§ 9.7. ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Основные критерии работоспособности подшипника качесния – его динамическая и статическая грузоподъемность.
Метод подбора подшипников по динамической грузоподъемности применяют в случаях, когда частота вращения кольца п > 1 об/мин. При п = 1 10 об/мин в рачетах следует принимать п = 10 об/мин. Подбор подшипников по статической грузоподъемности здесь не рассматривается (см. 16 ).
Номинальная долговечность (ресурс) подшипника в миллионах оборотов
(9.1)
где С – динамическая грузоподъемность по каталогу; Р — эквивалентная нагрузка; р — показатель степени: для шарикоподшипников р = 3; для роликоподшипников р = 10/3.
Номинальная долговечность в часах
(9.2)
При расчетах следует строго следить за тем, чтобы в формулах С и Р были выражены в одних и тех же единицах.
Для однорядных и двухрядных сферических радиальных шарикоподшипников, однорядных ралиально-упорных шарико- и роликоподшипников, эквивалентная нагрузка
(9.3)
(9.4)
где V — коэффициент; при вращении внутреннего кольца V = 1, при вращении наружного - V = 1,2; Fr —радиальная нагрузка; Fa - осевая.
Значения X и Y см. в табл. 9.18 и табл. П4 приложения. Значения Кб - в табл. 9.19; значения Кт - в табл. 9.20.
Эквивалентная нагрузка для однорядных и двухрядных подшипников с короткими цилиндрическими роликами (без бортов на наружном или внутреннем кольцах)
(9.5)
Эквивалентная, нагрузка для упорных подшипников (шариковых и роликовых)
(9.6)
Для радиально-упорных шарикоподшипников с номинальным углом контакта = 15о и конических роликоподшипников коэффициенты радиальной (X)
181
9.18. Значения X и Y для подшипников
Радиальные однорядные и двухрядные
182
9.19. Значение коэффициента Кб
|
Нагрузка |
|
Кб |
|
Примеры использования |
|||
|
на подшипник |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|||||
Спокойная без толчков |
|
1,0 |
Ролики ленточных конвейеров |
|||||
Легкие толчки, |
кратковременные |
1,0-1,2 |
Прецизионные |
зубчатые |
передачи, ме- |
|||
перегрузки |
до |
125% |
номинальной |
|
таллорежущие |
станки (кроме строгаль- |
||
(расчетной) нагрузки |
|
|
ных и долбежных), блоки, электродвига- |
|||||
|
|
|
|
|
тели малой и средней мощности, легкие |
|||
|
|
|
|
|
вентиляторы и воздуходувки |
|||
Умеренные |
толчки, |
вибрационная |
1,3-1,5 |
Буксы рельсового подвижного состава, |
||||
нагрузка кратковременная перегруз- |
|
зубчатые передачи 7-й и 8-й степеней |
||||||
ка до 150% номинальной (расчет- |
|
точности, редукторы всех конструкций, |
||||||
ной) нагрузки |
|
|
|
винтовые конвейеры |
|
|||
То же, в условиях повышенной |
1,5-1,8 |
Центрифуги, мощные электрические ма- |
||||||
надежности |
|
|
|
|
шины, энергетическое оборудование |
|||
Нагрузки со значительными толчка- |
1,8-2,5 |
Зубчатые передачи 9-й степени точности, |
||||||
ми и вибрацией, кратковременные |
|
дробилки |
и |
копры, |
кривошипно- |
|||
перегрузки |
до |
200% |
номинальной |
|
шатунные механизмы, валки прокатных |
|||
(расчетной) нагрузки |
|
|
станов, мощные вентиляторы и эксгаусте- |
|||||
|
|
|
|
|
ры |
|
|
|
Нагрузки с сильными ударами, крат- |
2,5-3,0 |
Тяжелые ковочные машины, лесопильные |
||||||
ковременные перегрузки до 300% |
|
рамы, рабочие рольганги у крупносорт- |
||||||
номинальной (расчетной) нагрузки |
|
ных станов, блюмингов и слябингов |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9.20. Значение коэффициента Кт
Рабочая температура подшип- |
125 |
150 |
175 |
200 |
225 |
250 |
350 |
ника, СС |
|
|
|
|
|
|
|
Температурный |
1,05 |
1,10 |
1,15 |
1,25 |
1,35 |
1,40 |
1,45 |
коэффициент Кт |
|
|
|
|
|
|
|
и осевой (Y) нагрузки выбирают в зависимости от отношения Fa/VFr, коэффициента осевого нагружения e и угла контакта . Величины X и Y для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников с углом < 15о выбирают по величине отношения осевой нагрузки к его статической грузоподъемности: Fa/С0. При выборе Y следует применять линейную интерполяцию.
При подборе радиальных и радиально-упорных шарнкоподшипников, а также конических роликовых подшипников необходимо учитывать, что осевая нагрузка не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки до тех пор, пока значение Fa/VFr не превысит определенной величины е (значение е выбирают по таблицам или формулам).
183
Учитывая указанное выше, в формуле для определения эквивалентной нагрузки при Fa/VFr е следует принимать Y = 0.
Для шариковых радиально-упорных подшипников с углом контакта =12о величину е опрелеляют по формуле
(9.7.)
Для тех же подшипников с углом контакта = 15о
(9.8.)
Для подшипников с углами контакта < 18о величину е можно также определить из графика (рис. 9.49). При подборе двухрядных радиальноупориых шариковых или конических роликовых подшипников надо иметь в виду, что даже небольшие осевые усилия влияют на величину эквивалентной нагрузки.
Рис. 9.49. График для определения е в зависимости от Fr / C0 и
Следует учитывать, что при расчете динамической грузоподъемности и эквивалентной динамической нагрузки узла, состоящего из сдвоенных радиально-упорных подшипников,
установленных узкими или широкими торцами наружных колец друг к другу, пару одинаковых подшипников рассматривают как один двухрядный радиаль- но-упорный подшипник.
Сдвоенные радиально-упорные шариковые или конические роликовые подшипники при отношении Fa /Fr < е рассчитывают как двухрядные.
Если Fa/Fr > e, то в двухрядных подшипниках будет работать только один ряд тел качения, и величину динамической грузоподъемности следует принимать такой же, как для однорядного подшипника.
В радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальных нагрузок возникают осевые составляющие S, определяемые по формулам:
S = 0,83 eFr |
- для конических роликоподшипников, |
|
(9.9) |
S = eFr |
- для радиально-упорных шарикоподшипников. |
Осевые нагрузки, действующие на радиально-упорные конические подшипники, определяют с учетом схемы действия внешних усилий в зависимости от относительного расположения подшипников (рис. 9.50). Если раднально-
184
упорные подшипники установлены по концам вала враспор или врастяжку, то результирующие осевые нагрузки каждого подшипника определяют с учетом действия внешней осевой нагрузки (осевое усилие червяка, осевые усилия косозубых или конических зубчатых колес и пр.); должны быть учтены осевые составляющие от радикальных нагрузок, действующие на каждый подшипник.
Результирующие осевые нагрузки подшипников определяют по табл. 9.21. Ориентировочные рекомендации по выбору подшипников даны в табл.
9.22.
9.21. Формулы для расчета осевых нагрузок
№ п/п |
Условия нагружения |
Осевые нагрузки |
|
|
|
|
|
1. |
SI SII |
|
FaI = SI |
|
Fa 0 |
|
|
2. |
SI SII |
|
FaII = SI + Fa |
|
Fa SII - SI |
|
|
|
|
|
|
3. |
SI SII |
|
FaI = SII - Fa |
|
Fa SII - SI |
|
FaII = SII |
|
|
|
|
9.22. Рекомендации по выбору радиально-упорных шарикоподшипников
Отношение |
|
Конструктивное обозна- |
Осевая составляющая |
Примечание |
||
|
|
|
чение и угол контакта |
радиальной нагрузки S |
|
|
|
|
|
|
в долях от Fr |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,35 |
- 0,8 |
|
36 000; |
0,3 Fr |
Допустимо использование особо |
|
|
|
|
= 12о |
|
легкой и сверхлегкой серий |
|
0,81 |
- 1,2 |
|
46 000; |
0,6 Fr |
При весьма |
высоких скоростях |
|
|
|
= 26о |
|
легкая серия |
предпочтительнее |
Св. |
1,2 |
|
66 000; |
0,9 Fr |
Для высоких скоростей подшип- |
|
|
|
|
=36о |
|
ник с данным углом контакта не- |
|
|
|
|
|
|
пригоден |
|
|
|
|
|
|
||
Примечание. При |
применяют однорядные радиальные шариковые подшипники. |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
185
При определении осевых нагрузок двухрядных (сдвоенных) радиальноупорных подшипниках осевые составляющие S не учитывают.
В радиально-упорных подшипниках радиальные реакции считаются приложенными к валу в точках пересечения нормалей, проведенных к серединам контактных площадок. Расстояние а (см. рис. 9.17 и 9.20) между этой точкой и торцом подшипника для однорядных радиально-упорных шарикоподшипников
(9.10)
для однорядных роликовых конических подшипников
(9.11)
Если в двухрядных радиально-упорных подшипниках работают оба ряда тел качения, то считают, что радиальная реакция приложена посередине подшипника Если же работает только один ряд, то радиальные реакции, как и для одноряднных подшипников, смещаются на расстояние
(9.12)
для двухрядных конических роликоподшипников
Величины B, d, T, , e выбирают из таблиц приложения.
Подшипники, воспринимающие нагрузку в неподвижном состоянии или при п < 1 об/мин, подбирают по статической грузоподъемности С0 и по эквивалентной статической нагрузке Р0 так, чтобы Р0 С0. Для радиальлых и ради- ально-упорных шарико- и роликоподшипников Р0 определяют как наибольшее значение из двух формул:
(9.13)
Для радиальных роликоподшипников с короткими цилиндрическими ро-
ликами Р0 = Fr.
Значения коэффициентов Х0, Y0 даны в табл. 9.23.
Подшипники для переменных режимов работы подбирают по эвивалентной нагрузке и условной частоте враения. Если нагрузка меняется по линейному закону от Рmin до Р max (при постоянной частоте вращения), то эквивалентная нагрузка
(9.14)
186
9.23. Значения коэффициентов радиальной Х0 и осевой Y0 нагрузок
Тип подшипника |
Однорядные подшипники |
Двухрядные подшипники |
||
|
|
|
|
|
|
Х0 |
Y0 |
Х0 |
Y0 |
|
|
|
|
|
Шарикоподшипники радиальные |
0,6 |
0,5 |
0,6 |
0,5 |
|
|
|
|
|
Шарикоподшипники радиально-упорные с о |
|
|
|
|
: |
|
|
|
|
18 |
|
0,43 |
|
0,86 |
19 |
|
0,43 |
|
0,86 |
20 |
|
0,42 |
|
0,84 |
25 |
0,5 |
0,38 |
1 |
0,76 |
26 |
|
0,37 |
|
0,74 |
30 |
|
0,33 |
|
0,66 |
35 |
|
0,29 |
|
0,58 |
36 |
|
0,28 |
|
0,56 |
40 |
|
0,26 |
|
0,52 |
|
|
|
|
|
Шарикоподшипники самоустанавливающиеся |
0,5 |
0,22 ctg |
1 |
0,44 ctg |
и роликоподшипники самоустанавливающие- |
|
|
|
|
ся и конические |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Для пары одинаковых однорядных радиальво-упорных подшипников, установленных узкими или широкими торцами колец друг к другу, следует применять те же значения коэффициентов Х0 и Y0, что и для одного двухрядного. Для двух и более одинаковых однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, установленных последовательно (по схеме «тандем»), следует применять те же значения коэффициентов Х0 и Y0, что и для одного такого же подшипника.
Если нагрузка и частота вращения изменяются по более сложным законам, то эквивалентная нагрузка
(9.15)
где Р1, Р2, Р3 , … , Рп – постоянные нагрузки, действующие в течение L1, L2, L3, … , Lп, миллионов оборотов; L – общее число миллионов оборотов, в течение которого действуют указанные нагрузки.
Значения Lh , ч, даны в табл. 9.24, 9.25.
По ГОСТ 16162-85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов Lh = 10 000 ч, червячных Lh = 5000 ч.
Подбор подшипников шариковых и радиальных с цилиндрическими роликами при действии на них только радиальных нагрузок ведут в таком порядке:
а) выполняют эскизную компоновку узла и приближенно намечают расстояние между подшипниками;
б) определяют реакции опор; в) определяют эквивалентные нагрузки подшипников;
187
г) задавшись долговечностью Lh наиболее нагруженного подшипника, вычисляют по формуле (9.2) требуемую динамическую грузоподъемность его
С;
д) подбирают по диаметру посадочного места номер подшипника, начи-
188
9.24. Величина отношения С / Р для шариковых подшипников в зависимости от долговечности Lh и частоты вращения п
Долговечность |
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота вращения, об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Lh, ч |
|
10 |
25 |
63 |
100 |
160 |
200 |
320 |
|
400 |
500 |
630 |
800 |
1000 |
1250 |
1600 |
2000 |
2500 |
3200 |
2 000 |
|
1,06 |
1,45 |
1,96 |
2,29 |
2,67 |
2,88 |
3,36 |
|
3,63 |
3,91 |
4,23 |
4,56 |
4,93 |
5,32 |
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
3 200 |
|
1,24 |
1,68 |
2,29 |
2,67 |
3,11 |
3,36 |
3,91 |
|
4,23 |
4,56 |
4,93 |
5,32 |
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
4 000 |
|
1,34 |
1,82 |
2,47 |
2,88 |
3,36 |
3,63 |
4,23 |
|
4,56 |
4,93 |
5,32 |
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
5 000 |
|
1,45 |
1,96 |
2,67 |
3,11 |
3,63 |
3,91 |
4,56 |
|
4,93 |
5,32 |
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
6 300 |
|
1,56 |
2,12 |
2,88 |
3,36 |
3,91 |
4,23 |
4,93 |
|
5,32 |
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
8 000 |
|
1,68 |
2,29 |
3,11 |
3,63 |
4,23 |
4,56 |
5,32 |
|
5,75 |
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
10 000 |
|
1,82 |
2,47 |
3,36 |
3,91 |
4,56 |
4,93 |
5,75 |
|
6,20 |
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
12 500 |
|
1,96 |
2,67 |
3,63 |
4,23 |
4,93 |
5,32 |
6,20 |
|
6,70 |
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
16 000 |
|
2,12 |
2,88 |
3,91 |
4,56 |
5,32 |
5,75 |
6,70 |
|
7,23 |
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
14,5 |
20 000 |
|
2,29 |
3,11 |
4,23 |
4,93 |
5,75 |
6,20 |
7,23 |
|
7,81 |
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
14,5 |
15,6 |
25 000 |
|
2,47 |
3,36 |
4,56 |
5,32 |
6,20 |
6,70 |
7,81 |
|
8,43 |
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
14,5 |
15,6 |
16,8 |
32 000 |
|
2,67 |
3,63 |
4,93 |
5,75 |
6,70 |
7,23 |
8,43 |
|
9,11 |
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
14,5 |
15,6 |
16,8 |
18,2 |
40 000 |
|
2,88 |
3,91 |
5,32 |
6,20 |
7,23 |
7,81 |
9,11 |
|
9,83 |
10,6 |
11,5 |
12,4 |
13,4 |
14,5 |
15,6 |
16,8 |
18,2 |
19,6 |
|
9.25. Величина отношения С / Р для роликовых подшипников в зависимости от долговечности Lh и частоты вращения п |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Долговечность |
|
|
|
|
|
|
|
|
Частота вращения, об/мин |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Lh, ч |
|
10 |
25 |
63 |
100 |
160 |
200 |
320 |
|
400 |
500 |
630 |
800 |
1000 |
1250 |
1600 |
2000 |
2500 |
3200 |
2 000 |
|
1,05 |
1,39 |
1,83 |
2,11 |
2,42 |
2,59 |
2,97 |
|
3,19 |
3,42 |
3,66 |
3,92 |
4,20 |
4,50 |
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
3 200 |
|
1,21 |
1,60 |
2,11 |
2,42 |
2,78 |
2,97 |
3,42 |
|
3,66 |
3,92 |
4,20 |
4,50 |
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
4 000 |
|
1,30 |
1,71 |
2,26 |
2,59 |
2,97 |
3,19 |
3,66 |
|
3,92 |
4,20 |
4,50 |
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
5 000 |
|
1,39 |
1,83 |
2,42 |
2,78 |
3,19 |
3,42 |
3,92 |
|
4,20 |
4,50 |
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
6 300 |
|
1,49 |
1,97 |
2,59 |
2,97 |
3,42 |
3,66 |
4,20 |
|
4,50 |
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8 000 |
|
1,60 |
2,11 |
2,78 |
3,19 |
3,66 |
3,92 |
4,50 |
|
4,82 |
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
10 000 |
|
1,71 |
2,26 |
2,97 |
3,42 |
3,92 |
4,20 |
4,82 |
|
5,17 |
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
12 500 |
|
1,83 |
2,42 |
3,19 |
3,66 |
4,20 |
4,50 |
5,17 |
|
5,54 |
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
16 000 |
|
1,97 |
2,59 |
3,42 |
3,92 |
4,50 |
4,82 |
5,54 |
|
5,94 |
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
11,0 |
20 000 |
|
2,11 |
2,78 |
3,66 |
4,20 |
4,82 |
5,17 |
5,94 |
|
6,36 |
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
11,0 |
11,8 |
25 000 |
|
2,26 |
2,97 |
3,92 |
4,50 |
5,17 |
5,54 |
6,36 |
|
6,81 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
11,0 |
11,8 |
12,7 |
32 000 |
|
2,42 |
3,19 |
4,20 |
4,82 |
5,54 |
5,94 |
6,81 |
|
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
11,0 |
11,8 |
12,7 |
13,6 |
189
40 000 |
2,59 |
3,42 |
4,50 |
5,17 |
5,94 |
6,36 |
7,30 |
7,82 |
8,38 |
8,98 |
9,62 |
10,3 |
11,0 |
11,8 |
12,7 |
13,6 |
14,6 |
190