1136
.pdf
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех форм обучения
механических специальностей и направлений
Омск ● 2013
Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования «Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия (СибАДИ)»
Кафедра «Механика»
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
Методические указания к выполнению лабораторной работы
для студентов всех форм обучения механических специальностей и направлений
Составитель В.Н. Никитин
Омск
СибАДИ
2013
УДК 621.822.6 ББК 34.445.3
Рецензент канд. техн. наук, доц. В.И. Лиошенко
Работа одобрена научно-методическими советами по направлениям 141100, 190100, 190109, 190600 в качестве методических указаний к выполнению лабораторной работы для студентов всех форм обучения механических специальностей и направлений.
Изучение конструкций подшипников качения: Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов всех форм обучения механических специальностей и направлений / сост. В.Н. Никитин. – Омск:
СибАДИ, 2013. – 17 с.
В методических указаниях приведено содержание и методика выполнения лабораторной работы по дисциплине «Детали машин и основы конструирования». Даны общие сведения об основных типах подшипников качения и системе их условных обозначений. Приведена последовательность выполнения работы и форма отчёта.
© ФГБОУ ВПО «СибАДИ», 2013
1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
1.1.Изучить конструкции основных типов подшипников качения.
1.2.Изучить систему условных обозначений подшипников
качения.
1.3.Привести характеристику предложенных к изучению натурных подшипников (тип, серии по диаметру и ширине, класс точности, характер воспринимаемой нагрузки, динамическая грузоподъёмность).
2. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ
2.1. Конструкция подшипников качения
Подшипники качения - это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.
Подшипник качения (рис. 1) состоит из наружного и внутреннего колец, тел качения и сепаратора, разделяющего и направляющего тела качения в процессе вращения. Как правило, наружное кольцо устанавливается в корпусе и является неподвижным, а внутреннее кольцо вращается вместе с валом. В некоторых подшипниках качения для уменьшения диаметральных габаритов отсутствует одно или оба кольца. В этом случае тела качения катятся непосредственно по канавкам вала или корпуса.
Корпус |
B |
|
|
Вал |
|
D |
d |
Сепаратор Внутреннее кольцо
Тело качения Наружное кольцо
Рис. 1. Схема подшипника качения
3
Основные размеры подшипника качения - наружный диаметр D, внутренний диаметр d и ширина B.
Подшипники качение разделяют по форме тел качения на шариковые и роликовые. Роликоподшипники, в свою очередь, в зависимости от формы роликов бывают с цилиндрическими (короткими, длинными и витыми), бочкообразными и коническими роликами.
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки различают:
а) радиальные подшипники качения, предназначенные для восприятия радиальной нагрузки, действующей перпендикулярно оси вращения подшипника (некоторые типы могут воспринимать и сравнительно небольшую осевую нагрузку);
б) упорные, воспринимающие только осевые нагрузки, действующие вдоль оси вращения подшипника;
в) радиально-упорные, воспринимающие комбинированную нагрузку, одновременно действующую на подшипник в радиальном и осевом направлениях;
г) упорно-радиальные, предназначенные для восприятия осевой нагрузки, но способные воспринимать одновременно и некоторую радиальную нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения таких подшипников.
Все подшипники строго стандартизированы. Существует 10 основных типов подшипников качения.
Тип 0 - Шариковые радиальные |
|
||
подшипники. |
Преобладающее |
применение |
|
находят однорядные шариковые радиаль- |
|
||
ные подшипники (рис. 2). Подшипники |
|
||
этого типа могут воспринимать не только |
Fa |
||
радиальную |
, но и осевую |
нагрузку, |
|
действующую в обоих направлениях вдоль |
Fr |
||
оси вала и не превышающую 70% |
|||
неиспользованной допустимой радиальной |
|
||
нагрузки. Могут работать при небольших |
|
||
перекосах колец (до 0,250). Рекомендуются |
Рис. 2. Шарикоподшипник |
||
для жёстких |
двухопорных валов, прогиб |
радиальный однорядный |
|
которых не нарушает нормальной работы подшипников.
4
Тип 1 - Радиальные шариковые |
|
|||||||
сферические подшипники (рис. 3). |
|
|||||||
Такие |
|
подшипники |
в |
основном |
2- 3 |
|||
предназначены |
для |
восприятия |
||||||
радиальной нагрузки, но могут |
Fa |
|||||||
одновременно |
воспринимать |
и |
||||||
двустороннюю осевую нагрузку (до |
Fr |
|||||||
20% |
величины |
неиспользованной |
|
|||||
допустимой радиальной). Подшипник |
Рис. 3. Радиальный шариковый |
|||||||
этого |
типа имеет |
два |
ряда |
шариков, |
||||
расположенных в шахматном порядке, |
двухрядный сферический |
|||||||
подшипник |
||||||||
дорожка |
качения |
наружного |
кольца |
|
||||
выполнена по сферической поверхности, описанной из центра |
||||||||
подшипника, что обеспечивает подшипнику самоустанавливаемость. |
||||||||
Допускает значительный перекос колец (до 2…30) и поэтому |
||||||||
применяется для нежестких валов с большими прогибами и в тех |
||||||||
случаях, когда нет гарантии в точной соосности посадочных мест |
||||||||
подшипников, например при установке подшипников данного вала в |
||||||||
отдельных корпусах. |
|
|
|
|
|
|||
Тип 2 - Роликоподшипники ради- |
|
||||
альные |
с |
короткими |
цилиндрическими |
|
|
роликами (рис.4). Предназначены для |
|
||||
восприятия только радиальной нагрузки. По |
|
||||
сравнению с равногабаритными радиаль- |
|
||||
ными однорядными шарикоподшипниками |
|
||||
типа 0 обладают значительно большей |
Fr |
||||
радиальной грузоподъемностью (в среднем |
|||||
до 1,7 раза), однако допускают меньшую |
|
||||
частоту вращения. Подшипники с цилинд- |
Рис. 4. Роликоподшипник |
||||
рическими роликами очень чувствительны |
радиальный с короткими |
||||
к перекосам внутренних колец относи- |
цилиндрическими |
||||
тельно наружных, так как при этом |
роликами |
||||
возникает |
концентрация |
напряжений |
у |
|
|
краев ролика. Поскольку рассматриваемые подшипники не допускают |
|||||
перекоса колец, их применяют для жестких коротких валов. |
|||||
Применяются в опорах редукторов с шевронными колёсами, в |
|||||
барабанах лебедок, в шпинделях металлорежущих станков. |
|||||
5
Тип 3 - Роликовые радиальные |
|
||||||
сферические подшипники (рис. 5). Такие |
|
||||||
подшипники предназначены для вос- |
|
||||||
приятия радиальных нагрузок, но могут |
|
||||||
одновременно |
воспринимать |
|
до |
25% |
Fa |
||
величины |
неиспользованной |
допустимой |
Fr |
||||
радиальной нагрузки. Эти подшипники |
|||||||
обладают |
значительно |
более |
высокой |
|
|||
грузоподъемностью, чем равногабаритные |
Рис. 5. Радиальный |
||||||
сферические шарикоподшипники типа 1. |
двухрядный сферический |
||||||
подшипник имеет два ряда бочкообразных |
подшипник |
||||||
роликов. Дорожка качения на наружном |
|
||||||
кольце обработана по сфере, описанной из центра подшипника, что |
|||||||
обеспечивает |
самоустанавливаемость |
подшипника и возможность |
|||||
работать при значительных перекосах колец (до 2- ). Такие подшипники устанавливают на тяжелонагруженных валах, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок, а также в узлах, где нет возможности обеспечить строгую соосность посадочных мест (например, при установке подшипников в отдельных корпусах).
Тип 4 - Подшипники роликовые |
|
||||
игольчатые (рис. 6). Подшипники такого |
|
||||
типа предназначены для восприятия только |
|
||||
радиальных нагрузок. Они обладают |
|
||||
относительно меньшими |
диаметральными |
|
|||
габаритами в радиальном направлении по |
|
||||
сравнению с подшипниками других типов |
Fr |
||||
при одинаковой с ними грузоподъем- |
|||||
ностью. При необходимости предельно |
|
||||
уменьшить |
радиальные |
габариты |
узла |
Рис. 6. Роликовый |
|
применяют подшипники без внутреннего |
|||||
игольчатый подшипник |
|||||
кольца и даже без обоих колец. |
|||||
|
|||||
Игольчатые подшипники не допускают перекоса внутреннего кольца |
|||||
(или вала при его отсутствии) относительно наружного кольца. Такие |
|||||
6
подшипники применяют в опорах с ограниченными в диаметральном направлении размерами. Для подачи смазки к иглам на наружном кольце предусмотрены отверстия.
Тип 5 - Подшипники роликовые с |
|
||
витыми роликами (рис. 7). Ролики такого |
|
||
подшипника цилиндрические, пустотелые, |
|
||
свиты из стальной ленты. Рассматриваемые |
|
||
подшипники приме-няют при ударных |
|
||
нагрузках, |
которые |
смягчаются |
|
податливостью |
роликов. |
Менее |
Fr |
чувствительны |
к перекосу колец за счет |
||
упругой деформации роликов, допускают |
|
перекос до . Обычно применяются в |
Рис. 7. Роликовый |
менее точных узлах, допускают только |
подшипник с витыми |
радиальную нагрузку. |
роликами |
Тип 6 - Радиально-упорные шариковые подшипники (рис. 8). Такие подшипники предназначены для восприятия совместно действующих радиальной и односторонней осевой нагрузки. Их способность воспринимать осевую нагрузку определяется величиной угла
контакта 
представляющего собой угол между плоскостью центров шариков и прямой, проходя щей через центр шарика и точку касания шарика с дорожкой качения. С увеличением угла контакта осевая грузоподъемность возрастает вследствие уменьшения радиальной. Стандарт предусматривает углы контакта
α
Fa
Fr
Рис. 8. Радиальноупорный шариковый подшипник
, 
, 
.
Один из бортов наружного кольца срезан почти полностью, что позволяет закладывать в такой подшипник на 45% больше шариков того же диаметра, чем в обычный радиальный шариковый подшипник, а следовательно, повысить его грузоподъемность. Радиально-упорные шарикоподшипники выполняют неразъемными (их сборку и разборку осуществляют с нагревом наружного кольца) и
7
разъемными со съемным наружным кольцом. В последнем случае при монтаже подшипникового узла требуется регулировка осевого зазора подшипника.
Применяются в ступицах передних колёс автомобиля, в редукторах, в шпинделях высокоскоростных станков.
Тип 7 - Роликовые конические подшипники (рис. 9) предназначены для восприятия одновременно действующих радиальной и односторонней осевой нагрузок. Способность к восприятию осевой нагрузки определяется углом конусности α наружного кольца. С увеличением угла конусности осевая грузоподъемность возрастает за счет уменьшения радиальной. Стандарт предусматривает углы α в пределах
α |
Fa |
Fr |
Рис. 9. Роликовый конический |
подшипник |
от до 
. Рассматриваемый подшипник не допускает перекоса колец, поэтому рекомендуется применять на жёстких двухопорных валах.
Применяются в редукторах, коробках переменных передач, колёсах и задних мостах автомобилей и тракторов. При монтаже подшипникового узла необходима регулировка осевого зазора.
Тип 8 - Упорные или упорно-радиальные шариковые |
|||||
подшипники. Наибольшее применение в машиностроении находят |
|||||
упорные |
|
шарикоподшипники. |
Fa |
||
Схема |
упорного |
одинарного |
|
||
шарикоподшипника приведена |
на |
|
|||
рис. 10. Здесь Н - высота подшип- |
H |
||||
ника. |
|
шарикоподшипники |
|||
Упорные |
|
||||
предназначены |
для |
восприятия |
d |
||
только осевых нагрузок, чаще |
|||||
применяются |
для |
вертикально |
D |
||
расположенных валов. |
При необ- |
||||
|
|
|
|
8 |
Рис. 10. Шарикоподшипник |
|
|
|
|
|
упорный одинарный |
ходимости передавать осевую наг-рузку в обоих направлениях применяют двойные упорные шарикоподшипники.
Упорные шарикоподшипники допускают значительно меньшую частоту вращения по сравнению с другими типами шарикоподшипников, так как дорожки качения их могут воспринимать лишь небольшие центробежные нагрузки, возникающие при движении шариков. Перекос колец не допускается.
Что касается упорно-радиальных шариковых подшипников, то они наряду с основной осевой нагрузкой могут воспринимать некоторую радиальную нагрузку.
Тип 9 - Упорные или упорно- |
Fa |
|||||
радиальные |
роликовые |
подшипники. |
||||
Среди подшипников этого типа наи- |
Fr |
|||||
большее применение находят упорно- |
|
|||||
радиальные |
роликовые |
|
подшипники |
H |
||
(рис. 11). Такие подшипники предназ- |
||||||
начены для восприятия тяжелой одно- |
|
|||||
сторонней осевой нагрузки |
и ради- |
|
||||
альной |
нагрузки |
, не |
превышающей |
Рис. 11. Упорно-радиальный |
||
15% |
неиспользованной |
|
допустимой |
роликовый подшипник |
||
осевой |
нагрузки |
при |
одновременном |
|
||
действии обеих нагрузок. Так как контакт роликов и дорожек качения |
||||||
происходит по сферическим поверхностям, кольца могут |
||||||
самоустанавливаться относительно друг друга, что позволяет |
||||||
подшипнику работать при некотором перекосе колец. |
||||||
Упорные роликовые подшипники, в отличие от радиально- |
||||||
упорных, могут воспринимать только осевые нагрузки. |
||||||
2.2 Система условных обозначений подшипников качения (по ГОСТ 3189-89)
Условное обозначение подшипника наносят чаще всего на торец кольца.
Полное условное обозначение включает в себя основное условное обозначение, состоящее из 7 цифр и дополнительных знаков, которые располагаются справа и слева от основного условного обозначения. Дополнительные знаки справа начинаются с
9