6.3. Конструирование подшипниковых узлов

Подшипники качения выбираются исходя из диаметра вала и направления действующих нагрузок, а проверяются по статической и динамической грузоподъемности. Подшипники скольжения также выбираются по диаметру вала и проверяются по удельной нагрузке и удельной работе сил трения.

6.3.1. Описание блок-схемы расчета

подшипников (рис. 73)

Исходные данные - усилия, действующие на опоры валов (см.§6.1):

Fr- радиальная нагрузка по подшипник;

Fx - осевая нагрузка на подшипник;

d - диаметр шейки вала под подшипник.

1. Выбрать типоразмер подшипника. Опыт проектирования механических приводов предлагает установку опор быстроходных валов на подшипники качения, а тихоходных валов открытых зубчатых передач, барабанов конвейеров, звездочек цепных конвейеров и других – на подшипники скольжения. При выборе типоразмера подшипника для заданных условий работы необходимо учитывать:

- величину и направление нагрузки;

- частоту вращения вала;

- потребный ресурс в часах;

- желательные размеры подшипника (посадочный диаметр вала или диаметр отверстия в корпусе);

- особые требования к подшипнику, вытекающие из условий его эксплуатации (самоустанавливаемосгь, способность обеспечить осевое перемещение вала, условие монтажа);

- стоимость подшипника.

Рис.73. Блок-схема расчета подшипников

2. Выбрать типоразмер подшипника качения в зависимости от характера нагрузок и диаметра вала.

Ориентировочные рекомендации при выборе типа подшипника:

при принимать радиальный подшипник (=0), гдеβ – угол контакта тел качения с колодами;

при принимать радиально-упорный подшипник шариковый или с коническим роликом (= 10…17°);

при принимать радиально-упорный подшипник(=26…30°).

Для выбранного по стандарту подшипника выписать значение динамической грузоподъемности [С] и статической грузоподъемности [С₀].

3. Рассчитать приведенную нагрузку Q, для чего необходимо определить:

- отношение ;

- отношение ;

- коэффициент осевого погружения e_x в зависимости от отношения (по табл. 55);

- приведенную нагрузку: при ;

, при ; - для упорных подшипников,

где x - коэффициент радиальной нагрузки (см.табл. 55); y - коэффициент осевой нагрузки (см. табл. 55); K_K – коэффициент вращения (кольца), при K_K =I вращается внутреннее кольцо (с валом), при K_K=1,2 вращается наружное кольцо (с корпусом); - коэффициент безопасности (табл. 56); k- температурный коэффициент (табл. 57).

Приведенная (эквивалентная) нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников – это условная постоянная радиальная нагрузка, при приложении которой к подшипнику с вращающимися внутренним кольцом и неподвижным наружным подшипник будет иметь такую же долговечность, что и при действительных условиях нагружения. Осевая сила не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки Q, пока отношение Fx/Fr не превысит величины e_x.

4. Определить потребную динамическую грузоподъемность подшипника

,

где требуемая долговечность подшипника в миллионах оборотов; Lh- потребный ресурс в часах, для редукторов общего назначения можно принять Lh -12000 ч; α - показатель степени для шарикоподшипников α =3; для роликоподшипников α =3,33; Q - приведенная нагрузка (см.п.З).

Таблица 55

Коэффициент нагрузки радиальной x, осевой y и e_x

Подшипники	Угол кон- такта	Относи тельная нагрузка	Отнорядные подшипники			Двухрядные подшипники
										еx
			x y	x	y	x	y	x	y
Шариковые радиальные	0	0,014 0,028 0,056 0,084 0,11 0,17 0,28 0,42 0,56	I 0	0,56	2,30 1,99 1,71 I 55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00	1	0	0,56	2,30 1,99 1,71 1,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00	0,19 0,22 0,26 0,28 0,30 0,34 0.38 0,42 0,44
Шариковые радиально- упорные	12	0,014 0,029 0,057 0,086 0,11 0,17 0,29 0,43 0,57	I 0	0,46	1,81 1,62 1,46 1,34 1,22 1,1З 1,04 1,01 1,00	1	2,08 1,84 1,69 1,52 1,39 1,30 1,20 1,16 1,16	0,74	2,94 2,63 2,37 2,16 1,98 1,84 1,69 1,64 1,62	0,30 0,34 0,37 0,41 0,45 0,48 0,52 0,54 0,54
Шариковые радиально- упорные	18-20 24-26 30 35;36 40	-	I 0	0,43 0,41 0,39 0,37 0,35	1,00 0,87 0,76 0,66 0.57	1	1,09 0,92 0,78 0,66 0,55	0,70 0,67 0.63 0,60 0,57	1,63 1,44 1,24 1,07 0,93	0,57 0,68 0,80 0,95 1,14
Роликовые конические	-	-	I 0	0,4	0,4		0,45	0,67	0,67	1,5
Шариковые упорно-радиальные	45 60 75	-	- -	0,66 0,92 1,66	1 1 1	1, 13 1,90 3,89	0,59 0,54 0,52	0,66 0,92 1,66	1 1 1	1,25 2,17 4,67
Роликовые упорно-радиальные	-	-	-		1	1,5	0,87		I	1,5

Примечание. Упорно-радиальные подшипники предназначены для большой осевой и небольшой радиальной нагрузки.

Таблица 56

Коэффициент безопасности К

Характер нагрузки на подшипник	К	Примеры использования
Спокойная без толчков	1,0	Ролики ленточных конвейеров
Легкие толчки. Кратковременные нагрузки	1,0…1,2	Прецизионные зубчатые передачи Металлорежущие станки, Электродвигатели малой и средней мощности
Умеренные толчки. Вибрационная нагрузка	1,3…1,5	Зубчатые передачи 7-й и 8-й степени точности, редукторы всех конструкций
Нагрузки со значительными толчками и вибрацией	1,8…2,5	Зубчатые передачи 9-й степени точности

Таблица 57

Температурный коэффициент

Рабочая температура подшипника, 0С	125	150	175	200	225
	1,05	1,10	1,15	1,25	1,35

5. Провести сравнение :

- если "да", то расчет окончен;

- если "нет", то перейти к блоку №3 и выбрать подшипник с большим значением динамической грузоподъемности.

6. Выбрать подшипники скольжения. Условно подшипники скольжения можно разделить на разъемные и неразъемные; вкладышные и безвкладышные; самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся. Для некоторых подшипников скольжения корпуса, втулки и вкладыши нормализованы ГОСТ 11521-82, 11525-82 и 11607-82...-11610-82. Ненормализованные подшипники скольжения изготавливают по ведомственным нормалям.

7.Провести сравнение (для подшипников скольжения с полусухим или полужидкостным трением): , где удельное давление на подшипник, МПa; Fr - максимальная нагрузка на подшипник, Н; d - диаметр подшипника, мм; l - длина подшипника, мм, длину подшипника назначают l=d, где = 0,5...1,2, а в самоустанавливающихся подшипниках2; [р] = 2-6 МПа - допускаемое удельное давление для подшипников, если р меньше или равно [p], то перейти к блоку 9, а если p больше [p], то необходимо изменить размеры опорной поверхности цапфы за счет изменения d или e.

8. Провести сравнение , МПа м/с, где - удельная работа сил трения, n- обороты вала в минуту; [= 4-8 МПа м/с – допускаемое значение для приводов общего назначения:

- если "нет", то перейти к блоку 7 и выбрать другой тип подшипника;

- если "да", то расчет окончен.