ДЕТАЛИ МАШИН

подшипники роликовые конические однорядные:

322

Ширину кольца B, монтажную высоту T , коэффициент осевого нагружения e , угол контакта , а также диаметры d и D принимают по каталогу подшипников.

Реакции опор определяют из уравнений равновесия. Методика определения реакций в опорах приведена в разделах 2.6 и 5.4.4.1.2.

В ряде случаев направление вращения может быть переменным или неопределенным, причем изменение направления вращения может привести к изменению не только направления, но и значений реакций опор. В таких случаях при определении реакций рассматривают наиболее неблагоприятный вариант.

6.13.1.2. Осевые реакции

При установке вала на двух радиальных шариковых или радиально-

упорных подшипниках нерегулируемых типов осевая сила Fa , нагружающая подшипник, равна по величине внешней осевой силе FA, действующей на вал. Силу FA воспринимает тот подшипник, который ограничивает осевое перемещение вала под действием этой силы.

При определении осевых сил, нагружающих радиально-упорные подшипники регулируемых типов, следует учитывать осевые силы, возникающие под действием радиальной нагрузки Fr вследствие наклона контактных линий. Значения этих сил зависят от типа подшипника, угла контакта, значений радиальных сил, а также от того, как отрегулированы зазоры в подшипниках.

Если подшипники собраны с большим зазором, то всю нагрузку воспринимает только один или два шарика или ролика. Осевая составляющая нагрузки при передаче ее одним телом качения равна Fr tg . Условия работы подшипников при таких больших зазорах неблагоприятны, и поэтому такие зазоры недопустимы.

Обычно подшипники регулируют так, чтобы осевой зазор при установившемся температурном режиме был бы близок к нулю. В этом случае под действием радиальной нагрузки Fr находятся около половины тел качения, а суммарная по всем нагруженным телам качения осевая составляющая из-за наклона контактных линий равна e'Fr и представляет собой минимальную осевую силу, которая должна действовать на радиально-упорный подшипник при заданной радиальной силе:

323

В шариковых радиально-упорных подшипниках действительный угол контакта отличается от начального и зависит от радиальной нагрузки Fr и базовой статической грузоподъемности C0r . Поэтому коэффициент e' определяют по формулам:

- для подшипников с углом контакта 12 :

Значения коэффициента е в формуле (6.13.6) принимают по справочной таблице из соответствующего справочника.

Под действием силы Famin наружное кольцо подшипника поджато к

крышке корпуса. При отсутствии упора кольца в крышку оно будет отжато в осевом направлении, что приведет к нарушению нормальной работы подшипника. Для обеспечения нормальных условий работы осевая сила, нагружающая подшипник, должна быть не меньше минимальной:

Если Fa Famin , то более половины тел качения подшипника нахо-

дятся под нагрузкой. Жесткость опоры с ростом осевой нагрузки увеличивается, поэтому в некоторых опорах, например в опорах шпинделей стан-

ков, применяют сборку с предварительным натягом.

Для нормальной работы радиально-упорных подшипников необходимо, чтобы в каждой опоре осевая сила, нагружающая подшипник, бы-

Кроме того, должно быть выполнено условие равновесия вала – равенство нулю суммы всех осевых сил, действующих на вал. Например, для схемы по рис. 6.13.2:

324

-из условия (6.13.7) в каждой опоре с учетом (6.13.2) следует:

Fa1 e'Fr1; Fa2 e'Fr2;

-из условия равновесия вала под действием осевых сил следует:

FA Fa1 Fa2 0.

Для нахождения решения применяют метод попыток, предварительно принимая осевую силу в одной из опор равной минимальной.

1. Пусть, например,

Fa1 e'Fr1.

Тогда из условия равновесия вала получим:

Fa2 FA Fa1 FA e'Fr1.

Проверяем выполнение условия Fa Famin для второй опоры.

Если при этом выполняется условие Fa2 e'Fr2, то осевые силы найдены правильно.

Если Fa2 e'Fr2, что недопустимо, то нужно предпринять вторую попытку.

2. Следует принять:

Fa2 e'Fr2 .

325

Тогда из условия равновесия вала получим:

Fa1 Fa2 FA e'Fr2 FA.

При этом условие Fa1 e'Fr1 будет обязательно выполнено.

6.13.2. Подбор подшипников

Основной критерий работоспособности и порядок подбора подшипников зависит от значения частоты вращения кольца.

Подшипники выбирают по статической грузоподъемности, если они воспринимают внешнюю нагрузку в неподвижном состоянии или при медленном вращении (n 10 об/мин).

Подшипники, работающие при n 10 об/мин, выбирают по динамической грузоподъемности, рассчитывая их ресурс при требуемой надежности.

Подшипники, работающие при частоте вращения n 10 об/мин и резко переменной нагрузке, также следует проверять на статическую грузоподъемность.

Предварительно назначают тип и схему установки подшипников. Подбор подшипников выполняют для обеих опор вала.

В некоторых изделиях, например в редукторах, для обеих опор рекомендуется применять подшипники одного типа и одного размера. В этом случае подбор выполняют по наиболее нагруженной опоре.

Иногда из соотношения радиальных и осевых сил нельзя заранее с уверенностью определить, какая опора более нагружена. Тогда расчет ведут параллельно для обеих опор до получения значений эквивалентных нагрузок, по которым и определяют более нагруженную опору.

6.13.2.1. Расчет подшипников на статическую грузоподъемность

Значения базовой статической грузоподъемности для каждого подшипника, определенные по формулам (6.10.1), (6.10.2), приведены в каталогах подшипников.

При расчете на статическую грузоподъемность проверяют, не будет ли статическая эквивалентная нагрузка на подшипник превосходить

При повышенных требованиях к плавности хода, шумности и к стабильности момента трения рекомендуется уменьшить допускаемую стати-

ческую эквивалентную нагрузку P0r до C0r . Коэффициент безопасно-

S0

сти S0 для упорных подшипников крановых крюков и подвесов равен 1,5;

326

для приборных прецизионных поворотных устройств S0 2; для ответственных тяжелонагруженных опор и поворотных кругов S0 4.

6.13.2.2. Расчет подшипников на заданный ресурс

Исходные данные:

— Fr1, Fr2 – радиальные нагрузки (радиальные реакции) опор двухопорного вала;

—FA – внешняя осевая сила, действующая на вал;

—n – частота вращения кольца (как правило, частота вращения

вала);

—d -диаметр посадочной поверхности вала, который берут из компоновочной схемы;

—L'sa , L'sah – требуемый ресурс при необходимой вероятности

безотказной работы подшипника соответственно в млн. об. или в часах;

—режим нагружения;

—условия эксплуатации подшипникового узла (возможная перегрузка, рабочая температура и др.).

Условия работы подшипников весьма разнообразны и могут различаться по величине кратковременных перегрузок, рабочей температуре, вращению внутреннего или наружного кольца и др. Влияние этих факторов на работоспособность подшипников учитывают введением в расчет эквивалентной динамической нагрузки (формулы (6.9), (6.10)) и дополнительных коэффициентов.

Подбор подшипников качения следует выполнять в такой последовательности.

1. Предварительно назначают тип и схему установки подшипников.

2. Для назначенного подшипника определяют следующие данные:

—для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников с углом контакта 18° – значения базовых динамической Cr и статиче-

ской C0r радиальных грузоподъемностей (покаталогу подшипников);

— для шариковых радиально-упорных с углом контакта 18° –

значение Cr (по каталогу подшипников), по справочной таблице – значения коэффициентов нагрузок X и Y , коэффициента осевого нагружения e ;

— для конических роликовых – значение Cr (по каталогу подшип-

ников) и по справочной таблице определяют значения коэффициентов нагрузок X и Y , коэффициента осевого нагружения e .

327

3.Из условия равновесия вала и условия ограничения минимального уровня осевых нагрузок на радиально-упорные подшипники определяют осевые силы Fa1 и Fa2 .

4.Для подшипников шариковых радиальных, а также шариковых радиально-упорных с углом контакта 18° по справочной таблице в соответствии с имеющейся информацией находят значения X , Y и e в

5. Сравнивают отношение Fa с коэффициентом e и окончательно

но-упорных окончательно принимают определенные ранее (в п. 2 и 4) значения коэффициентов X и Y .

Здесь V – коэффициент вращения кольца:

V=1 при вращении внутреннего кольца подшипника относительно направления радиальной нагрузки;

V=1,2 при вращении наружного кольца.

6. Вычисляют эквивалентную радиальную динамическую нагрузку:

для шариковых радиальных и шариковых или роликовых радиально-

Значение температурного коэффициента KТ и коэффициента безопасности KБ определяют по соответствующим справочным таблицам.

Для подшипников, работающих при переменных режимах нагружения, задаваемых циклограммой нагрузок и соответствующими этим нагрузкам частотами вращения (рис. 6.30) следует вычислять эквивалентную динамическую нагрузку при переменном режиме нагружения:

где Pi и Li – постоянная эквивалентная нагрузка (радиальная или осевая) на i -м режиме и продолжительность ее действия в млн. об.

328

Если Li задана в часах (Lhi), то ее пересчитывают на млн. об. с

Если нагрузка на подшипник изменяется по линейному закону от Pmin до Pmax , то эквивалентная динамическая нагрузка равна:

В некоторых случаях в одной опоре устанавливают два одинаковых радиальных или радиально-упорных однорядных подшипника, образующих один подшипниковый узел. При этом пару подшипников рассматривают как один двухрядный подшипник.

При определении ресурса по формуле (6.33) вместо Cr подставляют базовую динамическую радиальную грузоподъемность Crсум ком-

плекта из двух подшипников:

329

Базовая статическая радиальная грузоподъемность такого комплекта C0rсум равна удвоенной номинальной грузоподъемности одного од-

При определении эквивалентной нагрузки Pr значения коэффициентов X и Y принимают как для двухрядных подшипников: для шарикоподшипников по табл. 6.5-6.8; для роликоподшипников – по табл. 6.8.

6.14. Смазка и уплотнения опор на подшипниках качения

6.14.1. Общие сведения

Смазка подшипников уменьшает трение, износ и нагрев рабочих поверхностей; обеспечивает отвод теплоты; предохраняет поверхности трения от загрязнения и коррозии; повышает плавность вращения валов и осей; уменьшает шум и в некоторой степени компенсирует колебания нагрузок.

Смазочные материалы разделяют на три вида:

—жидкие минеральные смазки, которые изготавливают из нефтяных и синтетических масел;

—эластичные смазки (консистентные пасты), получаемые сгущением жидких масел;

К основным свойствам, характеризующим качество смазочных веществ, относятся:

—вязкость или внутреннее трение масла (жидкости) – способность масла сопротивляться сдвигу смежных слоев при их относительном смещении; вязкость масел существенно падает с увеличением температуры;

—маслянистость, или активность смазки – способность масла образовывать на смазываемых поверхностях прочные (адсорбированные) пленки; маслянистость является основной характеристикой при работе опор в условиях граничного или полужидкостного трения;

—пентрация – характеризует густоту или консистентность мазей и, в частности, способность покачиваться через систему подачи.

К важным характеристикам масел относятся также температура вспышки и застывания, а мазей – температура разжижения.

330

Жидкие смазки по сравнению с консистентными смазками имеют следующие преимущества: меньший коэффициент трения и большую стабильность свойств; способны проникать в узкие зазоры, обеспечивают лучший отвод теплоты и удаление продуктов износа; допускают смену смазки без разборки опор. Однако жидкие смазки требуют более сложных уплотнений и регулярного наблюдения за подачей.

Консистентные смазки эффективны при невысоких скоростях, больших давлениях и рабочей температуре опор до 120°С, а также при переменном режиме работы и длительных перерывах в работе. Они лучше предохраняют опоры от коррозии.

С помощью присадок получают составные (компаундированные)

смазки, которые имеют высокую маслянистость и способны работать при большом перепаде температур.

При выборе смазки необходимо учитывать условия работы пар трения, характер и величину нагрузок, величину скорости, температурный режим, специфические требования.

Маловязкие масла применяют при низких температурах и высоких скоростях, и наоборот, чем больше нагрузка и выше температура, тем большую вязкость должно иметь масло.

331