Лекция № 10

10.1 Трение в подшипнике качения

При вращении внутреннего кольца подшипника с угловой скоростью ω и при неподвижном наружном кольце относительным движением шарика является его вращение вокруг мгновенного центра вращения – точки K2 касания шарика с наружным кольцом.

Рассмотрим соотношения скоростей между телами качения и дорожками подшипника в соответствии с обозначениями рисунка. Сепаратор вращается в том же направлении, что и внутреннее кольцо.

где - окружные скорости точки шарика К₁ и центра шарика О, d_в – внутренний диаметр внутреннего кольца; d_о – диаметр окружности, проходящий через центры шариков;

d_ш – диаметр шарика; ω_ш – угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси;

ω₀ – угловая скорость шарика при вращении вокруг вала.

Погрешности в диаметрах шариков приводит к изменению значений ω_0, при этом крупные шарики тормозят, а мелкие ускоряют движение. Между шариком и сепаратором возникают силы трения, увеличивающие износ. Кроме того, при действии радиальных нагрузок контакт шарика с внутренними кольцами происходит не в точке, а по некоторой площадке аК1а. При этом v_AK > v_Аш. В результате имеет место трение скольжения между шариком и внутренним кольцом.

Составляющие трения в подшипнике качения:

- трение качения – трение шарика при качении по кольцу;

- трение скольжения;

- трение о смазку.

Зависимость изменения работы, затрачиваемой на преодоление трения от радиального усилия, представлена на рисунке. Отрезок ab соответствует трению от наличия смазки (кривая 1), отрезок bc – трению о сепаратор (кривая 2), отрезок cd – трению тел качения о беговые дорожки колец (кривая 3). Из рисунка видно, что момент трения определяется в основном перекатыванием шариков по беговым дорожкам.

Предположим, что вращается внутреннее кольцо под действием внешнего момента М

с ω = const. При перекатывании шариков и действии нагрузок F_i на площадках аK₁a и бK2б контакта шарика с кольцами возникает нормальное давление. Нормальные давления F_Ni смещены относительно K₁ и К₂ в зоны возрастания упругих деформаций. Смещение равно коэффициенту трения К. В условиях трения без скольжения возникают касательные силы трения. При установившемся режиме движения внешний момент равен моменту трения.

Точный расчет M_тр очень сложен и затруднен наличием многих факторов, поэтому в инженерной практике пользуются эмпирическими зависимостями.

При радиальной нагрузке:

,

При осевой нагрузке:

,

.

M₀ = 0,004 D_0,

Где f – коэффициент трения качения:

при радиальной нагрузке f = 0,01 – 0,02;

при осевой нагрузке f = 0,03 – 0,04.

В упорных подшипниках:

12.3. Посадки колец подшипника качения.

Присоединительными размерами подшипника качения являются диаметр внутреннего кольца d и диаметр наружного кольца D.

Допуски на присоединительные размеры подшипников качения отличаются от стандартных допусков на обычные детали цилиндрической формы и устанавливаются специальным стандартом ГОСТ 520-71.

При выборе посадок для подшипников качения необходимо обеспечить неподвижное соединение кольца подшипника с вращающейся частью устройства, которое передает усилие на подшипник. При этом натяг, создаваемый посадкой должен быть минимальным, чтобы деформация кольца не повлияла на изменение внутренних зазоров между телами качения и кольцами. Второе кольцо подшипника, которое сопрягается с неподвижной частью устройства, должно иметь посадку, обеспечивающую либо малый натяг, либо небольшой зазор.

Посадка подшипника на вал осуществляется по системе отверстия, а в корпус - по системе вала. В условном обозначении на чертежах указывают только поля допусков валов и отверстий в корпусах, а поля допусков колец подшипника не указывают (например, Ǿ5L0/k6 – для вала, Ǿ10 H7/l0 - для отверстия в корпусе).

Характер посадки определяется видом нагрузки - местным, циркуляционным и колебательным:

• при местной нагрузке кольцо воспринимает постоянную по направлению радиальную нагрузку, действие которой ограничено некоторой площадкой на дорожке качения. При циркуляционной - кольцо воспринимает радиальную нагрузку последовательно по всей длине дорожки качения.

• при колебательной - радиальная нагрузка воспринимается последовательно точками ограниченного участка дорожки качения.

• при циркуляционном нагрузке на кольца устанавливаются с небольшим натягом, чтобы исключить проворот относительно вала и корпуса.

При местной нагрузке применяются посадки с зазором, при колебательной –

переходные посадки.

В соответствии со стандартом ГОСТа рекомендуются следующие отклонения и квалитеты:

- с зазором (S): h6, g6, f6, H7, G7, H8;

- с натягом (N): k6, k7;

- переходные: js6, Js7.