5.2. Матеріали деталей підшипників

Кільця і тіла кочення виготовляють в основному із високо вуглецевих хромистих сталей ШХ4, ШХ9, ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15СГ, ШХ15СГ-В, ШХ15СГ-Ш, ШХ20СГ, 15Г1, 18ХГТ, 20Х2М4А, 20НМ, 95Х18-Ш та ін. При робочій температурі до 100⁰С ролики та кільця повинні мати твердість 60÷65 HRC_e, а кульки – 62÷66 HRC_e.

Сепаратори піддаються інтенсивному спрацюванню через тертя ковзання з тілами кочення і кільцями. Тому їх виготовляють із антифрикційних матеріалів, а для масових підшипників їх штампують з м’якої вуглецевої сталі (наприклад, зі сталі Ст0 після відпалу), яка має добрі антифрикційні властивості. Сепаратори швидкісних підшипників виготовляють масивними із текстоліту, фторопласту, бронзи (матеріали тут перераховані за порядком збільшення швидкохідності підшипника).

5.3. Рекомендації по вибору підшипників

Під час вибору підшипників для різних умов експлуатації потрібно враховувати величину та напрямки навантажень, умови експлуатації, частоту обертання одного або двох кілець, потрібну довговічність, рабочу температуру, специфічні вимоги до вузла, які визначає конструкція машини.

Таблиця 5.1

Тип під-шипника

Кон- струк- ція

Придатність підшипників

Лише Fr

Лише Fa

Fr Fa

Висока n, хв.-1

Жорст-кість

Ком- пен- сація перекосів валів

Фік-сований

Пла-ваючий

кулькові ра-диальні

●

■

■

●

■

◊

■

■

кулькові ра-диальні сферичні

●

◊

◊

●

◊

●

■

■

роликові радиаль- ні з корот- кими роликами

одно-рядні

●

◊

◊

●

■

◊

◊

●

дворядні

●

◊

◊

●

●

◊

◊

●

роликові радиаль- ні зі сфе- ричними роликами

●

■

●

■

●

●

■

■

роликові радиаль- ні з довгими циліндрич- ними або голчасти- ми роликами

●

◊

◊

■

●

◊

◊

●

Продовження табл. 5.1

кулькові радиаль- но – упорні	Одно- рядні		■	■	●	●	■	▲	●		◊
	здвоє- ні		■	■	●	■	■	◊	●		■
роликові радиаль- но – упорні з конічними роликами			■	■	●	■	■	▲	●		◊
кулькові упорні (упорно- радиаль- ні)	однорядні	◊		●	◊	■	■	◊	●	◊
	здвоєні зі сферичними пікладними кільцями	◊		●	◊	■	■	■	■	◊
роликові упорні з цилінд-ричними роликами		◊		●	◊	■	■	◊	■		◊
Роликові упорно-радиальні зі сферичними роликами		◊		●	■	■	●	●	■		◊

Рекомендується використовувати, в першу чергу, кулькові підшипники, які мають найменші енергетичні втрати у порівнянні з роликовими. Скрізь де це можливо потрібно застосовувати підшипники нормального класу точності 0. З метою підвищення компактності вузлів і зменшення маси вузла та маси машини вцілому не потрібно завищувати довговічність підшипників.

Можливість ефективного застосування підшипників стан-дартних конструкцій у певних умовах експлуатації зазначено в таблиці 6.1.

Умовні позначення: ●– добре; ■– задовільно; ▲ - погано;

◊ - не придатно.

Обмежуючим фактором є температура, яка залежить від тертя у підшипнику і можливості тепловідводу. Зміна режиму і мащення в окремих випадках дозволяє дещо підвищити граничну частоту обертання.

Одним із важливих умов роботи підшипника є вибір мастильного матеріалу і способу мащення. Для мащення підшипників кочення застосовують в основному два види мастильних матеріалів: рідкі мастильні мастила і пластичні матеріали.

Під час вибору мастил для підшипникового вузла потрібно враховувати наступні фактори:

• розміри підшипника і швидкість його обертання. Чім вище колова швидкість, тим менша повинна бути в’язкість рідкого мастила;

• робочу температуру вузла. Для підшипників, які працюють при низьких температурах (нижче 0⁰), потрібно вибирати мастила з точкою застигання на 15-20⁰С нижче робочої температури і з мінімальною в’язкістю. Для підшипників, які працюють при 70-80⁰С, масла повинні мати високу в’язкість. Якщо підшипникі працюють при температурі вище ніж 70-80⁰С, потрібно застосовувати мастила з найбільшою в’язкістю.

Найбільш розповсюджені в підшипникових вузлах системи подачі мастила: масляна ванна, фітіль, розбризгування, конічні насадки, гвинтові канавки, маслянки, розпилення.

Підшипниковий вузол повинен забезпечувати сприйняття радіальних і огсьових навантажень і виключати осьові зміщення валу, які порушують нормальну роботу спряжених деталей, а також зубчастих і черв’ячних передач.

Тип підшипникових кочення для редукторів і коробок швидкостей вибирається за наступними рекомендаціями:

• для опор валів з циліндричними прямозубими і у деяких випадках косозубими колесами з кутом нахилу лінії зуба менше 10⁰ застосовуються зазвичай кулькові радиальні підшипники. Ці підшипники мають невисоку вартість, прості та надійні в експлуатації. У більшості випадків для опор валів із косозубими колесами застосовують радиально- упорні підшипники (кулькові або роликові);

• підшипники роликові конічні радиально-упорні застосовуються у редукторах частіше за інші. Дані підшипники є менш дорогими, за допускаємими навантаженнями вони переважають над радиально-упорними підшипниками у 1,7 разів, мають високу жорсткість. Дані підшипники найбіль часто використовують у силових передачах для опор валів конічних і черв’ячних передач. Але за умови частоти обертання валу понад 1500 хв^-1 та при малих потужностях привода ( до 1 кВт) замість роликових конічних слід використовувати кулькові радиально-упорні підшипники.

Для опор плавающих валов шевронных передач применяются в основном радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами.

Внутренний (посадочный) диаметр подшипника выбирается в соответствии с проектировочным расчетом диаметра вала. При этом рекомендуется применять для эскизного проекта соответственно подшипники легкой или средней серии, если их диаметр (по ГОСТ) принят больше или меньше расчетного диаметра вала, причем применение подшипников легкой серии требует их скорейшей проверки на долговечность.

Конструкции подшипниковых узлов должны исключать заклинивание тел качения подшипников из-за температурной деформации вала, погрешностей изготовления и монтажа или действия осевой нагрузки. В связи с этим наибольшее распространение получили два способа фиксирования подшипников в зависимости от отношения расстояния между ними к посадочному диаметру.

При первом способе осевое фиксирование вала выполняется в каждой из опор лишь в одном направлении (во встречном либо в противоположном). Такая схема установки подшипников наиболее проста и широко применяется при относительно коротких валах с некоторыми различиями в зависимости от их типа.

Для консольно расположенного вала-шестерни конической передачи предпочтительна установка подшипников как более жесткой из-за большей величины опорной базы, т.к. при установке подшипников по схеме при одинаковом расстоянии между опорами деформации возрастают в 2...3 раза.

В конструкциях при сравнительно длинных валах, когда соотношение превышает указанные выше, а также при установке валов в подшипниках, размещенных в разных корпусах, применяется второй способ установки подшипников, при котором осевое фиксирование вала обеспечивается в одной из опор, а другую опору выполняют «плавающей» (скользящей). При этом фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях и воспринимает радиальную и осевую нагрузки. Плавающая опора не ограничивает осевых перемещений вала относительно расточки под наружное кольцо подшипника или относительно него и может воспринимать только радиальную нагрузку, вследствие чего здесь применяются только радиальные подшипники (шариковые или роликовые).

Такая схема установки подшипников используется в коробках скоростей и редукторах при прямозубых цилиндрических передачах.

При необходимости применения радиально-упорных подшипников они образуют фиксирующую опору, будучи сдвоенными и установленными по схеме «X» или «О». Эти схемы установки подшипников обеспечивают более высокую жесткость вала и используются прежде всего для установки валов конических и червячных передач, требующих точной осевой фиксации.

Подшипниковый узел должен обеспечивать восприятие радиальных и осевых нагрузок и исключать осевое смещение вала, нарушающее нормальную работу сопряженных деталей, а также зубчатых и червячных передач.

Тип подшипников качения для редукторов и коробок скоростей выбирается по следующим рекомендациям.

Для опор валов с цилиндрическими прямозубыми и в некоторых случаях косозубыми колесами с углом наклона линии зуба < 10° применяются обычно шариковые радиальные подшипники. Эти подшипники имеют невысокую стоимость, просты и надежны в эксплуатации. В большинстве случаев для опор валов с косозубыми колесами применяются радиально-упорные подшипники (шариковые или роликовые).

Подшипники роликовые конические радиально-упорные применяются в редукторах чаще остальных. Являясь менее дорогими, они по допускаемым нагрузкам превосходят шариковые радиально-упорные подшипники в 1,7 раза и обладают более высокой осевой жесткостью. Эти подшипники наиболее часто применяются в силовых передачах для опор валов конических и червячных передач. По тем же соображениям эти подшипники применяются и для опор вала-шестерни конической передачи. Однако при частоте вращения вала > 1500 мин-1 и прежде всего при малых мощностях привода (до 1-го кВт) вместо роликовых конических следует применять шариковые радиально-упорные подшипники.

С целью уменьшения потерь на трение, а также из-за действия значительных осевых сил в качестве подшипников для опор вала червяка предпочтение следует отдавать радиально-упорным подшипникам с большим углом контакта (>20°).

Для опор плавающих валов шевронных передач применяются в основном радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами.

Внутренний (посадочный) диаметр подшипника выбирается в соответствии с проектировочным расчетом диаметра вала. При этом рекомендуется применять для эскизного проекта соответственно подшипники легкой или средней серии, если их диаметр (по ГОСТ) принят больше или меньше расчетного диаметра вала, причем применение подшипников легкой серии требует их скорейшей проверки на долговечность.

Конструкции подшипниковых узлов должны исключать заклинивание тел качения подшипников из-за температурной деформации вала, погрешностей изготовления и монтажа или действия осевой нагрузки. В связи с этим наибольшее распространение получили два способа фиксирования подшипников в зависимости от отношения расстояния между ними к посадочному диаметру.

При первом способе осевое фиксирование вала выполняется в каждой из опор лишь в одном направлении (во встречном либо в противоположном). Такая схема установки подшипников наиболее проста и широко применяется при относительно коротких валах с некоторыми различиями в зависимости от их типа.

Для консольно расположенного вала-шестерни конической передачи предпочтительна установка подшипников как более жесткой из-за большей величины опорной базы, т.к. при установке подшипников по схеме при одинаковом расстоянии между опорами деформации возрастают в 2...3 раза.

В конструкциях при сравнительно длинных валах, когда соотношение превышает указанные выше, а также при установке валов в подшипниках, размещенных в разных корпусах, применяется второй способ установки подшипников, при котором осевое фиксирование вала обеспечивается в одной из опор, а другую опору выполняют «плавающей» (скользящей). При этом фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях и воспринимает радиальную и осевую нагрузки. Плавающая опора не ограничивает осевых перемещений вала относительно расточки под наружное кольцо подшипника или относительно него и может воспринимать только радиальную нагрузку, вследствие чего здесь применяются только радиальные подшипники (шариковые или роликовые).

Такая схема установки подшипников используется в коробках скоростей и редукторах при прямозубых цилиндрических передачах.

При необходимости применения радиально-упорных подшипников они образуют фиксирующую опору, будучи сдвоенными и установленными по схеме «X» или «О». Эти схемы установки подшипников обеспечивают более высокую жесткость вала и используются прежде всего для установки валов конических и червячных передач, требующих точной осевой фиксации.