DM_1 / Деталі машин КЛ [Стадник В. А

(менша площадка контакту), а в точці з угнутою (більша площадка контакту). Зміну напружень в точці А внутрішнього кільця при його обертанні і в точці В нерухомого зовнішнього кільця показано на рис. 17.9, б.

Порівняємо число циклів зміни напружень в точках А і В кілець підшипника у випадку обертання зовнішнього кільця при нерухомому внутрішньому кільці і у випадку обертання внутрішнього кільця при нерухомому зовнішньому кільці. Колову швидкість центра О тіла кочення

(сепаратора) при нерухомому внутрішньому кільці позначимо VCA , при нерухомому зовнішньому - VCB . В першому випадку тіло кочення утягує в рух зовнішнє кільце (за рахунок сил тертя) (рис. 17.10, а), в другому випадку – внутрішнє кільце (рис. 17.10, б).

Рис. 17.10. Плани швидкостей тіл кочення: а – при ωA =0; б – при ωB =0

Умовно приймаємо, що кутові швидкості ωA і ωB в обох випадках однакові і рівні ω .

Тоді колові швидкості зовнішнього кільця в точці В і центра тіла кочення в точці О рівні відповідно:

Колові швидкості зовнішнього кільця в точці А і центра тіла кочення О

зовнішньому кільці, тобто N A > N B . Але σHA > σHB .

Таким чином, можна зробити висновок, що втомне руйнування наступить раніше на робочих доріжках внутрішнього кільця, якби воно було нерухомим. Це явище враховується при розрахунку підшипників коефіцієнтом обертання кільця V . При нерухомому зовнішньому кільці V =1, а при нерухомому внутрішньому кільці V =1,2.

17.3. Особливості навантаження і роботи радіальних і радіально-

упорних кулькових підшипників

Зовнішнє кільце кулькового радіального підшипника має "замкнуту" доріжку кочення, тому у готовому вигляді підшипник є нерозбірним вузлом. Для забезпечення вільного кочення кульок, між ними і кільцями повинен бути передбачений радіальний зазор в залежності від класу точності.

Ці конструктивні особливості дозволяють використати радіальний кульковий підшипник при дії на нього не тільки радіального навантаження Fr ,

але і осьового Fa . При сумісній дії радіального Fr і осьового Fa навантажень радіальний кульковий підшипник працює як радіально-упорний внаслідок відносного осьового зміщення кілець, при якому в залежності від ступеня

411

навантаження підшипника в осьовому напрямі відбувається часткова або повна вибірка радіального зазору між кульками і кільцями.

При навантаженні радіального кулькового підшипника радіальною силою (рис. 17.11, а) в зоні навантаження кути α контакту кульок з доріжками кочення

Рис. 17.11. Схеми навантаження радіального і радіально-упорного кулькових підшипників:

а– радіальною силою радіального підшипника;

б– радіальною і осьовою силою радіального підшипника;

в– радіально-упорного підшипника радіальною силою. дорівнюють нулю. Однак радіальний зазор між кульками і кільцями в зоні навантаження вибирається нерівномірно внаслідок нерівномірності розподілу радіального навантаження на кульки. Тому повне виключення відносно "осьової гри" кілець неможливе і, отже, вважать кут контакту рівним нулю можна тільки умовно.

При дії на підшипник радіального Fr і осьового Fa навантажень (рис. 17.11. б) радіальний зазор вибирається по всьому колу доріжок кочення більш рівномірно внаслідок відносного осьового зміщення кілець. В результаті кульки контактують з доріжками кочення під деяким кутом α , причому зі збільшенням осьового навантаження Fa ступінь рівномірності вибірки

412

радіального зазору збільшується. Вирівнюванню вибірки зазору по колах доріжок кочення перешкоджає сила Fr , напрям і абсолютна величина якої у кожному конкретному випадку цілком визначені.

Таким чином кут контакту α залежить від відношення Fa Fr , що прийнято в стандартній методиці розрахунку характеризувати так званим параметром e осьового навантаження.

Радіально-упорні підшипники, в тому числі кулькові, це розбірні вузли, так як доріжки кочення одного із кілець (частіше зовнішнього) переходять в конічний скіс і кільце завдяки цьому є знімним. Перевага такої конструкції полягає в тому, що він не тільки сприймає осьове і радіальне навантаження, але і забезпечує добре центрування вала в опорах завдяки відсутності радіального зазору, якщо знімне кільце підшипника установлено в опорі без зазору і натягу.

В залежності від осьового навантаження Fa (або відношення Fa Fr )

радіально-упорні підшипники також характеризуються параметром осьового навантаження e , але при розрахунку під дією осьових навантажень вважають, що кульки контактують з доріжкою кочення знімного кільця під кутом α , а з повним профілем доріжки кочення іншого кільця під кутом рівним нулю. В результаті навіть при дії на кульковий підшипник тільки радіального навантаження з'являється власна осьова складова (рис. 17.11, в),

яка залежить від типу тіл кочення (кульки або ролики), кута контакту α , радіального навантаження і ступеня регулювання підшипників.

При великих зазорах все навантаження сприймає одна кулька, що несприятливо впливає на роботу підшипника і приводить до зменшення його довговічності. При нульовому зазорі в підшипнику під радіальним навантаженням знаходиться приблизно половина всіх кульок. При зборці підшипників з попереднім натягом радіальне навантаження сприймають більше половини загального числа кульок. В цьому випадку визначення осьової

413

складової FS зводиться до рішення складно статичної невизначеної задачі, для чого потрібно знати характеристики жорсткості кілець і тіл кочення, а тому розрахунок підшипників з попереднім натягом стандартною методикою не передбачений.

При дії на підшипник одночасно радіального і осьового зовнішнього навантаження загальне осьове навантаження в підшипнику завжди перевищує

власну осьову складову FS .

17.4. Визначення осьових складових сил FS та розташування точки

прикладання сил Fr і FS для практичних розрахунків

Нами було показано, що радіальне навантаження Fr , прикладене до радіально-упорних підшипників спричиняє появу осьових складових сил FS ,

направлених від вершини конуса (рис. 17.12). Значення цих сил залежить від типу підшипника (кульковий, роликовий), кутів нахилу контактних ліній,

значень радіальних навантажень Fr , а також від того, як відрегульовані підшипники. Із рис. 17.12 видно, що значення повинне бути таким, щоб рівнодіюча F була направлена по нормалі до лінії контакту, тобто

FS = Fr × tgα . Однак ця залежність справедлива, якщо підшипники зібрані з

414

Рис. 17.12. До визначення сили FS і точки прикладання сил Fr і FS .

великим зазором. В цьому випадку все навантаження сприймає тільки одна кулька (або дві) або ролик. Умови роботи підшипників при великих зазорах, як було показано раніше, украй несприятливі. Звичайно підшипники регулюють так, щоб "осьова гра" при усталеному температурному режимі була близька до нуля (нормальний радіальний зазор). В цьому випадку при дії на підшипник радіальної сили під навантаженням знаходиться приблизно половина тіл

415

Пояснюється це тим, що до деяких границь, рівних коефіцієнту e , додаткове осьове навантаження не погіршує умови роботи підшипника. Воно зменшує радіальний зазор у підшипнику і вирівнює розподіл навантаження (в тому числі радіального) між тілами кочення, не зменшуючи довговічність підшипника.

Навантаження Fr і FS прикладені в точці перетину осі вала з нормаллю до середини лінії контакту зовнішнього кільця і тіла кочення. Ця точка може бути визначена графічно або по відстані a (рис. 17.12) від торця зовнішнього кільця підшипника: для конічних роликових підшипників

де T - монтажна висота конічного роликового підшипника; для кулькових радіально-упорних підшипників

Значення T , B , d , D і α приводяться в каталогах.

Відстань a враховується при складанні розрахункової схеми вала для визначення відстані між опорами вала.

17.5. Монтаж, змащування та ущільнення підшипників кочення

Для забезпечення сталого положення валів та деталей, розташованих на них, а також для можливості сприймання опорою осьових навантажень, підшипники повинні бути відповідним чином закріплені як на валах, так і в корпусах опор. Різні способи кріплення підшипників наведені в літературі [1, 5, 6,10], а також в довідниках [21,23].

Особливості установки радіальних підшипників в опорах. Радіальні підшипники застосовують тільки при радіальному навантаженні опор, а інколи і при незначному осьовому навантаженні, коли його величина не перевищує 35% від радіального навантаження на кульковий радіальний підшипник.

416

На рис. 17.13. а зображено варіанти розміщення вала на радіальних кулькових підшипниках, який використовується для коротких валів

(відношення відстані між опорами вала до його діаметра ld ≤ 4 ).

Рис. 17.13. Конструкції опор валів на радіальних кулькових підшипниках

Тут підшипники мають однобічну фіксацію зовнішніх кілець у двох опорах. Невеликий зазор 0,2…0,3 мм між зовнішнім кільцем та кришкою передбачають для запобігання заклинювання тіл кочення при температурному видовженні вала.

Величина зазору a повинна дещо перевищувати теплове видовження

температура вала і корпусу, ˚С; t - робоча температура вала і корпусу; L - відстань між серединами опор, мм.

Довгі вали розміщують на радіальних кулькових підшипниках за варіантом на рис. 17.13, б. У цьому варіанті внутрішні кільця двох підшипників мають двобічну фіксацію на валу, зовнішнє кільце одного з підшипників

417

зафіксовано у корпусі з двох боків, а зовнішнє кільце другого підшипника має можливість переміщуватись у корпусі в осьовому напрямі. Цим можна запобігти заклинюванню підшипників при температурному видовженні вала. Фіксований із двох боків на валу та в корпусі підшипник сприймає радіальне і осьове навантаження, а вільно розміщений у гнізді корпусу підшипник (плаваюча опора) – тільки радіальне навантаження (напрями навантаження показані стрілками). Підшипник плаваючої опори повинен бути навантаженим меншою радіальною силою.

Особливості установки радіально-упорних підшипників. Радіально-

упорні підшипники одночасно сприймають радіальне та осьове навантаження. Особливістю цих підшипників є те, що під час їхнього радіального навантаження виникає осьова сила, яка зумовлена кутом контакту α тіл кочення. Ця осьова сила примушує вал зміщуватись в осьовому напрямі. Щоб запобігти таким зміщенням, вали слід розміщувати на двох радіально-упорних підшипниках, до того ж поставлених так, щоб осьові сили, які в них виникають, були направлені в протилежні боки, (тобто з протилежним напрямом кутів контакту α . На рис. 17.14 показані деякі варіанти монтажу радіально-упорних кулькових та роликових підшипників в опорах валів.

418

Рис. 17.14. Конструкції опор валів на радіально-упорних підшипниках

Для коротких валів застосовують варіанти монтажу "у розпір" (рис. 17.14, а) та "у розтяжку" (рис. 17.14, б). У цих варіантах кожне кільце підшипників має однобічну осьову фіксацію на валу і в гнізді корпусу опори.

Довгі вали, які навантажені радіальними та осьовими силами, розміщують на комбінованих опорах (рис. 17.14, в). Одна опора складається з двох радіально-упорних підшипників, поставлених "у розпір", і сприймає радіальне і двобічне осьове навантаження. Для другої опори вала може бути використаний радіальний підшипник з закріпленим на валу внутрішнім кільцем (для

419