузка с сильными ударами, кратковременная перегрузка до 300 % |
2-3 |
Подшипники ковочных машин, камнедробилок, копров, валков и рольгангов крупно- и среднесор-товых прокатных станов |
||||||||
Таблица 11.3. Значение коэффициентов радиальных и осевых нагрузок Хи Y |
||||||||||
α° |
|
Подшипники однорядные |
Подшипники двухрядные |
е |
||||||
|
|
Fa/(VF,)>e |
Fa /(VF,)<e |
Fa /(VFr)>e |
|
|||||
|
|
X |
Y |
X |
Y |
X |
Y |
|
||
|
0,014 |
0,56 |
2,30 |
1,0 |
0 |
0,56 |
2,30 |
0,19 |
||
|
0,028 |
1,99 |
1,99 |
0,22 |
||||||
|
0,056 |
1,71 |
1,71 |
0,26 |
||||||
|
0,084 |
1,55 |
1,55 |
0,28 |
||||||
0 |
0,110 |
1,45 |
1,45 |
0,30 |
||||||
|
0,170 |
1,31 |
1,31 |
0,34 |
||||||
|
0,280 |
1,15 |
1,15 |
0,38 |
||||||
|
0,420 |
1,04 |
1,04 |
0,42 |
||||||
|
0,56 |
1,00 |
1,00 |
0,44 |
||||||
|
0,014 |
|
1,81 |
|
2,08 |
|
2,94 |
0,30 |
||
|
0,028 |
|
1,62 |
|
1,84 |
|
2,63 |
0,34 |
||
|
0,056 |
|
1,46 |
|
1,69 |
|
2,37 |
0,37 |
||
|
0,084 |
|
1,34 |
|
1,52 |
|
2,18 |
0,41 |
||
12 |
0,11 |
0,45 |
1,22 |
1,0 |
1,39 |
0,74 |
1,98 |
0,45 |
||
|
0,17 |
|
1,13 |
|
1,30 |
|
1,84 |
0,48 |
||
|
0,28 |
|
1,04 |
|
1,20 |
|
1,69 |
0,52 |
||
|
0,42 |
|
1,01 |
|
1,16 |
|
1,64 |
0,54 |
||
|
0,56 |
|
1,00 |
|
1,16 |
|
1,62 |
0,54 |
||
26 |
— |
0,41 |
0,87 |
1 |
0,92 |
0,67 |
1,41 |
0,68 |
||
36 |
— |
0,37 |
0,66 |
1 |
0,66 |
0,60 |
1,07 |
0,95 |
||
Примечание. Коэффициенты Yw e для промежуточных отношений iFa/COr определяют интерполяцией.
В каком случае выбор подшипника производят по. статической грузоподъемности?
11.18. Расчет подшипников на долговечность. Часто подшипники предварительно выбирают по конструктивным соображениям. Тогда расчетом проверяют их долговечность (ресурс). Под номинальной долговечностью (расчетным сроком службы) понимают срок службы подшипников, в течение которого не менее 90 % из данной группы при одинаковых условиях должны проработать без появления признаков усталости металла.
Долговечность подшипника I зависит от величины и направления действия нагрузки, частоты вращения, смазки и т. д., а также и от его динамической грузоподъемности С. Из формулы (11.2) долговечность подшипника
здесь Сг принимают по каталогу, Рэ определяют по методике в шаге 11.16.
11.19. Ответить на вопросы контрольной карточки 11.2.
Контрольная карточка 11.2
Вопрос |
Ответы |
Код |
Какой тип подшипника качения можно выбрать для пяты, если d= 75 мм (основная нагрузка — осевая)? |
215 8375 7315 9315 |
1 2 3 4 |
На рис. П.5 показана грузовая скоба. Какую формулу следует использовать для выбора подшипника? |
|
5
6 |
Подберите радиальный шариковый однорядный подшипник, если расчетная динамическая грузоподъемность равна 124 кН, d= 80 мм |
313 315 316 16 |
7 8 9 10 |
При расчете динамической грузоподъемности, какую величину коэффициента качества следует принять для шариковых подшипников |
≈0,5 0,6÷0,7 0,7÷0,8 1,0 |
11 12 13 14 |
Проверьте возможность применения подшипника 314 (по ресурсу) вала зубчатой передачи. Работа при постоянном режиме: приведенная нагрузка Рэ = 8,60 кН, n=1800 об/мин, Lh= 15 000 ч |
Можно применять Нельзя применять |
15 16 |
Рис. 11.5. Грузовая скоба