Вопросы для самостоятельной проработки и повторения материала

1. Общие сведения о валах и осях, классификация.

2. Основы конструирования валов и осей.

3. Материалы осей и валов.

4. Обработка валов и осей.

5. Проектный расчет осей и валов.

6. Критерии расчета валов.

7. Проверочный расчет валов и осей на прочность (выносливость).

8. Составление расчетной схемы вала, построение эпюр изгибающих моментов.

9. Расчет валов и осей на жесткость.

10. Расчеты валов на колебания.

Литература:

1. Иванов М.Н. Детали машин. 2-е изд., М.: Высш. Шк., 1986. с 305 -319.

2. Гузенков П.Г. Детали машин: Учеб.для вузов.- 4-е изд., испр., М.: Высш. Шк., 1986. – с. 269 – 287.

3. Решетов Д.Н. Детали машин: Учеб.для вузов.- 3-е изд., испр., М: «Машиностроение», 1984. – с. 410 – 442.

4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин: курсовое проектирование: Учеб.пособие для машиностроит.спец.техникумов.- М.: Высш. Шк., 1984. – с. 35 – 39, 115-128.

Тема 13. Подшипники качения

Подшипники качения это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.

Основные вопросы темы

1. Общие понятия и определения.

2. Основные типы и их характеристики.

3. Распределение нагрузки между телами качения.

4. Контактные напряжения в подшипниках.

5. Кинематика подшипников качения.

6. Причины выхода из строя и критерии расчета подшипников качения.

7. Определение расчетной нагрузки и выбор подшипников.

8. Конструирование подшипниковых узлов.

Основные положения темы

Подшипники качения состоят из деталей:

-наружного и внутреннего колец с дорожками качения;

-тел качения (роликов или шариков);

-сепараторов, разделяющих и направляющих тела качения.

Подшипниковые узлы, кроме самих подшипников, имеют корпусы с крышками, устройства для крепления колец подшипников, защитные и смазочные устройства.

Подшипники качения – группа деталей машин, которая наиболее широко стандартизована в международном масштабе и централизовано изготавливаемая в массовом производстве. Являются основными видами опор в машинах.

Достоинства по сравнению с подшипниками скольжения:

-меньшие моменты сил трения и теплообразование;

-большая несущая способность на единицу ширины подшипника;

-значительно меньшие требования по уходу и меньший расход смазочных материалов;

-меньшие требования к материалу и обработке валов.

Недостатки по сравнению с подшипниками скольжения.

-повышенные диаметральные размеры;

-высокие контактные напряжения и поэтому ограниченный срок службы при большом поле рассеивания;

-высокая стоимость при мелкосерийном производстве;

-меньшая способность демпфировать колебания.

Подшипники качения по форме тел качения разделяют на шариковые и роликовые. Роликовые в свою очередь на подшипники с цилиндрическими короткими и длинными роликами, свитыми роликами, коническими роликами, бочкообразными и игольчатыми роликами.

Шариковые подшипники в среднем более быстроходные. Роликовые подшипники в среднем имеют более высокую грузоподъемность.

По направлению действия воспринимаемых нагрузок подшипники делят на:

-радиальные;

-радиально – упорные;

-упорно – радиальные;

-упорные.

По признаку самоустанавливаемости

-самоустанавливающиеся – сферические;

-несамоустанавливающиеся – все шариковые и роликовые кроме сферических.

Условные обозначения подшипников качения.

Две первые цифры, считая справа, обозначают внутренний диаметр подшипников. Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм эти цифры соответствуют внутреннему диаметру, деленному на 5. Третья цифра справа совместно с седьмой обозначают серию подшипников всех диаметров кроме малых (до 9 мм): 1 – особо легкая серия (две серии), 2 – легкая; 3 – средняя; 4 – тяжелая; 5 – легкая широкая; 6 – средняя широкая и т.д.

Четвертая справа цифра обозначает тип подшипника:

радиальный шариковый однорядный	0
радиальный шариковый двухрядный сферический	1
радиальный с короткими цилиндрическими роликами	2
радиальный роликовый духрядный сферический	3
роликовый с длинными цилиндрическими роликами или иглами	4
роликовый с витыми роликами	5
радиально – упорный шариковый	6
роликовый – конический	7
упорный шариковый	8
упорный роликовый	9

Пятая или пятая и шестая справа цифры обозначают конструктивные особенности подшипников.

Причины выхода из строя и критерии расчета подшипников качения.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей. Перекатывание тел качения по кольцам связано с образованием на поверхностях контактирующих деталей знакопеременных напряжений, которые после определенного числа циклов нагружений приводят к образованию начинающихся от поверхности микротрещин. Эти микротрещины расклиниваются попадающей в них смазкой и приводят к выкрашиванию. Обычно выкрашивание начинается у большинства подшипников на внутренних кольцах а у сферических - на наружных.

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей является основным видом износа для подшипников, которые работают при значительных (номинальных) нагрузках в условиях хорошей изоляции от загрязнений.

Разрушение колец и тел качения. Наиболее часто происходит скалывание буртов у роликоподшипников, связанное с перекосом колец. При нормальной эксплуатации разрушение элементов подшипников не должно быть.

Износ колец и тел качения. Происходит при попадании в подшипниковый узел абразивного материала (пыли, загрязнений). Износ колец и тел качения уменьшается путем совершенствования уплотнений и смазки.

Образование вмятин на рабочих поверхностях. Происходит при больших динамических и статических нагрузках. Опасность образования вмятин на рабочих поверхностях наиболее вероятна для транспортных машин.

Разрушение сепараторов. Вызывается центробежными силами и воздействием на сепаратор тел качения (особенно для подшипников, работающих с осевой нагрузкой).

Внешними признаками выбраковки подшипников обычно являются: потеря точности вращения, повышенный шум, повышенное сопротивление вращению.

Подшипники рассчитываются по критерию статической грузоподъемности (на отсутствие вмятин) и по критерию выносливости.

Расчет на долговечность.

Между нагрузкой на подшипник и ресурсом – суммарным числом миллионов оборотов до появления признаков усталости существует экспериментальная зависимость:

,

где - для шариковых подшипников равен 3, для роликовых – 10/3;

- динамическая грузоподъмность – постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течении 10⁶ оборотов.

Определение приведенной нагрузки.

Приведенная радиальная нагрузка для радиальных шариковых и радиально – упорных шариковых и роликовых подшипников определяют по формуле:

,

где - радиальная нагрузка;

- осевая нагрузка;

- коэффициенты радиальной и осевой нагрузки;

- коэффициент вращения, равный 1,0 при вращении внутреннего кольца и 1,2 при вращении наружного кольца;

- коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагрузку;

- температурный коэффициент, вводимый только при повышении рабочей температуры свыше 100⁰ С.

Приведенная нагрузка для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами

.

Подбор подшипников.

По вычисленной приведенной нагрузке и расчетному ресурсу миллионов оборотов на основе исходной зависимости определяют требуемую динамическую нагрузку:

,

где - ресурс подшипника, час.

По динамической грузоподъемности, пользуясь каталогом, выбирают подшипник.