Расчет подшипников по статической грузоподъемности

Расчет по статической грузоподъемности выполняют при малых частотах вращения n < 1 мин^-1, а также для проверки подшипников, рассчитанных по динамической грузоподъемности.

Он сводится к проверке условия P₀≤C₀,

где P₀– эквивалентная статическая нагрузка.

Величина P₀определяется по формулеP₀=X₀F_r+Y₀F_a ≥ F_r ,

где X₀иY₀– коэффициенты радиальной и осевой нагрузок.

Особенности расчета радиально-упорных подшипников

При составлении расчетной схемы вала центр шарнирной опоры, заменяющей радиально-упорный подшипник,располагается в точке пересечения оси вала с нормалью, проведенной через середину контактной поверхности тела качения с наружным кольцом.

а б

Для восприятия осевых нагрузок разных направлений используют два варианта установки радиально-упорных подшипников: “враспор” (схема a) и “врастяжку” (схема б). При одинаковом расстоянии между подшипниками расстояние L₀ между опорами при установке подшипников по схеме б >, чем при установке по схеме a.

При нагружении радиально-упорного подшипника радиальной нагрузкой F_r возникает осевая составляющая S

S = F_r∙tgα

Осевую составляющую S необходимо учитывать при определении осевой силы , нагружающей подшипник.Должны выполняться: условие равновесия вала под действием приложенных к нему осевых сил и следующие неравенства

F_a1≥S₁,F_a2≥S₂.

Для схемы аусловие равновесия вала имеет вид:

F_a+F_a1-F_a2= 0,

где F_a– суммарная внешняя осевая сила, нагружающая вал.

В этом случае осевые силы на подшипниках

Fa1 = S1, Fa2 = Fa + S1 при Fa ≥ S2 – S1,

Fa1 = S2 - Fa, Fa2 = S2 при Fa < S2 - S1.

Для схемы слева условие равновесия вала имеет вид:

F_a + F_a1 - F_a2= 0, осевые силы на подшипниках:

F_a1 = S₁, F_a2 = F_a + S₁ при F_a ≥ S₂ – S₁,

F_a1 = S₂ - F_a, F_a2 = S₂ при F_a < S₂ - S₁.

Для схемы справа условие равновесия вала:

F_a - F_a1 + F_a2= 0, осевые силы на подшипниках:

F_a1 = S₁, F_a2 = F_a - S₁ при F_a ≤ S₁ – S₂,

F_a1 = S₂ + F_a, F_a2 = S₂ при F_a > S₁ - S₂.

Смазывание, уплотнение и установка подшипников качения

Жидкие масла Пластичные смазки: ЦИАТИМ 201- приtдо 90^o;

литол 24 - при tдо 100^o; ЦИАТИМ 221- при высокихt.

Манжетное с мазеудерживающим кольцом	Лабиринтные уплотнения
Комбинированное	Сальниковое

Способы фиксации валов в корпусе

Фиксация подшипников на валу

Подшипники скольжения.

Подшипники скольжения – это опоры осей и валов, работающие в условиях трения скольжения.

Наиболее распространены радиальные цилиндрические подшипники скольжения, служащие для восприятия радиальных нагрузок F_r.

В качестве радиально-упорных конические и шаровые подшипники применяются реже. Обычно конические подшипники используются в опорах, где требуется регулировка зазора (часто для компенсации износа).

Шаровые подшипники применяются для компенсации перекосов осей валов

Достоинства подшипников скольжения:

• – высокая точность вращения, что связано с малым количеством поверхностей, влияющих на точность (у подшипника качения их значительно больше);

• – способность работать при очень больших скоростях в условиях жидкостного трения или газодинамической смазки (долговечность подшипников качения при больших скоростях мала из-за усталости рабочих поверхностей);

• – возможность выполнения подшипника с разъемом (например, для коленчатых валов);

• – малые радиальные габариты;

• – способность работать в воде, в агрессивных и загрязненных средах, где подшипники качения неработоспособны;

• – способность работать при ударных и вибрационных нагрузках благодаря демпфирующему действию масляного слоя;

• – возможность изготовления подшипника особо больших размеров, при которых индивидуальное изготовление подшипника качения оказывается значительно дороже;

• – простота конструкции и низкая стоимость изготовления при неответственных узлах.

Недостатки подшипников скольжения:

• – необходимость использования дефицитных материалов;

• – большие моменты трения в режимах граничного и смешанного трения, а также в периоды пусков и остановок;

• – сложность конструкции для обеспечения режима жидкостного трения, в некоторых случаях большие осевые габариты;

• низкий уровень стандартизации и унификации.

Наиболее распространены радиальные цилиндрические подшипники скольжения, служащие для восприятия радиальных нагрузок F_r.

Области рационального применения подшипников скольжения:

• – опоры тихоходных малоответственных механизмов;

• – опоры быстроходных узлов, работающих при вибрационных и ударных нагрузках;

• – подшипники, выполняемые разъемными по условиям сборки (опоры коленчатых валов;

• – опоры при стесненных радиальных габаритах;

• – подшипники, работающие в абразивных и агрессивных средах;

• – подшипники, работающие при особо высоких частотах вращения – газовые и электромагнитные;

• – опоры уникальных конструкций, для которых стандартный подшипник качения подобрать невозможно

Материалы вкладышей

К подшипниковым материалам могут быть предъявлены комплексные требования, соответствующие основным критериям работоспособности подшипников, а именно:

а) низкому коэффициенту трения в паре с материалом шейки вала;

б) износостойкости;

в) сопротивлению усталости.

Эти комплексные требования можно выполнить, если будут

обеспечены следующие основные свойства подшипниковых материалов:

а) теплопроводность, обеспечивающая интенсивный теплоотвод от поверхностей трения, и малый коэффициент линейного расширения;

б) прирабатываемость, обеспечивающая уменьшение кромочных и местных давлений, связанных с упругими деформациями и погрешностями изготовления;

в) хорошая смачиваемость маслом;

г) коррозионная стойкость;

д) малый модуль упругости.

Подшипниковые антифрикционные материалы по химическому составу делят на три группы:

а) металлические

- баббиты,

- бронзы,

- сплавы на цинковой основе,

- сплавы на алюминиевой основе,

- антифрикционные чугуны;

Баббиты (сплавы на основе олова, свинца и сурьмы типов Б-83, Б-89, Б16, БН, БК, характеризуемые пластической основой с более твердыми включениями) - давно применяемые в технике высококачественные подшипниковые сплавы, характеризуемые низкой твердостью, хорошей прирабатываемостью и относительно низкими требованиями к твердости шеек вала и к состоянию трущихся поверхностей.

Недостатки баббитов - относительно невысокое сопротивление усталости, ограничивающее их применение.

Бронзы обладают универсальными антифрикционными свойствами. Износ цапф больше чем при баббитовых вкладышах.

Сплавы на алюминиевой основе характерны высокой теплопроводностью, обеспечивающей меньшую температуру и соответственно меньшее изменение вязкости масла. Они обладают высокой коррозионной стойкостью и сопротивлением усталости, а также экономичны вследствие низкой стоимости исходного материала.

Недостатки сплавов на алюминиевой основе:

- при высоких скоростях обладают недостаточным сопротивлением задирам,

- чувствительны к загрязнению масла,

- имеют повышенный коэффициент линейного расширения.

Антифрикционные чугуны используются для тихоходных умеренно нагруженных подшипников. Твердость цапфы должна быть обязательно выше твердости чугунных вкладышей на (20…40) HB.

Недостатки чугунов:

- должны быть обеспечены тщательный монтаж и минимум перекосов,

- тщательная приработка с постепенным повышением нагрузки,

- бесперебойная смазка,

- допускаемые давления резко снижаются с ростом скорости.

Металлокерамические материалы. Пористость металлокерамики позволяет использовать изделия из неё как резервуары для смазочной жидкости. Наличие графита, олова и других компонентов обеспечивает противоизносные и антифрикционные свойства, а железа или бронзы - хороший теплоотвод.

Пластмассы допускают работу подшипника без смазки при относительно небольших нагрузках и скоростях, хорошо прирабатываются, благодаря упругости мало чувствительны к перекосам валов и динамическим нагрузкам, допускают смазку водой и другими жидкостями.

Недостатки пластмасс:

- низкая теплопроводность,

- разбухание от поглощаемой влаги и постепенное разрушение структуры из-за старения.