3.3.2. Опоры валов и осей

Опоры предназначены для поддержания вращательного или качательного движения валов и осей и передачи усилий от них на корпус. Опоры, предназначенные для восприятия радиальной или комбинированной нагрузки называются подшипниками, а осевой – подпятниками. По виду трения они делятся на опоры качения и скольжения.

Подшипники качения

Подшипник качения – это сборочный узел, состоящий из наружного 1 и внутреннего 5 колец с дорожками качения 4, тел качения 2 и сепаратора 3, удерживающего тела качения на определенных расстояниях и направляющего их вращение (рис. 3.24).

Рис.3.24

На рис.3.25 показаны подшипники:

а – шариковый радиальный однорядный, воспринимает радиальную нагрузку и осевую до 70% от неиспользованной радиальной;

б – шариковый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) допускает взаимный поворот колец до 3^°;

в – роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, воспринимает радиальную нагрузку в 1,7 раза большую, чем шариковый, осевую не воспринимает. Одно из колец имеет направляющие буртики, другое относительно роликов не фиксируется;

г – роликовый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся), может компенсировать перекосы колец до 2,5^°, воспринимает повышенную радиальную нагрузку и осевую до 25% от неиспользованной радиальной;

д – роликовый игольчатый, воспринимает большие радиальные нагрузки, используется при скоростях на валу до 5 м/с и при качательных движениях;

е – шариковый радиально-упорный, воспринимает радиальную и одностороннюю осевую нагрузку. Выполняются с углами контакта 12, 18, 26 и 36^°. С увеличением угла контакта повышается воспринимаемая осевая нагрузка, но снижается быстроходность;

ж – роликовый конический, тела качения - конические ролики, воспринимает значительную радиальную и одностороннюю осевую нагрузку;

з – упорно - радиальный шариковый, предназначен для восприятия осевых и небольших радиальных нагрузок;

и – шариковый упорный для восприятия только осевой нагрузки;

к – роликовый упорный для восприятия только осевой нагрузки.

Расчет подшипников

Подшипники рассчитываются на долговечность. Критерием работоспособности подшипника является сопротивление контактно-усталостному разрушению. Долговечность L определяется с использованием зависимости

,

где C – динамическая грузоподъёмность, это постоянная радиальная нагрузка, которую подшипник с неподвижным наружным кольцом выдерживает 1 млн оборотов;

P – эквивалентная нагрузка, действующая на подшипник;

α – показатель степени, α = 3 для шарикоподшипников, , α = 10/3 для роликоподшипников.

Коэффициент a₁ зависит от вероятности P безотказной работы, при изменении P от 0,9 до 0,99 a₁ меняется от 1 до 0,21.

a₂₃ зависит от материала из которого изготовлены детали подшипника и условий эксплуатации. Для механизмов общего применения можно брать равным 1.

Эквивалентная нагрузка определяется зависимостью

,

где X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок;

V – коэффициент, учитывающий какое кольцо вращается, V = 1,2, если наружное, V = 1 – если внутреннее;

F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки;

k_б – коэффициент безопасности, учитывающий характер действующей нагрузки, k_б – 1…3;

k_т – температурный коэффициент, k_т = 1 при t ˂ 100^°С.

Статическая грузоподъемность – это нагрузка на подшипник, при которой остаточная деформация тел качения и колец не превышает допускаемую , где D – диаметр тел качения.