Подшипники качения. Общие сведения. Классификация и область применения

Подшипники качения, как и подшипники скольжения, предназначены для поддержания вращающихся осей и валов.

Электродвигатели, подъемно-транспортные и сельскохозяйственные машины, летательные аппараты, локомотивы, вагоны, металлорежущие станки, зубчатые редукторы и многие другие механизмы и машины в на­стоящее время немыслимы без подшипников качения.

Подшипники качения состоят из двух колец — внутреннего 1 и наруж­ного 3, тел качения 2 (шариков или роликов) и сепаратора 4 (рис. 16, а). В зависимости от_: формы тел качения различают подшипники шариковые (рис. 16, д, б, ж, и) и роликовые (рис. 16, в, г, е, з, к). Разновидностью роликовых подшипников являются игольчатые подшипники (рис. 16, д).

Основными элементами подшипников качения являются тела каче­ния — шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживае­мые сепаратором на определенном расстоянии друг от друга.

подшипники качения классифицируют по способности воспринимать нагрузку — радиальные, радиально-упорные, упор­но-радиальные и упорные.

Рис. 16. Подшипники качения: а, б, в, г, д, е — радиальные подшипники; ж, з — радиально-упорные подшипники;

и, к — упорные подшипники; 1 — внутреннее кольцо; 2 — тело ка­чения; 3 — наружное кольцо; 4— сепаратор

Достоинства подшипников качения:

- низкое трение, низкий нагрев;

- экономия смазки;

- высокий уровень стандартизации;

- экономия дорогих антифрикционных материалов.

Недостатки подшипников качения:

- высокие контактные напряжения, и поэтому ограниченный срок службы;

- высокие габариты (особенно радиальные) и вес;

- высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;

- большая чувствительность к ударным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции;

- повышенный шум;

- слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами вибрации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения.

49 Материал для подшипников качения.

Подшипники качения представляют собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения - шарики или ролики, установленные на определенном расстоянии друг от друга обоймой называемой сепаратором. Подшипники стандартизованы, используются и изготавливаются в массовом производстве.

Материалы:тела качения (шарики, ролики) и кольца изготавливают из высокопрочных шарикоподшипниковых хромистых сталей ШХ-15 и др. с термообработкой и последующим шлифованием и полированием. Твердость закаленных тел качения и колец 61…66 HRCэЭ. Сепараторы из мягкой матовой стали; для высокоскоростных из бронзы, латуни, легких сплавов или пластмасс.

Сталь ШХ-15 – класс сталь конструкционная подшипниковая (высокоуглеродистая). Ш-маркировка подшипниковых сталей. Х – означает легирование стали хромом до 1.5%

Материалы. Материалы подшипников качения назначаются с учётом высоких требований к твёрдости и износостойкости колец и тел качения. Здесь используются шарикоподшипниковые высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, а также цементируемые легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твёрдость колец и роликов обычно HRC60...65, а у шариков немного больше – HRC62... 66, поскольку площадка контактного давления у шарика меньше. Сепараторы изготавливают из мягких углеродистых сталей либо из антифрикционных бронз для высокоскоростных подшипников. Широко внедряются сепараторы из дюралюминия, металлокерамики, текстолита, пластмасс.Для обеспечения нормальной и долговечной работы подшипников ка­чения к качеству их изготовления и термической обработке тел качения и колец предъявляют высокие требования.

50 Распределение нагрузки на теле качения подшипника

Задача распределения нагрузки на тела качения статически неопределимая и решается на основе совместности деформации системы:

Для шарикоподшипника:

Для роликоподшипника:

Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:

1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.

2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - б раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.

Равномерное нагружение возможно лишь при симметричной (безмоментной) чисто осевой нагрузке в упорном подшипнике:

где коэффициент 0,8 учитывает возможные перекосы и неравномерность нагружения, z – число тел

качения.

Для шарикоподшипников радиальных однорядных при радиальном нагружении, при зазорах средней величины нагрузка на наиболее нагруженное тело качения составляет

где - радиальная нагрузка.

Для радиальных сферических двухрядных шарико- и роликоподшипников

Для роликоподшипников радиальных с короткими цилиндрическими роликами и конических

Для беззазорных радиально-упорных шарикоподшипников при номинальном угле контакта

При комбинированном действии нагрузок и в условиях статического приложения для однорядных радиальных, радиально-упорных шариковых и конических подшипников осевая нагрузка не влияет на нагрузку на одно тело качения до тех пор, пока не превысит некоторой принятой величины е, составляющей порядка

1/3.

51 Виды разрушения подшипников качения и критерии работоспособности

Главная особенность динамики подшипника – знакопеременные нагрузки.

Основные причины потери работоспособности подшипников качения следующие:

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и дорожек качения колец в виде раковин или отслаивания (шелушения) вследствие циклического контактного нагружения. Циклическое перекатывание тел качения может привести к появлению усталостной микротрещины. Постоянно прокатывающиеся тела качения вдавливают в эту микротрещину смазку. Пульсирующее давление смазки расширяет и расшатывает микротрещину, приводя к усталостному выкрашиванию и, в конце концов, к поломке кольца. Чаще всего ломается внутреннее кольцо, т.к. оно меньше наружного и там, следовательно, выше удельные нагрузки. Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения подшипников при хорошем смазывании и защите от попадания абразивных частиц. Обычно наблюдается после длительной работы и сопровождается повышенным шумом и вибрациями.

Смятие рабочих поверхностей дорожек и тел качения (образование лунок и вмятин) вследствие местных пластических деформаций под действием ударных или больших статических нагрузок.

Задиры рабочих поверхностей качения при недостаточном смазывании или слишком малых зазорах из-за неправильного монтажа.

Абразивное изнашивание вследствие плохой защиты подшипника от попадания абразивных частиц (строительные, дорожные, сельскохозяйственные машины, ткацкие станки). Совершенствованием конструкций уплотнений подшипниковых узлов можно уменьшить износ рабочих поверхностей подшипника.

Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор разноразмерных тел качения. Этот вид разрушение является основной причиной потери работоспособности быстроходного подшипников.

Разрушение колец и тел качения из-за перекосов колец при монтаже или действия больших динамических нагрузок (скалывание бортов, раскалывание колец и др.).

Внешними признаками нарушения работоспособности подшипников являются: потеря точности вращения, повышенный шум, повышенное сопротивление вращению.

Критерии работоспособности. Основными критериями работоспособности подшипников качения являются долговечность по усталостному выкрашиванию и статическая грузоподъемность по пластическим деформациям.

Расчет на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с частотой вращения n > 10 мин^-1. Невращающиеся подшипники или медленно вращающиеся (с частотой вращения n < 10 мин^-1) рассчитывают на статическую грузоподъемность.

52 Подбор подшипников практически сводится к следующей схеме:

1. По назначению узла выбирают тип подшипника. Так, например, если на подшипник действует только радиальная нагрузка, то можно выби­рать любой радиальный подшипник.

2. Если подшипник находится под действием комбинированной на­грузки (значительной осевой и радиальной), то применяют радиально-упорные подшипники типов 6 и 7. Если же осевая нагрузка больше ра­диальной, то устанавливают упорный подшипник в комбинации с радиаль­ным или упорно-радиальный подшипник. При действии одной осевой нагрузки устанавливают упорные подшипники типов 8 и 9.

3. Основным критерием для выбора подшипника служит его динамиче­ская грузоподъемность. Если подшипник воспринимает нагрузку в непод­вижном состоянии или его вращающееся кольцо имеет частоту вращения не более 1 об/мин, то подшипник выбирают по статической грузоподъем­ности без проверки его долговечности.

Грузоподъёмность это постоянная нагрузка, которую группа идентичных подшипников выдержит в течение одного миллиона оборотов. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка. Если вал вращается медленнее одного оборота в минуту, то речь идёт о статической грузоподъёмности C₀, а если вращение быстрее одного оборота в минуту, то говорят о динамической грузоподъёмности C. Величина грузоподъёмности рассчитывается при проектировании подшипника, определяется на экспериментальной партии подшипников и заносится в каталог.

Расчет по динамической грузоподъемности.

Под динамической грузоподъемностью для радиальных и радиально-упорных подшипников понимают постоянную радиальную нагрузку, которую может выдержать группа идентичных подшипников с неподвижным наружным и вра­щающимся внутренним кольцом до возникновения усталостного разрушения рабочих поверхностей колец и тел качения в течение 1 млн. об. без появления повреждений не менее 90 % из числа подшипников, подвергшихся испытаниям.

Условие для выбора подшипников качения: (7)

где — требуемая динамическая грузоподъемность, Н; — табличное (каталожное паспортное) значение динамической грузоподъемности под­шипника выбранного типоразмера, Н.

Требуемое значение динамической грузоподъемности определяют по формулам: (8)

где — приведенная (эквивалентная) нагрузка (должна быть подставлена в тех же единицах, что и параметр Q; L — требуемая долговечность вра­щающегося подшипника, млн. об., (принимается 0,5—30 000 млн. об.); — то же, ч; — коэффициент, зависящий от характера кривой усталости (для шариковых подшипников = 3,0; для роликовых = 10/3); п — частота вращения кольца, об/мин; а₁ — коэффициент надежности, (безотказ­ная работа); а₂₃ — коэффициент качества, обычно (шарико­вые), (роликовые конические).

Эквивалентную динамическую нагрузку вычисляют по формуле (9)

где X — коэффициент радиальной нагрузки; Y — коэффициент осевой на­грузки; V — коэффициент вращения (при вращении относительно вектора нагрузки внутреннего кольца V> 1, наружного кольца V= 1,2); F_r, F_a — радиальная и осевая нагрузки, Н; К_б — коэффициент безопасности (для редукторов K_б= 1,3...1,5); К_T — температурный коэффициент (при t до 100 °С, K_T = 1) (см. рис. 18, А).

53 Расчет по статической грузоподъем­ности. Подшипники грузовых крюков, дом­кратов, нажимных устройств прокатных станов и других машин периодически подвержены нагрузкам при очень медленном вращении. «Невращающиеся» подшипники рассчитывают только по статической гру­зоподъемности.

У подшипников, работающих при резко переменной нагрузке, при вращательном движении (n > 10 об/мин) следует проверять статическую грузоподъемность. Значительные перегрузки могут вызвать неоднородную остаточную деформацию, которая приводит к нарушению плавности хода подшипника.

У подшипников, которые работают при малых числах оборотов и рассчитаны на небольшой срок службы, необходимо также проверять статическую грузоподъемность. Но в этих условиях рассчитанная по формуле долговечности допустимая нагрузка может превышать статическую грузоподъемность.

Для подшипников, работающих в режиме качательного движения, могут быть допущены большие нагрузки, чем статическая грузоподъемность подшипника. В этом случае остаточные деформации колец и тел качения могут превосходить значения, допустимые для подшипника, эксплуатирующегося при вращательном движении.

Под статической грузоподъемностью понимают такую нагрузку на «невращающийся» подшипник (п < 1 об/мин), под действием которой в нем не возникает остаточных деформаций, ощутимо влияющих на дальнейшую ра­боту подшипника.

Условие для выбора подшипников: (10)

где Р_Оr — эквивалентная статическая нагрузка; С_Оr — базовая статическая радиальная грузоподъемность; С_r — базовая динамическая радиальная гру­зоподъемность (см. табл. 4). Значение приведенной статической нагруз­ки для радиальных; и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников определяют: (11)

где Х_о, Y_o — коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок (табл. 2); F_r — радиальная нагрузка; F_a — осевая нагрузка.

54 Расчет по динамической грузоподъемности.

Под динамической грузоподъемностью для радиальных и радиально-упорных подшипников понимают постоянную радиальную нагрузку, которую может выдержать группа идентичных подшипников с неподвижным наружным и вра­щающимся внутренним кольцом до возникновения усталостного разрушения рабочих поверхностей колец и тел качения в течение 1 млн. об. без появления повреждений не менее 90 % из числа подшипников, подвергшихся испытаниям.

Условие для выбора подшипников качения: (7)

где — требуемая динамическая грузоподъемность, Н; — табличное (каталожное паспортное) значение динамической грузоподъемности под­шипника выбранного типоразмера, Н.

Требуемое значение динамической грузоподъемности определяют по формулам: (8)

Поиск по сайту: