Оборудование и принадлежности. 1. Стенд с испытуемым шарикоподшипником.

 

1. Стенд с испытуемым шарикоподшипником.

2. Индикатор ИЧ-10.

        

Теоретические положения

 

В приборостроении одним из критериев качества шарикоподшипника явля­ется величина момента сопротивления вращению. Момент сопротивления вра­щению шарикоподшипника зависит от большого числа независимых факторов, ввиду чего его точное вычисление затруднительно и он определяется на осно­вании эмпирических зависимостей.

В общем случае момент сопротивления вращению в шарикоподшипнике складывается из следующих основных составляющих:

- момент трения качения шариков по беговым дорожкам колец;

- момент трения скольжения шариков о сепаратор;

 - момент трения, связанный с сопротивлением смазки.

Кроме того, в той или иной степени присутствуют трение сепаратора о на­правляющие борта колец при базировании сепаратора по борту внутреннего или наружного кольца, трение скольжения-вращения шариков о дорожки каче­ния, и др.

Величина момента сопротивления вращению шарикоподшипника зависит от его размеров, от точности и качества изготовления шариков и беговых дорожек колец (дорожек качения), величины и направления действующих сил, от сте­пени приработки шарикоподшипника, качества и количества смазки. Значи­тельное влияние на момент сопротивления вращению оказывает загрязнение рабочих поверхностей шарикоподшипника.

Увеличение момента сопротивления вращению с ростом скорости вращения (при скоростях, не превышающих предельные) обычно бывает мало и во вни­мание не принимается. На рис.3 показана упрощенная схема образования ос­новной составляющей момента сопротивления вращению – момента трения качения, вызванного радиальной силой F_r.

Рисунок 3.1 – Упрощенная схема образования основной составляющей ­

момента сопротивления вращению

Под действием этой силы в местах каса­ния шарика 3 внутреннего и внешнего колец 1 и 4 образуются зоны упругой деформации колец и шарика – пятна контакта радиусом k₁ и k₂ с центрами в точках 1 и 2. Кольца шарикоподшипника принимаются плоскими, а величина радиуса k одинаковой. В этом случае радиус k представляет собой коэффициент трения качения. При перекатывании шарика в направлении w_ш нормальные силы F_n1 и F_n2 смещаются в точки б и в, т.е. на величину радиусов k. Так в первом приближении создаётся одна из составляющих момента сопротивления вращению - момент трения качения одного шарика, равный сумме произведений F_n1×k  и F_n2×k. Учитывая, что количество шариков i и нагрузка на них распределяется неравномерно и существует ещё много других составляющих момента сопротивления вращению. На практике для определения момента сопротивления вращению, вызываемого радиальной и осевой силами нагрузки пользуются эмпирическими формулами, которые дают приближённое (осредненное) значение момента сопротивления вращению.

Т=Т_o+(1,25 F_r+1,5 F_a) × f_k × D_o/d_ш,                (3.1)

где: Т - момент сопротивления вращению, Н×мм;

Т_o - собственный момент ненагруженного шарикоподшипника, Н×мм;

F_r - радиальная нагрузка на шарикоподшипник, Н;

F_a - осевая нагрузка на шарикоподшипник, Н;

f_k - коэффициент трения качения, мм (соответствует k на рис.3.2.);

D_o - диаметр окружности центров шариков, мм D_o = (D+d)/2;

d_ш- диаметр шариков, мм d_ш≈0,3(D-d).

    Число шариков i≈0.32(D+d)/(D-d)

Собственный момент сопротивления вращению шарикоподшипника Т_o за­висит от размеров и качества изготовления (класса точности) шарикоподшип­ника. Для шарикоподшипников 0-го и 6-го классов точности его можно рассчи­тать по эмпирической формуле Т_о=0,04×D_o Н×мм. Для шарикоподшипников 5-го, 4-го и 2-го классов точности он регламентирован и приводится в соответст­вующих таблицах.

Коэффициент трения качения для шарикоподшипников 0 и 6 классов точ­ности зависит условий нагружения и колеблется в пределах f_k=0,01...0,02 мм в зависимости от характера нагрузки (соотношение радиальной F_r и осевой F_a).

 

Методы измерения момента сопротивления вращению шарикоподшипников

Измерение момента сопротивления вращению приборных шарикоподшип­ников производится на специальных установках, конструкция которых зависит от положения оси вращения шарикоподшипников, частоты вращения, способа нагружения, метода измерения и т.д.

Основными методами измерений являются следующие:

- измерение динамических моментов сопротивления вращению в шарико­подшипниках методом свободного выбега при вертикальном и горизон­тальном положении оси;

- измерение момента трогания при вертикальном положении оси;

- измерение момента сопротивления вращению при горизонтальном поло­жении оси.

В зависимости от конструкции установки измерения могут производиться для одного шарикоподшипника или пары шарикоподшипников как без на­грузки, так и при различных условиях нагружения, наличия или отсутствия смазки и разных скоростях.

В настоящей лабораторной работе студентам предлагается практически оп­ределить момент сопротивления вращению шарикоподшипников методом сво­бодного выбега.

Для повышения достоверности результатов испытаний в лабораторной ус­тановке могут используются две методики: полного выбега и частичного вы­бега.

Первая методика заключается в том, что вращающаяся часть опорного узла разгоняется до определенной начальной скорости и регистрируется число пол­ных оборотов и время, за которое происходит ее полный останов. При этом мо­мент сопротивления вращению шарикоподшипника вычисляется по формуле

Т = (4*N*J) / t²                           (3.2)

где N - полное число оборотов до останова;

J - момент инерции вращающейся части кг×м²;

t - время от начала измерения до полного останова, сек.

Вторая методика основана на измерении нескольких значений угловой ско­рости вращающейся части опоры через определенные промежутки времени. При этом значительно сокращается время и повышается точность экспери­мента, что очень важно для высококачественных приборных шарикоподшип­ников. Момент сопротивления вращению шарикоподшипников в этом случае определяется для любого отрезка времени выражением

T = J×(ω₁ – ω₂) / (t₁ – t₂)                    (3.3)

где ω₁ и ω₂ - угловые скорости вращения испытуемого шарикоподшип­ника или подшипникового узла в моменты времени t₁ и t₂ (рисунок 3.2).

Рисунок 3.2. - График изменения угловой скорости шарикового шарикоподшип­ника во времени при испытании методом частичного выбега

Лабораторная установк а

Испытуемый шарикоподшипник 4 свободно устанавливается наружным кольцом в сменной оправке 3 на общем основании 1. Внутреннее кольцо шари­коподшипника крепится на специальной оправке (валике) 5 гайкой 7. На этой же оправке с помощью гайки 7 крепится кодовый диск 6 измерительной сис­темы, смонтированной на кронштейне. Измерительная система включает в себя кодовый диск 6 с прорезями или отверстиями, излучателя 9 и приемника свето­вой энергии 10.

Рисунок 3.2. - Схема установки

Тарированные грузы №1, №2 и другие создают нагрузку на шарикопод­шипник (момент инерции этих грузов обязательно должен учитываться в расчетах момента трения по формулам (3.2) и (3.3).

 

Порядок выполнения работы

1.Изучите основные теоретические сведения о шарикоподшипниках, описа­ние лабораторной установки и порядок выполнения работы.

2.Запишите основные формулы, начертите схему установки, подготовьте необходимые таблицы для оформления отчета.

3.Включите питание установки тумблером блока управления, нажмите кнопку питания и придайте вращение подвижному узлу установки.

4.Проведите три контрольных испытания, записывая каждый раз показа­ния счетчиков в таблицу результатов эксперимента.

5.Повторите контрольные испытания, установив сначала один, а затем два груза 11 с записью результатов эксперимента.

6.Проведите все необходимые расчеты и занесите результаты расчета в таблицу.

7.Постройте по трем точкам примерные графики изменения угловой ско­рости вращения шарикоподшипника без грузов, с одним грузом и с двумя грузами. Проанализируйте и объясните характер полученных графиков.

Содержание отчета

1. Титульный лист.

2. Цели и задачи выполнения работы.

3. Оборудование и принадлежности к работе.

4. Схема установки.

5. Результаты измерений.

6. Выводы.

Контрольные вопросы

 

1. Назначение шарикоподшипников.

2. Что такое «время выбега подшипника»?

3. Как определить момент сопротивления вращению подшипника?

4. Объясните результаты экспериментальных данных.

 

Лабораторная работа № 4

 

«Определение геометрических и конструктивных параметров валов и осей»

 

Цель работы: определить геометрические и конструктивные параметры валов и осей