19.2 Выбор схемы установки подшипников в опорных узлах валов редуктора

Эту схему называют осевой фиксацией вала "враспор". В рассматриваемой конструктивной схеме каждая из опор ограничивает осевое перемещение вала только в одном направлении. Для этого торцы внутренних колец обоих подшипников упирают в торцы буртиков вала (или в торцы других деталей, расположенных на валу). Внешние торцы наружных колец подшипников упирают в торцы подшипниковых крышек (или в торцы других деталей, установленных в посадочном отверстии подшипникового гнезда корпуса).

Основными достоинствами осевой фиксации валов по схеме "враспор" являются

• возможность регулировки величины зазоров в двух опорах;

• простота конструкции и большая технологичность опор (для их конструктивного воплощения требуется меньшее количество деталей, а обработка посадочных отверстий подшипниковых гнезд может выполняться простейшим сквозным способом).

Недостатки ее сл едующие:

• более жесткие допуски на размеры l, L и h, так как погрешности этих размеров приводят к изменению величины "а" осевого зазора в опоре;

• возможность защемления вала в опорах, вследствие температурных деформаций подшипников, вала и корпуса редуктора;

• ограниченность расстояний между подшипниками и температурного интервала эксплуатации.

19.3 Подбор подшипников для быстроходного вала редуктора

Принимая в первую очередь среднюю серию габаритных размеров подшипников, назначаем при типоразмер 305. Откуда грузоподъемность (статическая) и (динамическая)

Определяем величину суммарной радиальной номинальной реакции по следующей зависимости:

,

где R_м – радиальная номинальная реакция рассматриваемой опоры вала, возникающая только от усилия муфты, т.к. муфта на данном валу отсутствует то R_м=0.

X, Y – составляющие (по соответствующим осям координат) радиальной реакции рассматриваемой опоры вала, возникающей от воздействия всех остальных номинальных внешних нагрузок, приложенных к валу.

1. Прямой ход.

Определяем величину суммарной радиальной номинальной реакции:

Определяем величину продольной номинальной реакции фиксированной опоры вала:

.

При установке в опоре одинарного подшипника его номинальная радиальная нагрузка F_r , кН, будет составлять , где R – суммарная радиальная реакция рассматриваемой опоры вала, возникающая при его номинальном нагружении.

Если радиальные подшипники (исп. 0000 или 12000) опор вала в отверстиях подшипниковых гнезд корпуса редуктора установлены с односторонней фиксацией по схеме «враспор», то внешней осевой нагрузкой будет нагружен тот из подшипников вала, в сторону которого направлена равнодействующая S всех внешних сил, действующих на вал. Номинальная осевая нагрузка на этот подшипник составит (где S – равнодействующая всех внешних сил, действующих на вал при его номинальном нагружении). Противоположный подшипник в этом случае от осевой нагрузки свободен и для него принимают .

Определяем радиальные и осевые нагрузки на подшипник:

Приведенную радиальную нагрузку на радиальные и радиально-упорные подшипники P_r , кН, в соответствии с ГОСТ 18854-82, при любом режиме их нагружения (в том числе и номинальном) определяют по следующей формуле:

,

где V – кинематический коэффициент (при вращении внутреннего кольца подшипника V=1, наружного – принимают V=1,2, за исключением шариковых сферических и упорных подшипников, для которых в любом случае V=1): .

X,Y – коэффициенты, учитывающие разное повреждающее воздействие на подшипник, соответственно, радиальной и осевой нагрузок.

Выбор е для опоры А:

. Так как , то.

Имеем: , , тогда согласно табл.8 ГОСТ 18855-82 .

Выбор е для опоры В:

.

Имеем: , , тогда согласно табл.8 ГОСТ 18855-82 .

F_r , F_a – рабочие радиальная и осевая нагрузки на подшипник, кН;

К_б – коэффициент безопасности, назначаемый в зависимости от условий нагружения подшипникового узла согласно [табл. 17.2, 5]: (так как умеренные толчки).

К_т – температурный коэффициент, вводимый в расчет только при использовании подшипников из обычных для них материалов: К_тА=К_тВ=1.

;

.

Эквивалентную ( по усталостному повреждающему воздействию) приведенную радиальную нагрузку на подшипник Р_rЕ , кН, определяют по следующей формуле:

,

где Р_ном – номинальная приведенная нагрузка на рассматриваемый подшипник вала: , .

Z_h – коэффициент долговечности, учитывающий переменность во времени нагрузки, действующей на подшипник, и ограниченность (необходимым сроком службы t_p) ресурса подшипника L_h .

Для подшипников реверсируемых валов коэффициент долговечности составляет

,

где К, m – число блоков (режимов) нагружения подшипника, соответственно, при прямом и обратном вращении вала;

T_i , t_i – параметры i-го блока нагружения при прямом вращении вала;

T_{j ,} t_j – параметры j-го блока нагружения при обратном вращении вала;

Т_рев – наибольший из длительно действующих вращающих моментов режима нагружения вала при его реверсе;

Т_ном – номинальный вращающий момент внешнего нагружения вала;

n_i , n_j – частота вращения кольца подшипника под i-м блоком нагружения при прямом вращении вала и под j-м – при его реверсе;

n_ном – частота вращения кольца подшипника под номинальной нагрузкой.

ч.

кН;

кН.

Наиболее нагруженной опорой при прямом ходе является опора А. Следовательно

Обратный ход.

Определяем величину суммарной радиальной номинальной реакции:

Определяем величину продольной номинальной реакции фиксированной опоры вала:

.

Определяем радиальные и осевые нагрузки на подшипник:

Приведенную радиальную нагрузку определяют по следующей формуле:

,

где V – кинематический коэффициент: .

X,Y – коэффициенты, учитывающие разное повреждающее воздействие на подшип ник, соответственно, радиальной и осевой нагрузок.

Выбор е для опоры А:

.

Имеем: , , тогда согласно табл.8 ГОСТ 18855-82 .

Выбор е для опоры B:

. Так как , то .

Имеем:, , тогда согласно табл.8 ГОСТ 18855-82 .

;

.

Эквивалентную (по усталостному повреждающему воздействию) приведенную радиальную нагрузку на подшипник Р_rЕ , кН, определяют по следующей формулам:

кН;

кН.

Наиболее наг руженной опорой при обратном ходе является опора А. Следовательно

Наиболее нагруженным вал является при обратном ходе в опоре В.

Прогнозируемый ресурс L_h , ч, (до появления усталостного контактного выкрашивания поверхности хотя бы одного из колец или тел качения) выбираемого подшипника должен удовлетворять следующему очевидному условию:

,

где t_p – необходимый (желаемый) срок службы подшипника.

Для уменьшения номенклатуры применяемых подшипников и снижения трудоемкости получения посадочных отверстий подшипниковых гнезд корпуса редуктора, в опорах вала целесообразно использовать одинаковые подшипники. В связи с этим, прогнозируемый ресурс L_h определяют для наиболее нагруженного подшипника рассматриваемого вала редуктора.

В соответствии с ГОСТ 18855-82, при частоте вращения подвижного кольца подшипника n10 мин^-1 прогнозируемый ресурс L_h, ч, наиболее нагруженного подшипника рассматриваемого вала определяют по следующей зависимости:

,

где а₁ – коэффициент, учитывающий необходимую вероятность безотказной работы подшипника, назначают в соответствии с ГОСТ 18855-– 82 (табл. 6.1 данной работы); в общем редукторостроении принимают вероятность безотказной работы подшипников равной 90% и тогда а₁=1.0;

а_2;3 – объединенный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации подшипника и качество его материала, назначают по справочным данным [5, c. 352]: а_2;3=0.75;

С_кат – динамическая грузоподъемность принятого подшипника, выбираемая по соответствующей таблице каталога подшипников: .

К_кач – коэффициент, учитывающий качество (точность) изготовления подшипника, выбирают по справочным данным [3, c. 188] в зависимости от класса точности рассматриваемого подшипника: ;

p – показатель степени контактной выносливости подшипника (для шарикоподшипников всех типов р=3; для роликовых р=10/3): р=3;

n – частота вращения подвижного кольца рассматриваемого подшипника при его номинальном нагружении: мин^-1

ч. Так как ч, то условие выполняется.

Подшипники, подобранные по необходимой величине прогнозируемого ресурса L_h , подвергают проверке на отсутствие их бринеллирования (остаточных деформаций колец и тел качения) при действии пиковых нагрузок. Условием отсутствия бринеллирования подшипников при действии пиковых нагрузок служит выполнение следующего неравенства:

,

где – приведенная нагрузка на наиболее нагруженный подшипник вала, возникающая при его пиковом нагружении, кН;

–статическая грузоподъемность выбранного подшипника, назначаемая по соответствующей таблице каталога подшипников: кН.

Приведенная нагрузка , кН, возникающая при пиковом нагружении, для радиальных и радиально-упорных подшипников определяется как максимальная из двух своих значений Р_о , найденных по следующим зависимостям:

;

,

где – кратность пикового вращающего момента Т_пик номинальному вращающему моменту Т_ном.:

К_точ = 1.5…2.0 – коэффициент, вводимый в расчет только при повышенных требованиях к точности и плавности вращения вала (в общем редукторостроении принимают К_точ = 1.0);

X_o , Y_o – коэффициенты, учитывающие различное повреждающее воздействие на подшипник, соответственно, радиальной и осевой нагрузок согласно [табл. 17.4, 5] равны: ;

F_r , F_a – номинальное значение радиальной и осевой нагрузок, действующих на наиболее нагруженный подшипник вала, кН;

K_бS – коэффициент динамичности приложения нагрузки к подшипнику, возникающей при пуске редуктора, назначаемый в зависимости от типа двигателя, от которого получает вращение входной вал редуктора, в следующих пределах:

• для турбин, электродвигателей постоянного или переменного тока с фазным ротором при использовании пусковой аппаратуры, двигателей внутреннего сгорания с гидропередачей K_бS=1.2…1.5;

• для асинхронных электродвигателей, включаемых в электросеть без пусковой аппаратуры, и 4-тактных двигателей внутреннего сгорания – 1.5…2.0;

• для 2-тактных двигателей внутреннего сгорания без гидропередачи – 2.0…2.5.

Выбранное из указанных диапазонов конкретное значение K_бS должно удовлетворять еще и следующему условию:

,

где K_б=1.9.

В данном случае удовлетворяет этому условию и подходит под характеризующие параметры .

кН ;

кН, следовательно кН.

Значение не удовлетворяет условию , поэтому необходимо назначить подшипник более тяжелой серии. В данном случае нужно назначить подшипник тяжелой серии, у которого кН. Тогда условие выполняется.