Шариковые радиальные однорядные подшипники: конструкция, область применения, воспринимаемые нагрузки. проектный и проверочный расчеты радиальных подшипников

Применяют в опорах валов, в которых трение скольжения заменено трением качения, лишены недостатков, присущих опорам скольжения.

Подшипник качения состоит из:

наружного кольца 1 (наружное кольцо устанав­ливают в корпус машины) и

внутреннего кольца 2 (внутреннее кольцо устанав­ливают на вал);

тел качения 3 (шариков), катящихся по беговым дорожкам колец;

сепаратора 4– специальной детали, удерживающей тела качения на равных, постоянных расстояниях одно от другого. ГОСТ 3478-79 устанавливает в качестве основных параметров подшипников:

d – внутренний посадочный диаметр;

D – наружный посадочный диаметр;

B – ши­рина колец подшипника;

r – фаска на кольцах подшипника.

а – шариковый; б – роликовый

При проектировании машин подшипники качения для опор валов не конструируют, а выбирают по таблицам каталогов в зависимости от диаметров цапф валов, вида и величины нагрузок на опоры валов.

Для опор валов рекомендуют, прежде всего, рассмотреть возможность применения радиальных однорядных шарикоподшипников, как наиболее дешевых и простых в эксплуатации. Выбор другого типа подшипников должен быть строго обоснован.

Широкое распространение шариковых радиальных однорядных подшипников объясняется их способностью воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки. Любой шариковый радиальный однорядный подшипник можно нагрузить осевой силой, не превышающей 70% от неиспользованной радиальной нагрузки.

Для опор валов цилиндрических прямозубых и косозубых колес в редукторах общего назначения применяют, чаще всего, шариковые радиальные однорядные подшипники. Первоначально выбирают подшипники легкой серии. Если при последу­ющем проверочном расчете грузоподъемность подшипника окажется не­достаточной, то выбирают подшипник средней серии. При чрезмерно больших размерах шарикоподшипников применяют роликовые подшипники.

Они допускают небольшие перекосы (до 0,5град) и могут воспринимать осевые нагрузки в пределах до 70% от неиспользованной радиальной.

Проектный расчет подшипников: Выбор подшипников качения для опор валов машины производят по приведенной (эквивалентной) нагрузке на опору P_e и заданному базовому ресурсу долговечности подшипника L_10аh, соответствующему 90% – ной надёжности,по зависимости: ,

где С_расч, С – расчетное и стандартное (из каталога подшипников)

зна­чения динамической грузоподъемности подшипника, соответственно; кН.

Эквивалентную динамическую нагрузку определяют по следующим зависимостям:

а) для радиальных однорядных и радиально–упорных шариковых и роликовых подшипников: Р_е = (X ^.V ^.Рr + Y ^.Рa)×K_Т ×K_Б ,

б) для радиальных подшипников с короткими цилиндрическими роликами: P_e = X ^.V ^.Рr × K_Т × K_б,

Величина осевой силы Si, возникающей в опоре вала, зависит от типа подшипника, его размеров и радиальной нагрузки на опору R. Для радиальных и радиально–упорных шарикоподшипников (рис. 3.10, а) осевую составляющую S радиальной нагрузки на опору вала Ri вычисляют по формуле: Si =e× Ri.

восприятия радиальных нагрузок, а также осевых нагрузок в обоих направлениях, особенно при увеличенных радиальных зазорах. При этом осевые нагрузки могут достигать 70% неиспользованной радиальной.

 

Условие пригодности подшипника по долговечности:

Если подшипники выбраны по конструктивным соображениям, то правильность выбора подшипников проверяют расчетом их долговечности или ресурса рабо­тоспособности. В результате этого расчета определяют: сколько часов выдержит подшипник при эквивалентной нагрузке на него и при заданной частоте вращения.

Условие пригодности подшипника по долговечности:

где L _sah – фактическая долговечность подшипника;

[ L_sah ] – допускаемая долговечность подшипника.

Долговечность подшипников должна быть согласована с долговечностью машины, которая колеблется в очень широких пределах в зависимости от:

назначения машины, степени напряженности её рабочих органов, ус­ловий эксплуатации и

сроков технического устаревания.

В зависимости от условий эксплуатации допускаемую долговечность выбирают из диапазона: [ L _sah ] = 4 000… 100 000 ч [4, c. 343].

Фактическую долговечность подшипника рассчитывают по зависимости [4, c. 343]:

, (3.12)

где С _r – базовая динамическая радиальная грузоподъемность, кН;

n – частота вращения кольца подшипника, об /мин;

m – показатель степени; m = 3 для шариковых подшипников,

m =10/3 для роликовых подшипников;

а₁ – коэффициент надежности;

а₂₃ – коэффициент, учитывающийспецифические условия эксплуатации подшипника; например: перекосы колец, вид плавки металла деталей подшипника.

 

Подшипники обладают значительной быстроходностью при соответствующих конструкциях, материале сепаратора и соответствующем смазывании.

Радиальные шарикоподшипники фиксируют положение вала относительно корпуса в обоих направлениях. Не являясь самоустанавливающимися, эти подшипники допускают без уменьшения долговечности лишь небольшие перекосы валов в опоре (до 0,5°), величина которых зависит от внутренних зазоров. При этом подшипники должны вращаться с небольшой частотой. Число конструктивных разновидностей данных подшипников достаточно велико, и большинство их стандартизировано.

Для упрощения осевого крепления подшипники могут изготавливаться с кольцевой канавкой на наружном кольце, в которую при монтаже вставляется установочное пружинное кольцо.

С целью упрощения и удешевления эксплуатации изготавливают подшипники закрытого типа с одноразовой закладкой смазки. Эти подшипники выпускаются в двух исполнениях: с защитными металлическими шайбами и резинометаллическими уплотнениями. Уплотнения могут устанавливаться также и с одной стороны.

Разнообразны и конструкции сепараторов радиальных шарикоподшипников. Наиболее распространенной является змейковая конструкция из двух стальных полусепараторов, соединенных заклепками.

Для специальных условий работы нашли применение массивные сепараторы из латуни, текстолита и полиамидов.

42. расчет радиально-упорных шарикоподшипников: особенности восприятия и передачи нагрузок, зависимости проектного и проверочного расчетов.

По действию воспринимаемой нагрузки ПК качения разделяются на радиальные, упорные и радиально-упорные. Радиально-упорные шариковые ПК предназначаются для одновременного восприятия радиальных и осевых нагрузок одного направления. Они могут воспринимать и чисто осевые нагрузки. Способность воспринимать осевую нагрузку определяется величиной β-угла контакта шариков с наружным кольцом. С увеличением этого угла возрастает осевая грузоподъемность, но радиальная снижается. Опоры червяка в силовых червячных передачах нагружены значительными осевыми силами, при длительной непрерывной работе передачи в качестве опор червяка используют радиально-упорные шариковые под­шипники с целью снижения тепловыделений. Валы монтируют на радиально–упорных шариковых, устанавливаемых враспор, если подшипники нагружены радиальными и значительными осевы­ми силами обоих знаков. Проектный расчет подшипников качения: Выбор подшипников качения для опор валов машины производят по приведенной (эквивалентной) нагрузке на опору P_e и заданному базовому ресурсу долговечности подшипника L_10аh, соответствующему 90% – ной надёжности,по зависимости: ,Эквивалентную динамическую нагрузку определяют по следующим зависимостям:

а) для радиально–упорных шариковых подшипников: Конструкция радиально–упорных подшипников способствует возникновению в опорах вала осевых сил Si под действием радиальных нагрузок на подшипник. Величина осевой силы Si, возникающей в опоре вала, зависит от типа подшипника, его размеров и радиальной нагрузки на опору R. Для радиально–упорных шарикоподшипников осевую составляющую S радиальной нагрузки на опору вала Ri вычисляют по формуле:

S = e*R,

где е – коэффициент осевого силы, зависящий от угла контакта подшипника a. Радиальная реакция G_r радиально – упорного подшипника приложена к валу в точке пересечения нормали к середине поверхности контакта тела качения с наружным кольцом подшипника и осевой линии вала, т.е. на расстоянии “ k ” от торца наружного кольца подшипника: для радиально–упорных шарикоподшипников 5 [ B+ 0,5(D + d)× tga ];Таким образом, полная осевая реактивная нагрузка на рассчитываемый подшипник Рai зависит от типа подшипника (т.е. от силы Si), радиальной реакции опоры r i и осевой силы на вал Fa.

Условие пригодности подшипника по долговечности:

[ L_h ] > 4000…100000 ч

Схемы установки подшипников качения на валы передач. область применения каждой схемы. что такое «фиксирующая» опора? в каких схемах установки подшипников качения на валы используют «фиксирующие» опоры? какие нагрузки эти опоры могут воспринимать? какова конструкция «фиксирующей» опоры?

В большинстве случаев валы в механических передачах должны быть зафиксированы в опорах от осевых перемещений. По способности фиксировать осевое положение вала все опоры делят на фиксирующие и плавающие опоры. Фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях и воспринимает не только радиальную, но и осевую нагрузку любого знака. Плавающая опора не ограничивает осевого перемещения вала и воспринимает только радиальные усилия. Схемы установки подшипников в опорах валов передач: враспор и врастяжку – обе поры вала являются фиксирующими, осевое фиксирование происходит в обеих опорах, но одного знака, такая схема подходит для валов не боле 350мм; схемы, когда опора 1 является фиксирующей, а вторая опора вала – плавающая(< ------= или < >----=). При схеме враспор или в растяжку осевое фиксирование валов по этим схемам происходит в обеих опорах, но в каждой опоре ограничение осевых перемещений вала осуществляется только в одном направлении. Каждая опора этих валов способна воспринимать осевую силу только одного знака (направления).При установке вала на опорах по схеме врастяжку) вероятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при удлинении вала осевой зазор в подшипниках увеличивается. Поэтому расстояние между опорами может быть не­сколько больше, чем для схемы враспор: до (8...10)d. Более длинные валы устанавливать по схеме врастяжкуне рекомендуют, так как из-за температурных деформаций вала в подшипниках могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников. Схемы опор валов, когда одна из опор является фиксирующей, а другая плавающей используют при любом расстояния между опорами. Регулирования зазоров в подшипниках, установленных по этим схемам, не требуется. Осевую фиксацию вала < ----= широко используют в коробках передач, редукторах и в качестве опор приводных валов ленточных и цепных конвейеров. Осевую фиксацию валов < >----= применяют в цилиндрических, конических, зубчатых и червячных передачах. Регулирование зазоров в подшипниках, установленных по схемамвраспор, врастяжку и < >---= происходит за счет перемещений внутренних или наружных колец подшипников Валы монтируют на радиально–упорных шариковых или роликовых подшипниках, устанавливаемых враспор, если подшипники нагружены радиальными и значительными осевыми силами обоих знаков. Такая конструкция опорных узлов допустима при величине угла контакта подшипника до 12° и расстоянии между опорами вала не более: ,где С – эмпирический коэффициент; С = 35 мм^1/2 для узлов с шариковыми радиально–упорными подшипниками; С = 50 мм¹/² для узлов на конических роликоподшипниках; d_п – ди­аметр вала под подшипником, мм.Осевой зазор в таких узлах регулируют при сборке наборами тонких металличе­ских прокладок, устанавливаемыми между корпусом и фланцем под­шипниковой крышки (каждая прокладка имеет толщину 0,05...0,50 мм). При расстоянии между опорами вала, превышающем рассчитанное по ф. (3.2), одну опору выполняют фиксирующей (например, два радиально–упорных подшипника, установленных враспор), а другую опору конструируют плавающей.

 

Какие схемы установки подшипников качения на валы передач вам известны? Какова область применения каждой схемы? Что такое «плавающая» опора? В каких схемах установки подшипников качения на валы используют «плавающие» опоры? Какие нагрузки эти опоры могут воспринимать? Какова конструкция «плавающей опоры»?

Подшипники устанавливают на вал по схемам: враспор, врастяжку, опора 1 является фиксирующей, а вторая опора вала – плавающая.

При расстоянии между опорами вала L до 350 мм широко используют схемы установки подшипников враспор (см. рис. 3.4, а) и врастяжку (см. рис. 3.4, б). Осевое фиксирование валов по этим схемам происходит в обеих опорах, но в каждой опоре ограничение осевых перемещений вала осуществляется только в одном направлении. Каждая опора этих валов способна воспринимать осевую силу только одного знака (направления).

При установке вала на опорах по схеме врастяжку (см. рис. 3.4, б) ве­роятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при удлинении вала осевой зазор в подшипниках увеличивается. Поэтому расстояние между опорами может быть не­сколько больше, чем для схемы враспор: до (8...10)d. Более длинные валы устанавливать по схеме врастяжкуне рекомендуют, так как из-за температурных деформаций вала в подшипниках могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников.

Схемы опор валов, показанные на рис. 3.4, в, г, используют при любом расстояния между опорами. Регулирования зазоров в подшипниках, установленных по этим схемам, не требуется.

Осевую фиксацию вала по схеме“в” широко используют в коробках передач, редукторах и в качестве опор приводных валов ленточных и цепных конвейеров.

Осевую фиксацию валов по схеме “г” применяют в цилиндрических, конических, зубчатых и червячных передачах.

 

а, б – обе опоры вала являются фиксирующими (враспор и врастяжку); в, г – опора 1 является фиксирующей, а вторая опора вала – плавающая.

Осевую фиксацию вала по схеме “в ” широко используют в коробках передач, редукторах и в качестве опор приводных валов ленточных и цепных конвейеров.

Осевую фиксацию валов по схеме “г ” применяют в цилиндрических, конических, зубчатых и червячных передачах.

По схеме «б» - для первого вала конической передачи, червячные передачи.

По схеме «а» - при фиксации вала червяка, широко применяют при относительно коротких валах.

Плавающая опора не ограничивает осевого перемещения вала и воспринимает только радиальные усилия.

«Плавающая» опора воспринимает только радиальные нагрузки.

«Плавающая» опора используется в схеме «в» и «г».

В плавающих опорах валов часто используют роликопод­шипники радиальные без бортов на одном из колец (см. рис. 3.5). Эти подшипники очень чувствительны к осевым перемещениям вала. Наружные и внутренние кольца подшипников закрепляют в корпусе и на валу с обеих сторон (каждое кольцо). “Плавание” вала происходит за счет его перемещения относительно колец без бортов.

45. Обоснуйте конструкцию опор входного вала редуктора на фиксирующей и плавающей опорах. Для каких передач и каких условий работы редуктора эта схема может быть рекомендована, что такое «плавающий» вал? каковы его область применения и конструкция опор?

Схемы опор валов, показанные на рис. 3.4, в, г, используют при любом расстояния между опорами. Регулирования зазоров в подшипниках, установленных по этим схемам, не требуется.

Осевую фиксацию вала по схеме“в” широко используют в коробках передач, редукторах и в качестве опор приводных валов ленточных и цепных конвейеров.

Осевую фиксацию валов по схеме “г” применяют в цилиндрических, конических, зубчатых и червячных передачах.

Фиксирующая опора вала:

При расстоянии между опорами вала L до 350 мм широко используют схемы установки подшипников враспор и врастяжку. Осевое фиксирование валов по этим схемам происходит в обеих опорах, но в каждой опоре ограничение осевых перемещений вала осуществляется только в одном направлении. Каждая опора этих валов способна воспринимать осевую силу только одногознака (направления).

При установке вала на опорах по схеме врастяжку ве­роятность защемления подшипников вследствие температурных деформаций вала меньше, так как при удлинении вала осевой зазор в подшипниках увеличивается.

Поэтому расстояние между опорами может быть не­сколько больше, чем для схемы враспор: до (8...10)d. Более длинные валы устанавливать по схеме врастяжку не рекомендуют, так как из-за температурных деформаций вала в подшипниках могут появиться большие осевые зазоры, недопустимые для радиально-упорных подшипников.

Эта схема может быть рекомендована для червячных, конических, цилиндрических передач.

Плавающая опора вала:

В редукторах с цилиндрическими шевронными колесами (или со сдвоенными косозубыми колесами) подшипники одного вала фиксируют относительно корпуса в осевом направлении, а другой вал устанавливают на плавающих опорах. Это позволяет зубьям парных колёс самоустанавливаться друг относительно друга, компенсируя погрешности изготовления и монтажа передачи.

В плавающих опорах валов часто используют роликопод­шипники радиальные без бортов на одном из колец. Эти подшипники очень чувствительны к осевым перемещениям вала. Наружные и внутренние кольца подшипников закрепляют в корпусе и на валу с обеих сторон (каждое кольцо). “Плавание” вала происходит за счет его перемещения относительно колец без бортов.

Применяется в шевронных или косозубых зубчатых передачах.

Плавающим называют вал, у которого обе опоры являются шарнирно– подвижными (плавающими). Этот вал имеет возможность перемещаться в осевом направлении в обоих направлениях.

В этом случае обеспечивается возможность самоустановки плавающего вала относительно другого вала, зафиксированного от осевых перемещений. Такая самоустановка необходима в шевронных или косозубых зубчатых передачах, представляющих собой разделенный шеврон.