7. Конструирование узлов с подшипниками

Основными критериями работоспособности при выборе опор яв­ляются: нагрузочная способность опоры (зависит от требуемой долго­вечности опоры, напряжений, действующих в элементах ее, скоростей относительного движения элементов опоры, тепловых режимов работы опоры, материалов элементов опоры); момент трения или момент сопро­тивления опоры (зависит от выбранного типа опоры, ее размеров, материалов); точность центрирования (зависит от типа опоры и видов износа ее элементов; должна обеспечиваться в течение заданного про­межутка времени, определяемого ресурсом работы прибора); стоимость опоры (зависит от технологичности конструкции опоры с учетом трудо­емкости изготовления ее элементов, корпусных деталей, трудоемкости сборки и обслуживания опоры при заданном типе производства изде­лии; следует иметь в виду, что применение стандартных элементов значительно уменьшает стоимость опоры).

7.1. Порядок расчета узлов конструкции с подшипниками скольжения.

Внутренний диаметр совпадает по номинальному значении с выбранным диаметром d вала, а наружный диаметр D выбирают конструктивных соображений или по справочникам, например [2, т.2].

Длину подшипников принимают

, (3.1)

где f=0,5...4 - в зависимости от значения нагрузки.

, (3.2)

где [q] –допустимое давление [2,т.2, с.28 ].

Вычисляют удельное давление.

Вычисляют скоростной параметр

, (5.3)

где n - частота вращения, об/мин. Значения [q] также приведены в [2, т. 2, c.28].

Если при расчете окажется, qv >[qv], необходимо увеличить длину подшипника L.

Определяют количество теплоты, образующейся при трении, Дж:

, (5.4)

где Р - нагрузка на опору;

V - скорость скольжения м/c;

f - коэффициент трения.

Количество теплоты, которое может отвести корпус подшипника и вал [Дж]:

, (5.5)

где А - площадь свободной поверхности подшипников сборки, м² ;

К = 9...16 Вт/м - коэффициент теплоотвода;

Тц, То - температура рабочей зоны соответственно подшипников (цапфы) и окружающей среды..

Если окажется, что теплоотвод недостаточен, необходимо применить воздушное или водяное охлаждение.

7.2. Порядок расчета узлов конструкции с подшипниками качения.

Выбор подшипники качения проводят по параметрам:

- грузоподъемности,

- долговечности,

- точности;

- моменту трения.

Если подшипник работает при частоте вращения, не превышающей 10 об/мин, то его выбирают по статической грузоподъемности не проверяют на долговечность. Статическая грузоподъемность Со - это такая статическая радиальная нагрузка, при которой возникает общая остаточная деформация тел качения и колец в наиболее нагруженной точке контакта, равная 0,0001 диаметра тела качения. Величина Со приводится в каталогах подшипников качения, а также в справочниках [2, т.2, с.116-145; 34, с.305].

При частоте вращения, большей 10 об/мин, подшипник качения выбирают по динамической грузоподъемности С. Это такая радиальная нагрузка, которую подшипник может воспринимать в течение расчетного срока службы в 1 млн. оборотов внутреннего кольца. Значение С также приводится в каталогах и справочниках.

Для расчета ПК прежде всего необходимо определить эквивалентную нагрузку на подшипник. Это такая постоянная радиальная нагрузка, при приложении которой к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом обеспечивается та же долговечность, что и при действительных условиях нагружения и вращения.

Для однорядных подшипников, наиболее часто применяемых в приборах и устройствах автоматики, эквивалентная нагрузка

, (5.6)

где V - коэффициент, учитывающий вращение кольца (при вращении внутреннего кольца V = 1; наружного V = 1,2);

X, Y - коэффициенты, выбираемые из таблиц [2, т.2, с.77; 34, с. 110);

Fp, Fa - радиальная и аксиальная нагрузки, действующие на подшипник;

Кб - 1...3 – коэффициент безопасности;

Кт - 1,05... 1,4 - температурный коэффициент [2, т.2, с.76; 34, с. 109].

В таблицах для определения X и Y обозначено:  = arctg(Fa/Fp) - угол контакта между направлением действия результирующей нагрузки и плоскостью, перпендикулярной к оси подшипника,

, (5.7)

i - число тел качения подшипника, выбираемое из справочника для каждого конкретного подшипника.

Зная значение Рэ, из каталога выбирают ПК по условию Рэ < С. Выбор начинают с самой легкой серии, затем переходят к более тяжелым. Если в самой тяжелой серии С < Рэ, необходимо выбирать многорядный шарикоподшипник или ПК с коническими или цилиндрическими телами качения. В выбранном по условию

Рэ < С подшипнике по каталогу определяют допускаемую скорость вращения, задаваясь видом смазки - жидкая иди консистентная (пластическая), и сравнивают с заданной.

Определяют долговечность выбранного ПК:

, (5.8)

где L, L_h – долговечностъ в миллимах оборотов и в часах;

n - частота вращения, об/мин.

Числовые значения, рассчитанные по эти формулам, приведены в [2, т.2, табл. 61-64, с. 83-85].

Если расчетная долговечность окажется меньше заданной, необходимо изменить вид смазки либо выбрать из каталога ПК более тяжелой серии и вновь проверить его на долговечность. Для упрощения выбора можно на основании формулы (5.7) определить динамическую грузоподъемность:

, (5.9)

где Lз - заданная долговечность, ч.

Затем из справочника выбрать ПК, у которого С > Стр.

Если в стандарте не окажется подшипника, обеспечивающего заданную долговечность, или его размеры неприемлемы для данной конструкции, нужно выбрать наиболее подходящий ПК и проводить более частые регламентные работы. По истечении рассчитанного времени по формуле (5.9) заменитъ подшипник на новый, не дожидаясь выхода узла из строя. В зависимости от требуемой точности ПК из СТ СЭВ 774-77 выбирают класс его точности.

Момент трения в подшипниковом узле рассчитывают по методике, изложенной в [34, с.73-87}.

Посадку ПК выбирают в зависимости от вида нагружения по СТ СЭВ 773-77.

Выбор ПК следует начинать c ПК серии 0000 "миллионники", начиная с 1000084 и заканчивая 1000900 [61, c. 498]. Точность и долговечность ПК в значительной степени зависят от правильной установки его на вал и и корпус. Рекомендации по выбору посадок ПК приведены в [20, 61].