5.1.3.Расчет подшипников

Подшипники применяют, как правило однорядные радиальные шарико- и роликоподшипники легкой и средней серии. Радиально-упорные подшипники применяют для одной из опор.

Основными причинами выбраковки подшипников являются: усталостное выкрашивание на рабочих поверхностях деталей; истирание основных деталей до величины, препятствующей дельнейшей работе подшипника; чрезмерное смятие рабочих поверхностей; задиры и изломы. Общепринятый метод расчета, по которому производится выбор подшипников, основан на учете усталостного износа и отчасти на учете смятия рабочих поверхностей. Истирание и задиры могут быть исключены за счет эффективного уплотнения и надлежащей смазки. Таким образом, имеет два вида расчета подшипников качения: на долговечность и статическое нагружение. Первый является основным для подшипников, вращающихся под нагрузкой ; второй - для подшипников воспринимающих внешнюю нагрузку без относительного вращения колец. Например, в условиях статического нагружения работают подшипники ступиц зубчатых колес постоянного зацепления вторичного вала КП.

Для выбора типа и размеров подшипника необходимо знать следующее:

1. Величину и направление, действующей нагрузки (радиальная, осевая, комбинированная);

2. Характер нагрузки (постоянная, переменная, ударная);

3. Частоту вращения вращающегося кольца подшипника;

4. Необходимая долговечность (желаемый срок службы в часах);

5. Требования, предъявляемые к подшипнику конструкцией узла и окружающей среды;

6. Приемлемая стоимость подшипника.

6.Выбор подшипников и расчет их на долговечность.

Выбор подшипников рекомендуется проводить в следующем порядке:

1. Определяются по расчетной схеме вала фактические нагрузки на подшипник: радиальные и осевые;

2. Выбирается тип подшипника, исходя из условий его работы и конструктивных требований узла;

3. Определяют частоту вращения подшипника n и выбирают его долговечность h по условиям работы узла, Затем рассчитывают величину  или определяют ее по таблице в справочниках, например, [6] стр. 375 табл. 4.

4. Проводят выбор по справочникам ГОСТ 18855-82 коэффициентов К_м; К₆ ;К_т и др.

5. Определяют приведенную нагрузку F_пр, при приложении которой к подшипнику долговечность его та же, что. и в реальный условиях работы в подшипниковом узле.

6. Рассчитывают требуемый коэффициент работоспособности по формуле

С=F_пр(nh)^0,3,

7. По найденному коэффициенту работоспособности С и таблицам ГОСТа устанавливают окончательные размеры выбранного подшипника.

6.1.Расчет подшипников на долговечность.

Подшипники трансмиссии работают при переменной частоте вращения, которая зависит не только от изменения частоты вращения двигателя, но и от

номера включенной передачи, а также при переменных нагрузках, которые зависят от величины крутящего момента развиваемого двигателем, номера включенной передачи и вала, на котором они находятся. Все это необходимо учесть при расчете подшипников на долговечность.

При определении радиальных и осевых нагрузок, действующих на подшипники (опоры) в качестве передаваемого крутящего момента ранее бралось максимальное значение крутящего момента двигателя. При расчете подшипников на долговечность необходимо принимать так называемый расчетный крутящие момент равный

= 76,56 Н*м

где а - коэффициент использования крутящего момента, который зависит от ряда факторов, в том числе и от удельной мощности автомобиля. Для уменьшения объема расчетной работы примем его равным единице.

Как отмечалось выше, на подшипники действуют не статические силы, а динамические, а также ряд факторов, которые необходимо учесть при расчете (например, фактор безопасности, температурный и др.)

где   - эквивалентная приведенная динамическая нагрузка; К_б - коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических нагрузок

1. Определение 

где К_д1 = 1,2 для заднего подшипника вторичного вала; К_д2=1... 1,2 для остальных подшипников. К_т - коэффициент температуры, учитывающий влияние теплового режима работы подшипников на долговечность. Так как Т не превышает 100°С, то К_т = 1. К_м - коэффициент материала, учитывающий влияние поверхностной твердости деталей, выполняющих роль беговых дорожек. Если подшипник имеет наружное и внутреннее кольца, то К_м = 1. Если отсутствуют одно или оба кольца, то   при   60...65и  =1,36...1,2 при НКС₃ 57...60.

Эквивалентная динамическая нагрузка учитывает тип подшипника, схему их установки и нагружения.

Агрегат трансмиссии	Кол-во зубчатых колес на валу, работающих одновременно	при включенной ступени КП
		Низшей или соседней с ней	промежуточный	Высшей или соседней с ней
Коробка передач	1	1,1	1,15…1,25	1,3
	2	1,15	1,20…1,30	1,4

2.Для радиальных и радиально-упорных подшипников эквивалентная нагрузка на j-ой передаче определяется по формуле:

 при 

Где X и Y –коэффициенты радиальной и осевой нагрузок: e – параметр осевого нагружения (их значения приводятся в ГОСТ 18855-22);

Подшипник	X	Y	e
1	0	2,3	0,19
2	0	1,71	0,26
3	1	1,45	0,30
4	0	1,31	0,34

V- коэффициент вращения, V = 1,2:   и - соответственно радиальная и осевая нагрузки, действующие на опоры рассчитываемых валов. В зависимости от включенной передачи с учетом ранее принятого обозначения можно написать  и 

Передача ( j )	При	При
1	7,13	3,104	0*1,2*3,104+2,3*7,13	16,399	7,13/(2,3*3,104)=0,99>0,19
2	2,99	1,299	0*1,2*1,299+1,71*2,99	5,112	2,99/(1,71*1,299)=1,34>0,26
3	1,23	0,556	1*1,2*0,556+1,45*1,23	2,450	1,23/(1,45*0,556)=1,52>0,30
4	0,594	0,282	0*1,2*0,282+1,31*0,594	0,778	0,594/(1,31*0,282)=1,60>0,34

Передача ( j )	При	При
1	7,13	13,72	0*1,2*13,72+2,3*7,13	16,399	7,13/(2,3*13,72)=0,225>0,19
2	2,99	5,80	0*1,2*5,80+1,71*2,99	5,112	2,99/(1,71*5,80)=0,30>0,26
3	1,23	2,62	1*1,2*2,62+1,45*1,23	4,927	1,23/(1,45*2,62)=0,32>0,30
4	0,594	1,20	0*1,2*0,594+1,31*0,594	0,778	0,594/(1,31*1,20)=0,37>0,34

Так как подшипники работают при включении различных передач в определенное время, то необходимо рассчитать приведенную эквивалентную нагрузку , учитывающую это обстоятельство. Она равна:

Где  - эквивалентная частота вращения на j-ой передаче;   ;

m - показатель степени, для шарикоподшипников m = 3;  - продолжительность работы в долях общего срока службы соответствующие величин равны относительному пробегу автомобиля на различных передачах %:

 - для легкового автомобиля с 4-х ступенчатой КП

Тогда:

Средняя скорость автомобиля :

где   - коэффициент , учитывающий условия эксплуатации. Для средних условий (0,6);  - максимальная скорость автомобиля, км/ч.

Тогда расчетная скорость автомобиля на j-ой передаче

3.Соответственно расчетная частота вращения входного (первичного) вала

определяется как:

Соответственно считаем :

У выходного (вторичного) вала частот вращения будет переменной и зависеть от номера включенной передачи. Соответственно эквивалентная частота вращения на j-ой передаче определяется как отношение частоты вращения вала на j-ой передаче к частоте вращения на превалирующей передаче. Тогда

4.Приведенная нагрузка:

При этом частота вращения первичного вала остается постоянной, независимо от включенной передачи, а для выходного вала он изменяется, поэтому рассчитываем эквивалентную частоту вращения :

243183

5.Количество работы на каждой из передач составит:

При задаваемом ресурсе работы   для среднего класса легковых автомобилей.

Так как при работе на прямой передаче нагрузка, действующая на подшипники мало и мы приняли допущение , что она равна нулю , то общее число часов работы каждого вала будет равняться сумме часов работы на каждой из передач , кроме прямой.

6.Требуемый коэффициент работоспособности на первичном и на вторичном валах :

C = 25,68* (2628*7913)^0,3 = 4027 C = 25,68* (608*7913)^0,3 = 2595

C = 26,85 * (2628*19055)^0,3 = 5480 C = 26,85 * (1010*19055)^0,3 = 4113

C = 51,72* (2628*57894)^0,3 = 14734 C = 51,72* (1663*57894)^0,3 = 12844

C = 66,84 * (2628*131894)^0,3 = 24377 C = 66,84 * (2737*131894)^0,3 = 24676