Лекция 14 11.2. Подшипники качения

Лекция 14
11.2. Подшипники качения
Подшипники качения являются наиболее распространенным
видом опор вращающихся деталей механизмов и машин. В отличие
от подшипников скольжения в них реализовано трение качения.
Подшипник качения состоит из следующих деталей: наружного
1 и внутреннего 2 колец, тел качения 3 и сепаратора 4, разделяющего
тела качения (рис.11.4).
Тела качения перемещаются по тщательно
обработанным
беговым дорожкам, выполненным на кольцах.
1
2
3
4
Рис. 11.4. Устройство шарикового подшипника качения
Подшипники качения имеют ряд преимуществ перед
подшипниками скольжения: меньшее сопротивление при умеренных
частотах вращения, низкую стоимость, взаимозаменяемость, простое
техническое обслуживание.
К недостаткам
подшипников качения относят большие
радиальные габариты, меньшую радиальную жесткость, низкую
долговечность при высоких частотах вращения.
Подшипники классифицируют по следующим признакам: по
форме тел качения, по направлению воспринимаемых нагрузок, по
способности самоустанавливаться, по числу рядов тел качения.
По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые
(рис. 8.5, а, б, в, з) и роликовые (рис. 8.5, г, д, е, ж). В свою очередь
роликовые
подшипники
разделяются
на
подшипники
с
цилиндрическими роликами (рис. 8.5, г), с коническими (рис. 8.5, д),
бочкообразными (рис. 8.5, е), игольчатыми (рис. 8.5, ж) роликами.
1
Рис. 8.5. Типы подшипников качения
По способу самоустанавливаться подшипники подразделяют на
самоустанавливаемые (рис. 8.5, б, е), допускающие поворот
внутреннего
кольца
относительно
наружного,
и
не
самоустанавливаемые (рис. 8.5, а, в, г, д, ж, з).
По числу рядов подшипники выполняют однорядные (рис. 8.5, а,
в, г, д, ж, з), двухрядные (рис. 8.5, б, е) и четырехрядные.
Подшипники одного
и того же диаметра отверстия по
габаритным размерам подразделяют на серии: сверхлегкую 1, особо
легкую 2, легкую 3, легкую широкую 4, среднюю 5, среднюю
широкую 6 и тяжелую 7 (рис.8.6).
Промышленность изготавливает подшипники пяти классов
точности: 0, 6, 5, 4 и 2 в порядке увеличения точности. В общем
машиностроении применяют подшипники класса точности 0 и 6.
Обозначения. В условных обозначениях приводят внутренний
диаметр подшипника, его серию, тип, конструктивные особенности и
класс точности. Первые две цифры справа указывают внутренний
посадочный диаметр d подшипника (рис.8.5, а). Для подшипника с d
= 20…495 мм диаметр определяют умножением двух крайних справа
цифр на 5. Третья цифра справа указывает серию (рис. 8.6). Четвертая
цифра характеризует тип подшипника: 0 – радиальный шариковый, 1
2
– радиальный шариковый сферический, …, 6 –шариковый радиальноупорный, 7 – роликовый конический и т. д. Пятая или пятая и шестая
цифры в обозначении подшипника обозначают его конструктивные
особенности. Класс точности подшипника ставят через тире перед
обозначением, нуль не пишут.
7
5
6
1
2
3
3
Рис.8.6. Серии подшипников качения
Основные виды повреждений и расчет подшипников
качения. Наиболее часто подшипники выходят из строя из-за
усталостного выкрашивания беговых дорожек и тел качения под
действием переменных контактных напряжений.
Абразивный износ распространен в подшипниках, не имеющих
надежной защиты от окружающей среды.
Под действием больших перегрузок на телах качения и беговых
дорожках могут образовываться лунки и вмятины.
Разрушение деталей подшипника качения связаны с
отступлением от требований технических условий на эксплуатацию.
Подшипники рассчитывают по критериям динамической и
статической грузоподъемности.
Экспериментальными исследованиями установлена следующая
зависимость между суммарным числом миллионов оборотов L до
появления признаков усталости и эквивалентной нагрузкой P
q
C
L  ,
P
(11.4)
где C - динамическая грузоподъемность - постоянная нагрузка,
которая подшипник может выдержать в течение одного миллиона
оборотов при вероятности безотказной работы 90 %;
3
q - показатель степени, q = 3 для шариковых подшипников, q =
10 / 3 - для роликовых подшипников.
Подшипник качения часто подвергаются одновременному
воздействию радиальных и осевых сил, постоянных или переменных
нагрузок, температурному воздействию. Все эти факторы влияют на
работоспособность подшипника и должны учитываться при
определении приведенной нагрузки.
Эквивалентную нагрузку рассчитывают по зависимости
(11.5)
P  ( X  V  R  Y  A)  K   K T ,
где X, Y - коэффициенты приведения радиальной и осевой нагрузок;
V - коэффициент вращения кольца подшипника, при вращении
внутреннего кольца V = 1, при вращении наружного кольца V = 1,2;
R, A - радиальная и осевая нагрузки на подшипник;
К, КТ - коэффициент безопасности и температурный коэффициент.
Расчет ресурса в часах подшипника качения вычисляют по
зависимости
q
106  C 
Lh 
  ,
60  n  P 
(11.6)
где n - частота вращения кольца подшипника.
Конструкции подшипниковых узлов. Узел подшипника
обычно состоит из
корпуса,
подшипника, деталей для
фиксирования, а также устройства для смазывания. Он должен
обеспечить восприятие радиальных и осевых сил, а также исключить
осевое
смещение вала,
нарушающее нормальную работу
сопряженных деталей (зубчатых и червячных колес, червяков,
уплотнений и др.). Это достигается за счет крепления подшипников
на валах и фиксация их в корпусе.
Посадки внутренних колец на вал осуществляется в системе
отверстия, когда у внутреннего кольца поле допуска постоянное, а
посадку получают за счет изменения поля допуска вала (L0/к6,
L6/m6, L0/n6).
Посадка наружного кольца в корпусе осуществляется в системе
вала, когда поле допуска у кольца постоянное, а посадка получается
за счет поля допуска отверстия под подшипник (Н7/l0, K7/l6, H6/l0).
Конструкции подшипниковых узлов должны исключать
заклинивания тел качения при действии осевой нагрузки, теплового
расширения валов, погрешностей изготовления. В связи с этим
возник4
ла необходимость фиксации валов в опорах. Наибольшее
распространение получили два способа фиксации валов.
Первый способ состоит в том, что осевую фиксацию вала
выполняют в одной опоре, а другую опору делают плавающей.
Другой способ основан на осевой фиксации вала в двух опорах
(в распор или врастяжку) с гарантированным тепловым зазором
0,2...0,3 мм. При этом каждая опора воспринимает осевую нагрузку
только в одном направлении. Тепловой зазор регулируется
прокладками между корпусом и кольцом подшипника, кольцами или
другими устройствами.
11.3. Уплотнительные устройства
В целях защиты от попадания абразивных частиц из окружающей
среды и для предотвращения вытекания смазочного материала,
подшипниковые узлы снабжают уплотняющими устройствами. По
принципу действия уплотняющие устройства (рис. 11.7) разделяют
на:
- контактные манжетные и сальниковые, применяемые при
средних (v < 10 м/с) и низких (v < 5 м/с) скоростях и обеспечивающие
защиту за счет плотного контакта деталей в уплотнениях;
- бесконтактные щелевые и лабиринтовые уплотнения,
применяемые без ограничения скоростей и осуществляющие защиту
благодаря сопротивлению протеканию жидкого смазочного
материала или газа через узкие щели;
- бесконтактные центробежные, основанные на отбрасывании
центробежными силами смазочного материала;
- комбинированные, сочетающие уплотнения, основанные на
двух указанных принципов.
Манжетные уплотнения (рис. 11.7, а) выполняют в виде
кольцевых
манжет,
обычно
из
армированной
резины,
устанавливаемых в корпусе с натягом и прижимающихся к валу под
действием сил упругости самой манжеты и специальной пружины.
Сальниковое уплотнение (11.7, б) представляет собой кольцо
прямоугольного сечения из технического войлока-фетра, вставляемое
в кольцевой, обычно трапециевидный, паз и поджимаемое к валу
силами упругости или пружиной.
5
а
б
г
ж
в
д
з
е
и
к
Рис. 8.7. Уплотнительные устройства
Лабиринтное уплотнение (рис. 8.7, в) является наиболее
совершенное для работы на высоких скоростях. Малые зазоры
выбирают порядка 0,2…0,5 мм и заполняют пластичным смазочным
материалом.
Щелевые уплотнения выполняют преимущественно в виде
кольцевых щелей без проточек (рис.8.7, ж) или с проточками (рис.
8.7, з). Защитное действие щелевых уплотнений незначительное.
Применяются в качестве внутренних уплотнений.
Центробежные уплотнения (рис. 8.7, и, к) просты, но не
обеспечивают эффективной защиты, поэтому их применяют в
качестве внутренних уплотнений.
Хорошую защиту осуществляют комбинированные уплотнения,
в частности лабиринтное и щелевое (рис.8.7, г), сальниковое и
щелевое (рис.8.7, д), лабиринтное и сальниковое (рис.8.7, е).
6