Основы расчёта деталей и узлов транспортных машин

После выбора l/d подшипник проверяют по условиям (6.2) и (6.3). Эта проверка предупреждает возможность заедания и повышенного износа в случае кратковременного нарушения режима жидкостного трения (пуск, перебои в нагрузке или подаче масла и т.д.).

2. Выбирают относительный зазор (например: для валов относительно не-

больших диаметров до 250 мм зазор ψ желательно согласовать с одной из стандартных посадок – H7/f7; H9/e8; H9/d9). Можно также использовать эм-

3. Выбирают сорт масла и его среднюю рабочую температуру (вязкость масел и области применения устанавливаются ГОСТом). Вязкость масла μ(t°) выбирают из справочных таблиц или графиков. Среднюю рабочую темпера-

туру обычно выбирают в пределах: tср = 45 … 75 °С. По tср и графику опреде-

ляют среднюю вязкость μ масла.

4. Подсчитывают коэффициент нагруженности подшипника СF (ф.6.5) и по справочникам или графикам определяют относительный эксцентриси-

тет χ. Далее определяют hmin (толщина масляного слоя) по (6.7).

5. Определяют критическую толщину масляного слоя, при которой нарушается режим жидкостного трения

6. Определяют коэффициент запаса надежности подшипников по толщине

Коэффициент запаса надежности Sh учитывает возможные отклонения от расчетных эксплутационных условий.

121

Это приближенный расчет. При этом фактическая температура может быть иной, другой будет и вязкость масла, следовательно, и грузоподъемность подшипника или толщина масляного слоя hmin.

Неточность приближенного расчета компенсируется увеличением коэффициента запаса надежности (6.10) и выбором способа смазки на основе следующих опытных рекомендаций:

при рυ3 < 16·103 – достаточна кольцевая смазка без охлаждения подшипни-

ка;

при рυ3 ≈ (16 … 32) ·103 – кольцевая смазка, но с охлаждением корпуса или масла в корпусе;

при рυ3 > 32·103 – циркуляционная смазка под давлением.

6.2. Подшипники качения

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения (рис.6.4).

3 2

4

1

вал

Рис. 6.4. Схема подшипника качения. 1 – внутреннее кольцо; 2 – наружное кольцо; 3 – тело

качения (шарик, ролик); 4 – сепаратор

Достоинства подшипников качения:

1) малый коэффициент трения (f = 0,001 … 0,006);

2) полное отсутствие износа вала (кроме игольчатых);

122

3)простота обслуживания и малый расход смазки;

4)малые осевые размеры;

5)невысокая стоимость (следствие массового производства на специализированных заводах).

Недостатки подшипников качения:

1)малая долговечность при больших нагрузках из-за высоких контактных напряжений;

2)плохая работа при вибрационных и ударных нагрузках;

3)большие диаметральные размеры (кроме игольчатых и специальных);

4)высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных подшипников.

Критерии работоспособности и расчета подшипников качения

Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения.

Виды разрушения подшипников качения.

1.Усталостное контактное выкрашивание поверхности тел качения и беговых дорожек наблюдается после длительного времени их работы при нормальных условиях.

2.Износ наблюдается при недостаточной защите от пыли, грязи (является основным критерием разрушения для подшипников автомобильных, тракторных, горных, строительных и прочих машин).

3.Разрушение сепараторов происходит от вибраций и ударных нагрузок.

4.Раскол колец и тел качения связан с ударными и вибрационными перегрузками; неправильным монтажом, вызывающим перекос колец; заклинивания и т.п.

5.Остаточные деформации на беговых дорожках и телах качения на-

блюдаются у тяжело нагруженных тихоходных подшипников.

123

Современный подбор подшипников качения (из числа стандартных) учитывает только одну их двух причин выхода из строя:

1)подбор подшипников по статической грузоподъемности (по остаточным деформациям);

2)подбор подшипников по динамической грузоподъемности (по усталостному контактному выкрашиванию).

Подбор подшипников качения по статической грузоподъемности

Применяют при малых частотах вращения n < 1 мин–1 , когда число циклов нагружений мало и не вызывает усталостных разрушений, а так же как проверочный расчет после подбора подшипника по динамической грузоподъемности по условию

F0 ≤ C0 , (6.11)

где F0 – эквивалентная статическая нагрузка, С0 – статическая грузоподъемность (внесена в справочные таблицы для каждого стандартного подшипника).

Эквивалентная статическая нагрузка

Статическая грузоподъемность С0 подшипника качения – это статическая радиальная нагрузка, которой сооветствует общая остаточная деформация тела качения и колец в наиболее нагруженной зоне контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения.

Следует отметить, что описанная методика подбора подшипников по статической грузоподъемности справедлива, как указано в ГОСТ 18854–94 («Подшипники качения. Статическая грузоподъемность»), только в диапазоне размеров стандартных подшипников, которые изготовлены из высококачественной, закаленной стали в условиях хорошо налаженного производства, имеют обычную конструкцию и формы контактирующих поверхностей.

124

Для подшипников, отличающихся от стандартных (с иной твердостью материала деталей подшипника, если тела качения контактируют с поверхностью вала или шестерни, с иными геометрическими размерами и т.п.), можно использовать методику (которая справедлива как для нестандартных, так и для стандартных подшипников), приведенную в работах [19], [20].

Подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности

(подбор по долговечности или по заданному ресурсу)

Выполняют при частоте вращения n ³ 10 мин–1 . (Если 1 ≤ n £ 10 , то считают n = 10 мин–1 ).

Номинальная (расчетная) долговечность подшипника качения Lh в часах должна быть больше заданной долговечности

Стреб £ Спасп .

Под Динамической грузоподъемностью С радиальных и радиально-

упорных подшипников понимается постоянная радиальная нагрузка, которую группа идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом сможет выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов внутреннего кольца. В однорядных радиально-упорных подшипниках Динамическая грузоподъемность относится к радиальной составляющей нагрузки, вызывающей радиальное смещение колец подшипника относительно друг друга.

Под Динамической грузоподъемностью С упорных и упорно-радиальных подшипников понимается постоянная центральная осевая нагрузка, которую группа идентичных подшипников может выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов одного из колец подшипника.

125

Динамическая грузоподъемность и ресурс связаны эмпирической зависимостью

где L – долговечность подшипника качения, которая измеряется количеством миллионов оборотов (например, 3 или 6) до контактного выкрашивания, F – эквивалентная динамическая нагрузка; С – динамическая грузоподъемность,

р– показатель степени, значение которого зависит от формы тела качения:

р= 3 – для шарика,

р = 10 = 3,33 – для ролика.

3

Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных шариаковых и ра-

диально-упорных подшипников называется постоянная радиальная нагрузка, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным обеспечивает такой же расчетный срок слоужбы, как и при действительных условиях нагружения и вращения. Для подшиников этих типов эквивалентная нагрузка

внутреннее кольцо, V = 1,2 – наружное); kб – коэффициент безопасности, за-

126

где е – коэффициент осевого нагружения подшипника качения (для каждого подшипника величина е указана в каталоге).

Долговечность подшипника в часах Lh определяют по формуле

Для учета переменности режима нагрузки дополнительно определяют (согласно графику изменения нагрузки на подшипник) эквивалентную нагрузку Fэкв

но, действующая на подшипник при i-том режиме нагрузки; Li – число млн. оборотов на i-том режиме нагрузки;

тогда долговечность подшипника качения с учетом переменности режима на-

Порядок подбора подшипников качения

1.Выбирают тип и класс точности подшипников качения (в зависимости от соотношения осевой и радиальной силы).

2.По каталогу предварительно выбирают подшипник качения (зная диаметр вала и тип подшипника качения) легкой или средней серии и определя-

ют С0, С. По отношению Fa определяют коэффициент осевого нагружения е.

C0

3. Вычисляют Fmax, Fэкв, L и Lh и сравнивают с заданной [Lh].

Определение расчетной осевой нагрузки на радиально-упорный подшипник качения

Изобразим схему установки радиально-упорных подшипников качения, например, установку «в распор».

127

Рис. 6.5. Схема установки радиально-упорных подшипников качения «в распор». S1, S2

–собственные осевые силы в подшипниках

1.Радиальные нагрузки подшипников Fr1, Fr2 (реакции в опорах вала) определяют обычным способом. Здесь следует обратить внимание, что точка приложения этих сил находится в точках пересечения контактных нормалей с осью вала (расстояние это зависит от схемы расположения подшипника ка-

чения и значения угла контакта α).

Для определения расчетной осевой силы на радиально-упорный подшипник необходимо:

1) Найти алгебраическую сумму всех осевых сил, действующих на каждый подшипник. (Правило знаков: если сила нагружает подшипник, эта сила берется со знаком «+»).

Например: ∑ Fa1 = −Fa − S1 + S2

∑ Fa2 = Fa + S1 − S2

раическую сумму всех осевых сил, кроме собственной осевой силы этого подшипника качения.

Таким образом, Fa2 p = S1 + Fa .

Дальнейший расчет производят по наибольшей нагрузке.

Величины сил S зависят от типа подшипника, угла α и условий сборки или регулировки подшипников.

128

При зазорах, близких к нулю, для шариковых радиально-упорных подшипников собственную осевую силу определяют по формуле

для роликовых радиально-упорных конических подшипников

Вопросы для самоподготовки

1.По каким признакам классифицируют подшипники?

2.Какие достоинства и недостатки присущи подшипникам скольжения?

3.Какие виды разрушения наблюдаются в подшипниках скольжения?

4.Что такое жидкостное и полужидкостное трение в подшипниках скольжения?

5.Как рассчитывают подшипники скольжения в режиме полужидкостного трения?

6.Какие основные условия необходимы для образования жидкостного трения?

7.Как рассчитывают подшипники скольжения в режиме жидкостного трения?

8.Какие материалы применяют для подшипников скольжения?

9.Какие достоинства и недостатки присущи подшипникам качения?

10.Каковы причины потери работоспособности подшипников качения?

11.По каким критериям работоспособности рассчитывают подшипники качения?

12.Что такое статическая грузоподъемность?

13.Как осуществляет подбор подшипников качения по статической грузоподъемности?

14.Что такое динамическая грузоподъемность?

15.Как осуществляет подбор подшипников качения по динамической грузоподъемности?

129

16.Что такое приведенная нагрузка на подшипник? Как ее определяют для различных типов подшипников качения?

17.Как учитывают надежность, качество материала и условия эксплуатации при определении ресурса L подшипников качения?

18.Как повлияет на ресурс увеличение температуры в подшипнике качения со 100° до 150°?

19.Как повлияет на ресурс подшипника качения замена шарикового радиального подшипника качения на радиально-упорный?

20.Как учитывают переменность нагрузки при расчетах подшипников качения?

130