Подшипники качения. ( 3 часа)

1.Общие сведения, классификация, конструкция, система условных обозначений.

2.Кинематика и динамика подшипников качения.

3.Критерии работоспособности и подбор подшипников качения по статической грузоподъемности.

4.Подбор подшипников качения по динамической грузоподъмности.

Вопрос 1.

Подшипники качения – это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.

Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения f=0.0015…0.006.

Достоинства:

1.Меньше момент сил трения и теплообразование.

2.Значительно меньше требования по уходу, меньший расход смазочных материалов.

3.Большая несущая способность на единицу ширины подшипника.

4.Значительно меньший расход цветных металлов, меньше требования к материалу и к термической обработке валов.

Недостатки:

1.Повышенные диаметральные габариты.

2.Высокие контактные напряжения.

3.Ограниченная быстроходность.

4.Низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах (воде).

Подшипники качения состоят из следующих деталей:

1.Наружного и внутреннего колец (обойм) с дорожками качения.

2.Тел качения (шариков или роликов)

3.Сепараторов, разделяющих и направляющих тела качения.

Подшипниковые узлы, кроме подшипников, включают в себя корпуса с крышками, устройства для для крепления колец подшипников, защитные и смазочные устройства.

Подшипники качения классифицируют следующим образом:

1. по направлению воспринимаемой нагрузки: радиальные, радиально-упорные, упорные.

2. по форме тел качения: шариковые и роликовые.

3. по числу рядов тел качения подшипники делят на однорядные (основное распространение), двух- и четырехрядные.

4. по признаку самоустанавливаемости: несамоустанавливающиеся (все шарико- и роликоподшипники, кроме сферических) и самоустанавливающиеся сферические.

По нагрузочной способности (иил по габаритам) подшипники разделяют на семь серий диаметров и ширин: сверхлегкую, особо легкую, легкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжелую. По классам точности: 0 (нормального класса),6 (повышенного), 5 (высокого), 4 (особо высокого) и 2 (сверхвысокого).

Материалы подшипников : сталь ШХ15 (1.3…1.65 Cr), ШХ15СГ, при высоких динамических нагрузках – 20Х2Н4А, 18ХГТ.

Подшипники качения – группа деталей, наиболее широко стандартизованных в международном масштабе, взаимозаменяемых и централизованно изготавливаемых в мировом масштабе. Условные обозначения по ГОСТ 3189-89. Дополнительные обозначения слева от основного указывают на класс точности, радиальные зазоры, осевую игру подшипников и величину момента трения. Класс точности проставляется слева от основного обозначения подшипника. Две первые цифры справа – внутренний диаметр подшипника, деленный на 5 (от 20 до 495 мм). Третья цифра – серия подшипника. Четвертая – тип подшипника. Пятой (или пятой и шестой) – не для всех подшипников обозначают конструктивные особенности подшипников. Цифры, стоящие через тире – класс точности. 0 класс точности не указывают.

5-210 – шариковый радиально-упорный, 7220 – роликовый конический легкой серии.

Вопрос 2.

С кинематической точки зрения подшипник качения представляет собой планетарный механизм. Рассмотрим план скоростей для случая вращения внутреннего кольца. ωD₁

На этом рисунке V₁= 2 ;

V₁

V₀= 2 при этом угловая скорость

2(V₁-V₀)

шарика вокруг своей оси: ω_ш= D_ω =

D₁

0.5ω D_ω / 1/ угловая скорость сепаратора

2V₀

ω_с= D_m = 0.5D₁ω/(D₁+D_ω) ≈ 0.5ω /2/

Причем сепаратор вращается в ту же сторону,

что и вал, с угловой скоростью, равной при-

мерно половине угловой скорости вала.

Также формула /2/ позволяет отметить, что угловая скорость сепаратора зависит от размеров тел качения (шарика). При неточном изготовлении тел качения ,большие из них тормозят, а меньшие ускоряют сепаратор. Это может привести к возникновению значительных давлений и сил трения, как следствие повышается износ тел качения, поломка сепараторов. Все это обусловливает точность изготовления деталей подшипника и ответственность сепаратора.

Динамика подшипника.

Рассмотрим упорный подшипник. При работе подшипника на шарик действует центробежная сила: F_цб=mω_cD_m/2 /3/

В упорном подшипнике центробежная

сила особенно неблагоприятна, так как

она расклинивает кольца и может

давить на сепаратор, как следствие по-

вышается износ и трение. Кроме того,

на шарики упорного подшипника действует гироскопический момент М_г,

связанный с изменением направления оси вращения шарика в пространстве.

Вращение шариков под действием М_г сопровождается дополнительными по-

терями и износом.

Поэтому допускаемые частоты вращения для упорных подшипников значительно ниже, чем для радиальных и радиально-упорных. При высоких частотах вращения упорные подшипники рекомендуют заменять упорно-радиальными.