9. Подшипники качения

Подшипники качения состоят из наружного и внутреннего колец с дорожками качения; тел качения (шариков или роликов); сепаратора, разделяющего и направляющего шарики или ролики. В некоторых подшипниках отсутствует одно или оба кольца, а в других – сепаратор.

Достоинства подшипников качения: малые моменты сил трения и пусковые моменты, малый нагрев, незначительный расход смазочных материалов, простое обслуживание.

Недостатки подшипников качения: ограниченная способность воспринимать ударные и динамические нагрузки; большие габариты по диаметру (в сравнении с подшипниками скольжения).

В зависимости от направления нагрузки различают подшипники: радиальные, воспринимающие только радиальную или радиальную и некоторую осевую нагрузку; упорные, воспринимающие только осевую нагрузку; радиально-упорные и упорно-радиальные, способные воспринимать радиальную и осевую нагрузку одновременно.

По грузоподъемности (при одинаковом внутреннем диаметре) подшипники разделяются на серии: по радиальным габаритным размерам – сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние, тяжелые; по ширине –узкие, нормальные, широкие, особо широкие.

Внутренние диаметры подшипников условно разделены на 3 диапазона: 1…9 мм; 10…17 мм; ≥ 20 мм.

На рис.4.30 показаны наиболее распространенные типы подшипников.

Р адиальный шариковый (рис.4.30 а) – воспринимает в основном радиальную нагрузку, но допускает и осевую нагрузку P ≤ 0,25R . Радиально-упорный шариковый (рис. 4.30, б) работает при радиальной и осевой нагрузке в соотношениии

Рис. 4.30 P ≤ 0,75R при α ≥ 26⁰, где α – угол контакта

(α = 12⁰; 24⁰; 26⁰; 35⁰; 36⁰). Шариковый упорный (рис. 4.30,в) воспринимает только осевую нагрузку. На рис. 4.30, г, д, е показаны роликовые подшипники. Грузоподъемность роликовых подшипников на 70…90% выше грузоподъемности шариковых подшипников, но они уступают шариковым по КПД ( трение больше) и по предельным скоростям вращения.

Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами

(рис. 4.30, г) и с длинными игольчатыми роликами (рис. 4.30, д) воспринимают только радиальную нагрузку. Роликовый конический радиально-упорный (рис. 4.30, е) воспринимает одновременно значительные радиальную и осевую нагрузки.

Подшипники маркируются номерами. Расшифровка номера производится справа налево. Первые две цифры (d ≥ 10 мм) или одна цифра (d = 1…9 мм) характеризуют внутренний диаметр подшипника; 3-я цифра или 2-я цифра (при d = 1…9 мм) указывает серию подшипника; 4-я цифра представляет тип подшипника. Цифр в номере подшипников может быть и больше 4-х. Цифры, начиная с 5-й, характеризуют конструктивные разновидности подшипников.

Примеры расшифровки подшипников по номерам.

№ 29 – d = 9 мм; серия легкая (цифра 2); радиальный шариковый (3-ей цифры нет или 0). № 36102 – d = 15 мм; серия особо легкая (цифра 1); шариковый радиально-упорный (цифра 6); угол контакта α = 12⁰ (цифра 3).

№ 8308 – d = 40 мм; серия средняя (цифра 3); шариковый упорный (цифра 8).

№ 2505 – d = 25 мм; серия легкая широкая (цифра 5); роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами (цифра 2). № 4074907 – d = 35 мм; серия сверхлегкая (цифра 9); роликовый радиальный с длинными игольчатыми роликами (цифра 4); остальные цифры – конструктивные разновидности.

№ 7612 – d = 60 мм; серия средняя широкая (цифра 6); роликовый конический радиально-упорный (цифра 7).

Для подшипников d ≥ 20 мм внутренний диаметр определяется

d = 2-е правые цифры, умноженные на 5 (см. примеры).

В маркировке подшипников перед номером через дефис указывается класс точности (кроме 0). Классы точности подшипников мы рассматривали в разделе «Основы взаимозаменяемости».

Расчет подшипников качения

Подшипники рассчитываются на долговечность. Расчетная долговечность L в млн. оборотов или L_h в часах определяются по формулам:

L = (С/Р_э)^m (4.44)

L_h = 10⁶ L/(60n) (4.45)

Здесь С – динамическая грузоподъемность подшипника (принимается по каталогу подшипников); Р_э – эквивалентная нагрузка на подшипник;

n – частота вращения вала, об/мин.

Эквивалентная нагрузка Р_э для однорядных радиальных шарикоподшипников и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников

Р_э = (XVF_r + YF_a)K_бK_т (4.46)

Для радиальных подшипников с короткими цилиндрическими роликами

Р_э = VF_r K_бK_т (4.47)

Для упорных шариковых и роликовых подшипников

Р_э = F_а K_бK_т (4.48)

Здесь Х – коэффициент радиальной нагрузки; V – коэффициент, учитывающий вращение колец; при вращении внутреннего кольца V = 1,0 , наружного кольца V = 1,2; F_r – радиальная нагрузка, Н; Y – коэффициент осевой нагрузки;

F_a – осевая сила, Н; K_т – температурный коэффициент; K_б – коэффициент безопасности.

Коэффициенты Х и Y зависят от соотношения F_a/( V* F_r) и е – параметр осевого нагружения. Параметр е выбирается по таблицам и зависит от отношения F_a/С₀, где С₀ – статическая грузоподъемность (принимается по каталогу).

Для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников при

F_a/( V* F_r) ≤ е принимают Х = 1, Y = 0.

При F_a/( V* F_r) ≥ е Х и Y выбираются по таблицам, приведенным в каталогах подшипников и в литературе по деталям машин.

Долговечность подшипников должна соответствовать ресурсу изделия, но не меньше 5000 часов.