Выбор подшипников качения

Тип подшипников качения выбирается с учетом: величины и направления нагрузки, характера нагрузки (постоянная, переменная, ударная), частоты вращения “n”, требуемого срока службы в часах h, конструктивных особенностей механизма, условий работы.

Для каждого типоразмера подшипника в таблицах ГОСТов приводится коэффициент работоспособности С, который определяется экспериментально в зависимости от приведенной нагрузки Q, числа часов работы h и частоты вращения “n” кольца подшипника.

Выбор радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников ведется по диаметру валика d (мм) и расчетному коэффициенту работоспособности С. Последний определяется при R₁>R₂ и A₁>(S₁-S₂) для более нагруженного подшипника 1 по формуле

C₁=[R₁K_k+m(A₁-S₁+S₂)]K_б·Km(n·h)^0,3 (1)

где R₁ и R₂ – радиальные нагрузки на подшипники 1 и 2 валика, да Н; A₁ – осевая нагрузка на подшипник 1, да Н; S₁=1,3R₁·tgβ и S₂=1,3R₂·tgβ – осевые составляющие от радиальных нагрузок, да Н. При A₁<(S₁-S₂) в формуле (1) знаки перед А₁, S₁ и S₂ изменяются на обратные. Значения угла контакта β выбираются из таблиц ГОСТов в зависимости от типа подшипника. Для шарикоподшипников радиальных однорядных принимают коэффициент приведения осевой нагрузки к радиальной m=1,5. Для шарикоподшипников радиально-упорных, когда R/A>2, принимают: при β=12⁰ (тип 36000) m=1,5; при β=26⁰ (тип 46000) m=0,7; при β=36⁰ (тип 66000) m=0,5. Эти значения коэффициента m при R/A=2 увеличивают на 15%, при R/A=1 – на 25%. Для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников принимают m=1, когда R/A>5. Если вращается внутреннее кольцо подшипника, то коэффициент кольца k_k=1. Если вращается наружное кольцо, то k_k=1,35. Коэффициент динамичности нагрузки k_б=1 при нагрузке без толчков; k_б=1,1…1,2 при нагрузке с легкими толчками и кратковременными перегрузками до 125% от расчетной нагрузки; k_б=1,3…1,5 при умеренных толчках, вибрации и кратковременных перегрузках до 150%; k_б=1,6…2,5 при значительных толчках, вибрации и перегрузках до 200%. Температурный коэффициент k_т=1 при температуре ниже 100⁰С k_т=1,1 при 150⁰С; n – частота вращения; h=3000…10000 – число часов работы подшипника. Значения (n·h)^0,3 обычно находят из таблиц.

При отсутствии осевых нагрузок на опоры применяются шарикоподшипники радиальные. В этих случаях β=0 и в формуле (1) S₁=0 и S₂=0, А=0. Иногда радиальные шарикоподшипники применяются в опорах, на которые действуют небольшие осевые нагрузки (A<0,15R).

Для упорных подшипников расчетное значение С определяется по формуле

C=Q(n·h)^0,3=AK_бK_т(n·h)^0,3

Из каталога или справочника выбирается подшипник с требуемым диаметром отверстия под валик d (мм), со значением С, близким к расчетному, и записывается в спецификацию деталей в соответствии с условным обозначением по ГОСТу. При этом следует иметь в виду, что при одинаковом размере d подшипники разных серий имеют разные значения С и размеры D и b.

Моменты трения шарикоподшипников

Для приближенного определения моментов трения M_тр(gaН·см) стандартных радиальных однорядных шарикоподшипников используют формулы:

при действии только радиальной нагрузки R(gaН):

M_тр=0,5(0,06d+0,0012R)d;

при действии радиальной R и осевой F_a нагрузок (gaН)

M_тр=0,001(R+eF_a)d

где d – диаметр вала, см; m – коэффициент приведения осевой нагрузки к радиальной.

Направляющие дл прямолинейного движения

Направляющими называются устройства, обеспечивающие с определенной точностью прямолинейное движение подвижного звена (ползуны, каретки и т.д.).

Различают направляющие с трением скольжения, с трением качения и с упругими элементами. Конструктивно первые два вида направляющих выполняются с силовым замыканием – открытые и с геометрическим замыканием – закрытые. При этом направляющая может охватывать ползун или, наоборот, ползун может охватывать направляющую. Направляющие с трением качения выполняются с роликами и шариками. По форме рабочих поверхностей различают цилиндрические и призматические направляющие.

Плавность и легкость движения ползуна (каретки) в направляющих зависит от сил трения. Силы трения зависят от коэффициента трения f и нормального давления на рабочих поверхностях. В открытых направляющих силы трения меньше, чем в закрытых. Наибольшее трение в направляющих типа «ласточкин хвост». В направляющих с трением качения силы трения в 10…15 раз меньше, чем в направляющих с трением скольжения.

Для уменьшения сил трения и предотвращения заклинивания (самоторможения) ползуна в направляющих необходимо соблюдать определенную зависимость между силами, приложенными к ползуну, коэффициентом трения и размерами ползуна и направляющих.

Рассмотрим направляющие и ползун для случая когда движущая сила направлена под углом давления γ к оси симметрии направляющих и точке приложения ее к ползуну находится за пределами направляющих.

Из системы уравнений равновесия ползуна при υ=const:

Pcosγ-Q-F₁-F₂=0 ΣX=0

Psinγ-N₁+N₂=0 ΣY=0

(L+h)Psinγ-LN₁=0 ΣM=0

определяем опорные реакции: N₁=(L+h)Psinγ/L

N₂=hPsinγ/L

cилы трения: F₁=N₁f=(L+h)Pfsinγ/L F₂=N₂f=hPfsinγ/L

движущую силу: P=

и критический угол давления, при котором P=∞

Расчет рабочих поверхностей направляющих и ползуна ведется на ограничение удельного давления p=N/S≤[p], здесь N – нормальное давление на поверхности соприкосновения ползуна с направляющей; S – площадь этой поверхности: [p] – допускаемое удельное давление.

Для ползуна с направляющей выбирается пара таких материалов, которые при высокой1 износостойкости имеют малый коэффициент трения скольжения f. Материалом для направляющих обычно служат стали 40, 50 или 48А, а для ползуна – бронзы Бр0ЦС10-2, Бр0Ф10-1, латунь ЛС 59-1, текстолит ПТК.

При проектировании направляющих для уменьшения сил трения и износа направляющих целесообразно: уменьшать отношение h/L, располагать точки приложения движущих сл и сил сопротивления как можно ближе к оси симметрии направляющих и выбирать угол давления γ по возможности меньше.

Соединения. Неразъемные соединения

Неразъемными называются соединения, которые нельзя разобрать без разрушения скрепленных элементов. Они осуществляются силами физико-химического сцепления (сваркой, пайкой и склеиванием) и механически средствами (клепкой, запрессовкой, развальцовкой, гибкой, заформовкой).

Сварные соединения

Весьма широкое применение имеют неразъемные соединения, выполненные электромеханической (контактной) и электрической (дуговой) сваркой, а так же газовой (ацетиленокислородной) сваркой.

Электромеханическая (контактная) сварка может осуществляться несколькими способами: точечная контактная (для соединения листов, полос и пакетов листов общей толщиной до 30…35 мм); шовная роликовая (для выполнения непрерывных и прерывистых швов при соединении деталей толщиной до 4 мм).

Расчет соединений, выполненных контактной точечной, шовной сваркой, обычно производится на срез по площади контакта. Такие соединения, как правило, не несут больших нагрузок, так как применяются для деталей малой толщины.

Электрическая (дуговая) сварка осуществляется методом плавления кромок свариваемых элементов и металлического стержня-электрода посредством электрической дуги. Для скрепления сильно окисляющихся металлов и сплавов (алюминия, магния, титана), а так же нержавеющих и жаропрочных сталей применяется аргонодуговая сварка, выполняемая горелками, позволяющими окружать зону дуги инертным газом аргоном.

Для скрепления деталей из пластмасс и разнородных материалов используется ультразвуковая сварка.