Определение моментов трения в подшипниках качения в зависимости от режимов смазки

Цель работы

Экспериментально определить условный момент трения и условный коэффициент трения в подшипниках качения и их зависимость от нагрузки и наличия смазки в опорах качения.

В результате выполнения работы студент:

• должен знать:

- причины потерь в подшипниках качения и факторы, определяющие их величину;

- методику измерения условного момента трения на лабораторной установке;

устройство и особенности работы лабораторной установки;

• должен уметь:

- обоснованно назначить режимы работы опор качения в процессе проектирования.

Краткие теоретические сведения

Общее сопротивление вращению в подшипниках качения является комплексной величиной, слагающейся из большого количества компонентов: потерь на упругую деформацию контактирующих тел, трения между телами качения, кольцами и сепаратором, сопротивления смазочного слоя и т.д. Причем абсолютные величины указанных потерь, в свою очередь, зависят от параметров нагрузки на подшипник, температурного режима, качества изготовления подшипника, сорта смазки и т.д. Поэтому расчетное определение момента трения в подшипниках весьма сложно, носит приближенный характер и требует, как правило, экспериментального подтверждения.

Интегральную величину сопротивления вращению принято записывать в виде момента трения, приведенного к внутреннему диаметру подшипника.

Под такой условный коэффициент трения скольжения, который имел бы место, если подшипник качения заменить подшипником скольжения с таким же сопротивлением вращению.

Величина для некоторых подшипников качения, работающих при средних допустимых нагрузках, приведена в табл. 1.

Таблица 1

Тип подшипника
Шариковый радиальный	0,0015…0,0020
Шариковый радиально-упорный	0,0020…0,0025
Шариковый упорный	0,0025…0,0035
Роликовый радиально-упорный	0,0035…0,0050
Игольчатый	0,0050…0,0100

Приведенный коэффициент трения позволяет сравнить подшипники качения и подшипники скольжения (рис. 1,а) в условиях пуска при умеренных скоростях вращения потери на трение шарикового и роликового подшипников ниже потерь в эквивалентном радиальном подшипнике скольжения. С увеличением окружной скорости сопротивление в подшипнике качения увеличиваются гораздо быстрее, чем в хорошо спроектированном радиальном подшипнике скольжения, т.к. в этом случае резко возрастают динамические явления, связанные, в первую очередь, с качеством изготовления подшипников: отклонениями геометрической формы тел качения и колец, зазорами, шероховатостью контактирующих поверхностей и т.д.

Экспериментально установлено, что с увеличением нагрузки на подшипник (в пределах допустимых норм) приведенный коэффициент трения несколько снижается (рис. 1,б).

Рис. 1. Зависимость приведенного коэффициента трения:

а) от угловой скорости ; б) от нагрузки F.

Устройство и работа лабораторной установки

Принцип работы установки для замера момента трения в подшипниках качения основан на методе уравновешивания момента трения дополнительным моментом от внешних сил, по величине которого и определяют момент трения в подшипнике.

Кинематическая схема установки ДМ-23М приведена на рис. 2.

Конструкция позволяет создать замкнутую систему сил, т.е. усилие, создаваемое винтовым нагрузочным устройством 3, установленным в корпусе головки, через внутреннее подшипнике 2 передается на вал шпинделя 1 и нагружает наружные подшипники 12, размещенные в корпусе головки 6. Поэтому усилие на винтовом нагрузочном устройстве не создает дополнительную консольную нагрузку на вал шпинделя 1, а замыкается на корпусе головки.

Уровень масла в головке можно изменять с помощью смазывающего устройства 9, закрепленного на корпусе установки.

Для измерения температуры масла предусмотрен термометр 8.

На валу шпинделя 1 установлена съемная головка 6, в которой размещены испытываемые подшипники - внутренние 2 и наружные 12. Наружные кольца подшипников 12 установлены в корпусе головки. Наружные кольца подшипников 2 размещены в обойме 7, соединенной через динамометрическую скобу 5 с винтовым нагрузочным устройством 3.

Величину нагрузки на подшипники определяют по показаниям стрелочного индикатора 4, тарировочный график которого закреплен на корпусе установки.

Рис. 2. Схема установки ДМ-23М.

Привод шпинделя состоит из электродвигателя 13, установленного на качающейся платформе, и ременной передачи 15 с натяжным устройством 14. Шкивы различного диаметра позволяют менять передаточное отношение ременной передачи.

Возникающий в подшипниках головки момент трения стремится увлечь во вращение наружные кольца подшипников и соединенный с ними корпус головки. Закрепленный на корпусе маятник с грузом 10 отклоняется на некоторый угол, величина которого пропорциональна суммарному моменту трения в подшипниках Т_с­. Шкала 11 протарирована в Нм и позволяет непосредственно определить величину суммарного момента тренияТ­_с. Разделив Т_с на число подшипников в головке, получим момент трения одного подшипника.

Конструкция испытываемой головки представлена на рис. 3. На валу шпинделя 9 установлена съемная головка 12, в которой размещены четыре радиальных шарикоподшипника 10 № 208 по ГОСТ 8338-75, момент трения в которых необходимо определить. Внутренние кольца всех подшипников насажены на промежуточную втулку, установленную на вал шпинделя и фиксируемую шариковым фиксатором 6. Внешние кольца наружных подшипников установлены в головке 12, а внутренних подшипников - в обойме 11. Винт 1 нагрузочного устройства шарнирно воздействует на внутренние подшипники через динамометрическую скобу 2 и обойму 11. Уровень масла в головке контролируют через смотровое окно 5, температуру масла - термометром 3, закрепленным на головке винтом 4. Полость головки соединена с масленой ванной шлангом 7. Головка уравновешена грузом 8.

Рис. 3 Конструкция испытываемой головки.