Ущільнення опор з підшипниками кочення

Для захисту підшипників кочення від забруднення та запобігання витікання мастила з опор застосовують ущільнювальні пристрої.

За принципом дії ущільнювальні пристрої поділяють на:

1. Контактні(манжетні та сальникові), що застосовуються при низьких та середніх швидкостях. Ущільнення забезпечується завдяки щільному контакту деталей пристрою.

2. Лабіринтнітащілинні, які використовують у необмеженому діапазоні швидкостей. Ущільнювальна дія забезпечується завдяки підвищеному опору витіканню мастила через вузькі щілини.

3. Відцентрові, які використовують при середніх та високих швидкостях. Принцип дії – відкидання відцентровими силами мастила, яке потрапляє в підшипникову опору.

4. Комбіновані, які поєднують два або більше розглянутих вище пристроїв.

Манжетні ущільненняподіляють на два типи (додаток Б, табл. Б.6): тип І застосовують при швидкості ковзанням/с (рис. 2.16, а); тип ІІ (з пиловиком) прим/с, якщо підшипникова опора працює в дуже запорошеному середовищі (рис. 2.16, б).

Рис. 2.16 – Манжетні ущільнення

Поверхня валу під манжетним ущільненням повинна мати твердість HRC40...45, шорсткістьмкм, поле допускуh11. Манжетні ущільнення працюють як з пластичним, так і з рідким мастилом при температурі від – 45до +150С.

Сальникові ущільненнявиконують у вигляді фетрових або повстяних кілець (рис. 2.17, а), просочених розігрітим маслом. Їх розміщують з натягом у кільцевих канавках кришок (рис. 2.17, б, в). Форма канавки показана на рис. 2.17, г. Поверхня валу під кільцем полірується. Сальникові ущільнення працюють при швидкостях до 5 м/с з рідкими і пластичними мастилами.

Рис. 2.17 – Сальникове ущільнення

Щілинні ущільненнявиконують у вигляді кільцевих щілин із проточками (рис. 2.18). Щілини заповнюють пластичним мастилом. Захисна властивість таких ущільнень незначна, тому їх застосовують для підшипникових опор, які працюють у чистому і сухому середовищі.

Рис. 2.18 – Щілинне ущільнення

Лабіринтні ущільнення(рис. 2.19) найдосконаліші для роботи при високих швидкостях обертання. У цих ущільненнях малі зазори чергуються зі збільшеними. Малі зазори 0,3...0,5 мм при роботі ущільнень в умовах низьких та середніх швидкостей обертання заповнюють пластичними мастилами.

Рис. 2.19 – Лабіринтне радіальне (а) та осьове (б) ущільнення

Якщо для змащування підшипників застосовують пластичні мастила, а в корпусі механізму – рідке мастило, то для ізоляції підшипників і уникнення вимивання пластичного мастила рідким підшипникові вузли захищають маслозатримуючими кільцями або шайбами (рис. 2.18). Такі кільця або шайби застосовують для захисту підшипникових вузлів черв’ячних або гвинтових передач, де гвинтова поверхня деталей передач нагнітає масло в бік напряму нарізки, підвищуючи його рівень у підшипниковому вузлі вище допустимого і створюючи додатковий опір обертанню.

2.10. Розрахунок підшипників кочення

Підшипники кочення виходять з ладу в результаті поломки або ушкодження робочих поверхонь деталей підшипника.При перевантаженні підшипників може відбутися розколювання кілець і тіл кочення. Сепаратори руйнуються в результаті великого тиску з боку тіл кочення під дією відцентрових сил.У більшості випадків підшипники виходять з ладу внаслідок абразивного зношування, пластичних деформацій і втомлювального викришування робочих поверхонь.Абразивне зношування відбувається при роботі погано захищеного підшипника в середовищі, забрудненому абразивним пилом.

Пластичні деформації відбуваються внаслідок перевищення границі текучості матеріалу на поверхні контакту тіла кочення з кільцем (зазвичай при динамічних і великих статичних навантаженнях без обертання).

Втомнісне викришування робочих поверхонь відбувається в результаті циклічного контактного навантаження і є основною причиною виходу підшипників кочення з ладу. Зазвичай викришування починається на доріжках кочення найбільш напружених кілець: у більшості підшипників – на внутрішніх, а в сферичних – на зовнішніх. Циклічність навантаження нерухомого внутрішнього кільця приблизно удвічі вище, ніж обертового. Отже обертання зовнішнього кільця менш сприятливе. У підшипниках найчастіше обертається внутрішнє кільце.

Враховуючи викладене, підшипники кочення з частотою обертання п >1 об/хв розраховують на довговічність (ресурс) з умови втомлювального викришування. Необертові підшипники кочення й обертові з частотою п < 1 об/хв (наприклад, упорні підшипники поворотних кранів, вантажних гаків, домкратів і т. п.) розраховують на статичну вантажопідйомність з умови попередження залишкових деформацій.

Розрахунок підшипників кочення на довговічність виконують по номінальній довговічності (розрахунковому терміну служби) L підшипника. При розрахунку враховують еквівалентне динамічне навантаження F для підшипника і його динамічну вантажопідйомність С.

Еквівалентним динамічним навантаженням F для радіальних і радіально-упорних підшипників кочення називається таке умовне постійне радіальне навантаження, яке при дії на підшипник з обертовим внутрішнім і нерухомим зовнішнім кільцями забезпечує таку ж довговічність, яку даний підшипник має при дійсних умовах навантаження й обертання. Для упорних і упорно-радіальних підшипників кочення під еквівалентним динамічним навантаженням розуміють таке умовне постійне центральне осьове навантаження, яке при дії на підшипник з обертовим посадковим кільцем на валу і нерухомим у корпусі підшипника забезпечує ту ж довговічність, яку даний підшипник має при дійсних умовах навантаження й обертання.

Значення еквівалентного динамічного навантаження визначається за формулами:

– для радіальних шарикопідшипників і радіально-упорних шарико- і роликопідшипників

; (3.1)

– для радіальних роликопідшипників

; (3.2)

– для упорно-радіальних шарико- і роликопідшипників

; (3.3)

– для упорних підшипників

,(3.4)

де і – постійні за розміром і напрямком відповідно радіальне та осьове наван­таження на підшипник; X і Y – коефіцієнти відповідно радіального й осьового навантажень; V – коефіцієнт обертання,що враховує, внутрішнє (V =1) чи зовнішнє (V= =1,2) кільце обертається; – коефіцієнт безпеки,що враховує характер навантаження на підшипник; – температурний коефіцієнт,що враховує робочу температуру нагрівання підшипника.

Динамічна вантажопідйомність С – постійне навантаження, яке підшипник може витримати протягом одного мільйона обертів без появи ознак утоми не менш чим у 90% з визначеного числа підшипників,що піддаються випробуванням. При цьому під навантаженням розуміють: радіальну – для радіальних і радіально-упорних підшипників (з необертовим зовнішнім кільцем) і осьову – для упорних і упорно-радіальних підшипників (при обертанні одного з кілець). Значення С приведені в каталогах.

У результаті випробувань на утому підшипників кочення була встановлена залежність між довговічністю L, еквівалентним динамічним навантаженням F і динамічною вантажопідйомністю С:

(3.5)

або

, (3.6)

де р = 3 для кулькових підшипників и р =10/3  3,33 для роликових підшипників.

Формули (3.5) і (3.6) справедливі при частоті обертання кільця п > 10 об/хв, але яка не перевищує граничної частоти обертання даного підшипника. При п = 1...10 об/хв розрахунок підшипника роблять для п = 10 об/хв.

Номінальна довговічність L (млн. об.) визначається по заданому терміну служби підшипника :

. (3.7)

Термін служби підшипників встановлюють у залежності від призначення машини та особливостей її експлуатації (зазвичай год.).

Підшипники кочення вибирають з каталогу по динамічній вантажопідйомно­сті С. При цьому повинна виконуватися умова

, (3.8)

де – розрахункове значення динамічної вантажопідйомності, отримане з (3.6); С_п – паспортне значення С (наводиться в каталозі для кожного типу підшипника).

Практично навантаження обмежене статичною міцністю деталей підшипника кочення, чи так називаною статичною вантажопідйомністю, по якій підбирають підшипники при малих частотах обертання (n < 1 об/хв), коли число циклів навантажень мале і не викликає втомлювальних руйнувань, а також перевіряють підшипники, розраховані по динамічній вантажопідйомності.

Умова для перевірки і підбору:

, (3.9)

де – еквівалентне статичне навантаження;С₀ – статична вантажопідйомність.

Під статичною вантажопідйомністю розуміють таке статичне навантаження, якій відповідає загальна залишкова деформація тіл кочення і кілець у найбільш навантаженій точці контакту, рівна 0,0001 діаметра тіла кочення. При цьому під наван­таженням розуміють радіальну – для радіальних і радіально-упорних підшипників, осьову – для упорних і упорно-радіальних підшипників кочення. Значення С₀ зазначені в каталозі для кожного типорозміру підшипника.

Еквівалентне статичне навантаження

, (3.10)

але не менше ,

де і – коефіцієнти радіального та осьового навантажень.