Sheynblit_kursovoe_proektirovanie_dm
.pdfЗАДАЧА 9
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ
Ц е Л ь: 1. Определить эквивалентную динамическую нагрузку
подшипников.
2.Проверить подшипники по динамической грузоподъ емности.
3.Определить расчетную долговечность подшипников.
Проверочный расчет предварительно выбранных в задаче 7 под шипников выполняется отдельно для быстроходного и тихоходного валов. Пригодность подшипников определяется сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности С , Н, с базовой С^, Н, или базовой долговечности L^^^, ч Lj^, млн. оборотов), с требу емой L^, ч, по условиям:
С^,<С или!^,, >!,.
Базовая динамическая грузоподъемность подшипника С, представ ляет собой постоянную радиальную нагрузку, которую подшипник может воспринять при базовой долговечности L^^^ составляющей 10 ^ оборотов внутреннего кольца. Значения С^ указаны в каталоге для каждого типоразмера подшипника (см. табл. К27...К30).
Требуемая долговечность подшипника £^ предусмотрена ГОСТ 16162—93 и составляет для червячных редукторов L^ >5000 ч; для зуб чатых L^> \0 000 ч. При определении L^ следует учесть срок служ бы (ресурс) проектируемого привода, рассчитанный в задаче 1, а так же рекомендуемые значения требуемой долговечности подшипни ков Lf^ различных машин (см. табл. 9.4).
Расчетная динамическая грузоподъемность С , Н, и базовая дол говечность ZjQ^^, ч, определяются по формулам:
'"/ |
Z |
10^ ( с |
\" |
|
•*|"23 |
|
|
где Rjr— эквивалентная динамическая нафузка, Н (см. 9.1); |
|||
т — показатель степени: m = 3 — для |
шариковых |
подшипников, |
|
т = 3,33 — для роликовых подшипников; |
|
а^ — коэффициент надежности. При безотказной работе подшип ников у= 90%, а^= 1;
^23 — коэффициент, учитывающий влияние качества подшипни ка и качества его эксплуатации; при обычных условиях работы под шипника ^23~0?7...0,8 —для шариковых подшипников; a^^=0,6...0J — для роликовых конических подшипников.
п — частота вращения внутреннего кольца подшипника соответ ствующего вала, об/мин. (см. табл. 2.5.).
140
|
Т а б л и ц а 9 . 1 . Определение эквивалентной нагрузки Я^ |
|
||||
|
|
R=ayR+YRJfC^K,* при |
^ >е; |
|
|
|
|
|
Л,=КЛЛЛ* при ^ |
<е |
|
|
|
|
|
Радиально-уиорные шарикоподшипники |
|
|||
Определяемая иелимина |
Обозначе |
Радиальные |
|
|
Конические ролико |
|
ние |
шарикоподшипники |
Угол контакта |
а, грла |
подшипники |
||
|
||||||
|
|
|
|
|||
|
|
12 |
26 |
|
36 |
Коэффициент |
радиальной |
X |
0,56 |
|
нагрузки |
|
|
|
|
Коэффициент |
осевой |
Y |
табл. 9.2 |
|
нагрузки |
|
|
|
|
Коэффициент |
влияния |
е |
табл.9.2 |
|
1 осевого |
нагружения |
|
|
|
Осевая |
составляющая |
л, |
|
|
радиальной нагрузки |
. - |
|||
подшипника, |
Н |
|
|
|
Осевая |
нагрузка |
к |
|
|
подшипника, |
Н |
К-^а |
0,45 |
0,41 |
0,37 |
0,4 |
|
1 |
1 |
1 |
1 |
|
табл. 9.3 |
0,87 |
0,66 |
табл. К29,К30 |
|
табл. 9.3 |
0,92 |
0,66 |
0,45 ctg |
а |
табл. 9.3 |
0,68 |
0,95 |
табл. К29, КЗО |
|
табл. 9.3 |
0,68 |
0,95 |
табл. К29, КЗО |
|
|
|
|
Я,=0,83е/?^,, |
|
|
|
|
Я=ОЯ^еЯ, |
|
|
|
|
л2 ' |
/"2 |
Я^ определяется отдельно для левого и правого подшипников вала |
|
|
по табл. 9.6 |
в зависимости от схемы их установки и соотношения |
|
СИ^ ^.Р ^.2' |
^а' |
1 |
|
|
|
|
Продолжение табл. 9.1 |
|
|
|
|
Радиально-упорные шарикоподшипники |
|
|
Определяемая ве;шчина |
Обозначе |
Радиальные |
Угол контакта а, град |
Конические ролико |
|
ние |
шарикоподшипники |
подшипники |
|||
|
|||||
|
|
|
36 |
|
|
Радиальная нагрузка подшипни |
|
R^- R — суммарная реакция подшипника (см. рис. 8.1...8.4) |
|
||
ка, Н |
|
|
|
|
|
Осевая сила в зацеплении, Н |
|
Выбирается по табл. 6.1 ддя определения коэффициентов е и /радиальных и радиально |
|||
|
|
упорных шарикоподшипников и осевой нагрузки R^ |
|
||
Статическая фузоподъемность, |
|
Выбирае^гся из табл. К27...К30 для определения коэффициентов е и /радиальных и ради |
|||
Н |
|
ально-упорных шарикоподшипников |
|
||
Коэффшдиент безопасности |
|
Определяется по табл. 9.4 в зависимости от характера нагрузки и вида машинного агрегата |
|||
Температурный коэффициент |
|
/Г, =]—выбирается по табл. 9.5 для рабочей температуры подшипника до 100°С |
|||
Коэффициент врашения |
|
К=1—при вращаюшемся внутреннем кольце подшипника |
|
П р и м е ч а н и я : 1. Выбор формулы цдя расчета эквивалентной нагрузки зависит от сравнения отношения R^/VR, с коэффищ1ентом е. 2. Значения коэффициентов X, У, е й числителе — для однорядных подшипников, в знаменателе для двухрядных (сдвоенных однорядных). 3. Угол конуса а для роликовых конических подшипников определяется по табл. К29, КЗО в зависимости от типоразмера.
* По стандарту нагрузки /?^, R^, R^ обозначены Р, Е^, /;.
9.1. Определение эквивалентной динамической нагрузки
Эквивалентная динамическая нагрузка /{^учитывает характер и направление действующих на подшипник нагрузок, условия рабо ты и зависит от типа подшипника. В общем случае формулы для определения эквивалентной динамической нагрузки R^ и величи ны, входящие в эти формулы, для однорядных радиальных шари коподшипников и одно-двухрядных радиально-упорных шарико- и роликоподшипников даны в табл. 9.1.
Порядок определения эквивалентной нагрузки R^ и расчета ди намической грузоподъемности С. и долговечности Zj^^ в зависимо сти от типа подшипника рассмотрен в пп. 1...3.
1. Порядок определения R^, С., 1,^^^ для радиальных шариковых однорядных подшипников, воспринимающих осевую нагрузку, см. рис. 9Л,а. В этом случае осевые составляющие радиальных нагру зок /?^.^= /?^^= О и осевую силу в зацеплении F^ воспринимает под шипник, ограничивающий осевое перемещение вала под действи ем этой силы и испытывающей осевое нагружение 7?^, равное этой силе (см. табл. 9.6). Расчет эквивалентной нагрузки Л^ выполняет ся только для подшипника с большей радиальной нагрузкой R^ (сум марной реакцией R см. рис. 8.1).
R |
|
а) Определить отношение -г^. |
|
б) Определить коэффициенты ewyuo |
отношению -т^. |
R |
^«^ |
в) По результату сопоставления 'у^^е |
выбрать соответствующую |
формулу и определить эквивалентную динамическую нафузку Л^, г) Рассчитать динамическую грузоподъемность С^ и долговеч
ность ZjQ^ подшипника.
Т а б л и ц а 9.2. Значения коэффициента е и Кдля радиальных однорядных шарикоподшипников
|
0,014 |
0,028 |
0,056 |
0,084 |
0,11 |
0,17 |
0,28 |
0,42 |
0,56 |
е |
0,19 |
0,22 |
0,26 |
0,28 |
0,30 |
0,34 |
0,38 |
0,42 |
0,44 |
У |
2,30 |
1,99 |
1,71 |
1,55 |
1,45 |
1,31 |
1,15 |
1,04 |
1,00 |
143
Рис. 9.1. Схемы нагружения подшипников:
а— радиальные шарикоподшипники, установленные врасиор; б, в — pojИlкoвыe конические и радиальноупорные шариковые подшипники, устаноаченные врасиор; г — роликовые конические подшипники,
установленные врастяжку
144
Т а б л и ц а 9.3. Значения коэффициентов е и Кдля радиально-упорных шарикоподшипников, а-\Т
0,014 |
0,029 |
0,057 |
0,086 |
0,1] |
0,17 |
0,29 |
0,43 |
0,57 |
0,30 |
0,34 |
0,37 |
0,41 |
0,45 |
0,48 |
0,52 |
0,54 |
0,54 |
1,81 |
1,62 |
1,46 |
1,34 |
1,22 |
1,13 |
1,04 |
1,01 |
1,00 |
2,08 |
1,84 |
1,60 |
1,52 |
1,39 |
1,30 |
1,20 |
1,16 |
1,16 |
П р и м е ч а н и я : 1. / — число рядов тел качения, / = 1 — для однорядных подшипников; / = 2 —для двухрядных (сдвоенных) подшипников. 2. Коэффиш1ент Y в числителе — для однорядных подшипников, в знаменателе — для двухрядных.З. /?^= F^ — осевая сила в заце1и1ении (см. табл. 9.1).
Та б л и ц а 9 . 4 . Значение коэффициента безопасности К,
итребуемой долговечности подшипников L^
Машина, оборудование и характер нагрузки |
к |
Кб |
Спокойная нафузка (без толчков): ленточные |
|
|
транспортеры, работающие под крышей при не- |
|
|
пыляшем грузе, блоки грузоподъемных машин |
(З...8)10з |
1...1,1 |
Легкие толчки. Кратковременные перегрузки |
|
|
до 125% от расчетной нагрузки: |
|
|
металлорежущие станки, элеваторы, внутри |
|
|
цеховые конвейеры, редукторы со шлифован |
|
|
ными зубьями, краны электрические, работа |
|
|
ющие в легком режиме, вентиляторы |
(8...12) 10^ |
1,1...1,2 |
машины для односменной работы, эксплуатиру |
|
|
емые не всегда с полной нагрузкой, стационар |
|
|
ные электродвигатели, редукторы |
(10...25) 10^ |
1,2...1,3 |
Умеренные толчки и вибрации. Кратковремен |
|
|
ные перефузки до 150% от расчетной нафузки: |
|
|
редукторы с фрезерованными зубьями 7-й сте |
|
|
пени точности, краны электрические, работа |
|
1,3...1,4 |
ющие в среднем режиме |
(20...30) 10^ |
|
шлифовальные, строгальные и долбежные |
|
|
станки, центрифуги и сепараторы, зубчатые |
|
|
приводы 8-й степени точности, винтовые кон |
|
1,5...1,7 |
вейеры, краны элекфические |
(40...50) 10^ |
|
Значительные толчки и вибрации. Кратко |
|
|
временные перефузки до 200% от расчетной на- |
|
|
фузки; ковочные машины, галтовочные бара |
|
1,7...2 |
баны, зубчатые приводы 9-й степени точности |
(60...100) 10^ |
145
2. Порадок определения R^, С^^, L^^^^ для радиально-упорных ша риковых и роликовых однорядных подшипников (см. рис. 9.1, б, в,
г).
Здесь каждый подшипник вала испытывает свою осевую нагруз ку y?^j, Л^2> зависящую от схемы установки подшипников и соотно шения осевой силы в зацеплении редукторной пары F^ (см. табл. 9.1) и осевых составляющих радиальных нагрузок в подшипниках ^sv ^si' (^^' табл. 9.6). Поэтому эквивалентная динамическая на грузка рассчитывается для каждого подшипника (R^^, R^), с целью определения наиболее нагруженной опоры.
а) Определить коэффициент влиянрш осевого нагружения е.
б) Определить осевые составляющие радиальной нафузки R^^, R^^. в) Определить осевые нафузки подшипников R^^, R^^.
г) Вычислить отношения /f^/K/?^j/и R^/VR^^.
д) По результатам сопоставлений R^/VR^^ ^ е, R^^/ VR^^ ^ е выб рать соответствующую формулу и определить эквивалентные дина мические нагрузки Л^, и R^.
е) Сравнив значения Л^, и /?^, определить более нафуженный подшипник.
ж) Рассчитать динамическую грузоподъемность С^ и долговеч ность L^^^^ по большему значению эквивалентной нафузки R^
з) Определить пригодность подшипников по условию С^ < С..
3. Порядок определения R^^ С^, 1,^^ для радиально-упорных ша риковых и роликовых двухрядных (сдвоенных однорядных) подшип ников фиксирующих опор, установленных по схеме 2 (см. рис. 10.18; А6, А10).
При расчете таких подшипников надо учитывать, что даже не большие осевые силы R влияют на значение эквивалентной на-
а
грузки R^.
При определении динамической грузоподъемности С^ и долго вечности LjQ/^ фиксирующей опоры, состоящей из сдвоенных ради ально-упорных подшипников, установленных по схемам враспор и врастяжку, пару одинаковых подшипников рассмафивают как один двухрядный радиально-упорный подшипник (/ = 2 — количество ря дов тел качения).
а) Вычислить отношение т^ где R^F^ — осевая сила в зацепле нии. '
б) Определить коэффициент влияния осевого нафужения е.
D
в) Проанализировать соотношение - ^ ^ ^ и выбрать соответ-
ствующую формулу для определения эквивалентной нагрузки R^
D
Если у^ < ^, то у сдвоенного подшипника работают оба ряда тел качения и 7?^ рассчитывают по характеристикам {X, Y) двухрядного
146
радиально-упорного подшипника. При этом считают, что ради альная нагрузка (реакция) R^ приложена посередине сдвоенного подшипника (см. 7.5, п. 7, рис. 10.18).
Базовая динамическая грузоподъемность С. сдвоенного подшип равна базовой динамической грузоподъемности однорядного подши ка, умноженной на 1,6 для шариковых и на /, 7 для роликовых подши ников.
Т а б л и ц а 9 . 5 . Значение температурного коэффициента К^
Рабочая температура подшипника "С, до |
100 |
125 |
150 |
175 |
200 |
225 |
250 |
^т |
1,0 |
1,05 |
1,1 |
1,15 |
1,25 |
1,35 |
1,4 |
Если yf^e, то у подшипника работает только один ряд тел
г
качения и У?^ рассчитывают по характеристикам {X, Y) однорядно го радиально-упорного подшипника. В этом случае точка прило жения реакции смещается на величину а\
^0,5(f+^d+D tga |
•для двухрядных радиально-упорных ша- |
||
|
ЗТ , |
d+D |
|
рикоподшипников (см. рис. А8); ^ = 0,5 . |
+. |
—г-е — для двухряд- |
ных конических роликоподшипников (см, рис. А6). Поэтому, прежде чем определить /?^, необходимо пересчитать реакции вала К^и R^uo фактическому расстоянию / между точками приложения реакций в фиксирующей и плавающей опорах (см. рис. 10.18):
I = L— а — 0,5В — при установке подшипников фиксирующей опоры враспор;
/=1+ а— 0,5В — при установке врастяжку.
г) Определить эквивалентную динамическую нагрузку R^
д) Рассчитать динамическую грузоподъемность С^ и долговеч ность I,Q^^ двухрядного радиально-упорного подшипника.
е) Определить пригодность сдвоенных радиально-упорных под шипников фиксирующей опоры по условию С^<С^.
9.2. Определение пригодности подшипников
Если в результате расчетов выдержано условие С^ < С^ и, как следствие 1,^^^ > 1^^, то предварительно выбранные подшипники в задаче 7 пригодны для конструирования подшипниковых узлов (см. 10.4). Невыполнение этих условий практически встречается в двух случаях:
147
|
|
|
Т а б л и ц а |
9.6. Определение осевой ширузки R^ |
|
|
|
Схема нагружения подшипников |
Соотношение сил |
Осевая нагрузка |
|
'^Ш |
|
J^aZ |
^02 |
"а; |
|
\lin |
FQ ^ |
ffraj |
\ffri |
F>0 |
|
|
|
Радиальных шариковых, установленных враспор (см. рис. 9.1,в)
Радиально-упорных шариковых и роликовых, установленных: |
^ e l - ^ 5 P |
|||
F>0 |
||||
|
|
|
||
fa |
[Ягг |
. Fg Яп\ |
K2=K^^Fa> |
|
|
«И |
|
|
|
вр'аспор (см. рис. 9.\,б,в) |
|
|
|
J^J^ |
"S2 |
^a2-^sV |
врастяжку (см. рис. 9.1,г) |
|
|
|
|
П р и м е ч а н и я : 1. Цифрой 2 обозначен подшипник, воспринимающий осевую сипу f^ в зацеплении. 2. Наклон контактных линий в радиалыю-упорных подшипниках (см. рис. 9.1, б—г) 1фиводит к тому, что сумм1фные реакции в опорах подшипников (см. рис. 8.1...8,4) Я^ и Л,» приложенные к телам качения л, вызывают появление в них раоиалыолх HaipysoK /{,,, Л^2 и их осевых ооставпяюших Я^^^, Я^^^ котсфые С1ремятся разавинугь колыла подшипников в осевом направлении. Этому прешпсгвуют буртики вала и корпуса с соответствующими реакциями (осевыми нахрузками) Я^, и Я^^, величина которых зависит от ооотношения осевой силы в зацеплении f^ и суммгфных осевых составляющих Я^^ и /?,,. На рассматриваемых рисунках и схемах суммарные рациалыою нагрузки /{,,, Я^^ и их осевые составлякшше Л^,, Я^^ 1фиведены к оси вала. В р|щиалы1ых подшипниках осевые составляющие Я^^ и Я^^ не возникают. 3. Уравнения для отфсделения осевых нагрузок Я^ составлены из условий равновесия системы сил /[,, Я^,, Я^^ относигелыю оси вала.
1. Расчетная динамическая грузоподъемность больше базовой
(С^ > CJ. В этом случае рекомендуется увеличить базовую динами ческую грузоподъемность:
а) переходом из легкой в среднюю или тяжелую серию данного типа подшипника, не изменяя диаметра 2-й и 4-й ступени {d^, d^ под подшипники;
б) переходом из данного типа подшипника в другой, более гру зоподъемный (например, вместо шариковых принять роликовые подшипники);
в) увеличением диаметра 2-й и 4-й ступеней {{d^, d^ под под шипники. При этом надо учесть, что эта мера приведет к измене нию размеров других ступеней вала (см. 10.2).
2. Расчетная динамическая грузоподъемность много меньше базо вой {С^р'^С^ ) . В этом случае базовую динамическую грузоподъем ность уменьшают;
а) переходом из средней серии в легкую или особо легкую серию данного типа подшипника;
б) переходом из данного типа подшипника в другой, менее гру зоподъемный (например, вместо радиально-упорных шариковых принять радиальные шариковые).
Диаметры d^ и d^ ступеней под подшипники уменьшать ни в к случае не следует, так как они определены из расчета на прочност
Такие случаи в большинстве имеют место для тихоходных валов редукторов. При этом расчетная динамическая грузоподъемность будет много меньше базовой (С <^ С./
Предлагаемые рекомендации не исчерпывают возможных вари антов получения удовлетворяюш[их значений С^ и зависят от конк ретных условий нагружения подшипников (см. примеры).
9.3.Схема нагружения подпшпников
1.После окончательного подбора типоразмера подшипников быстроходного и тихоходного валов и выполнения проверочного расчета валов на прочность (см. 11.3) составляют схему нагружения подшипников (см. табл. 9.6), которую помешкают в расчетную схе му вала (см. задачу 8). На схеме подшипников указывают направ ление и величину осевых R^ и R^ и радиальных R^ нагрузок каждого подшипника, осевую силу в зацеплении F^, угол контакта а (для радиально-упорных подшипников) и типоразмер подшипника. Примеры схем нагружения при различных установках и типоразме рах подшипников даны на рис. 8.1...8.4.
2.Табличный ответ к задаче 9.
В таблицу включают данные о предварительно принятых и окон чательно выбранных в результате проверочного расчета подшипни ков быстроходного и тихоходного валов. При этом размеры под-
149