Подбор и расчет подшипников качения




МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Московский государственный университет дизайна и технологии

Новосибирский технологический институт

Московского государственного университета

Дизайна и технологии (филиал)

(НТИ МГУДТ (филиал))

Кафедра механики и инженерной графики

(МиИГ)

 

 

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

 

методические указания к лабораторной работе

по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

 

 

по специальности: 150406.65 – Машины и аппараты текстильной и

лёгкой промышленности

 

по направлению: 260900.65 – Технология и конструирование изделий

лёгкой промышленности

по специальностям: 260901.65 - Технология швейных изделий;

260902.65 - Конструирование швейных изделий;

260904.65 - Технология кожи и меха;

260905.65 - Технология изделий из кожи;

260906.65 - Конструирование изделий из кожи

 

 

Новосибирск – 2010

 

Автор к.т.н., доцент М.А. Ланцевич

Рецензент д.т.н., профессор Ю.И. Подгорный

 

 

Зав. Кафедрой механики и

инженерной графики к.т.н., доцент В.Ф. Ермолаев

 

 

Методические указания. – Новосибирск: НТИ МГУДТ (филиал), 2010.- 25 с.


Цель работы

Практическое изучение различных конструкций подшипников качения, методики их расчета и подбора.

 

Содержание работы

Расшифровка условного обозначения подшипников качения, определение области их применения, установление основных геометрических параметров и вычерчивание подшипников качения с указанием всех размеров, подбор подшипников качения и выполнение проверочного расчета на долговечность.

 

Оборудование и инструмент

1) Набор подшипников качения

2) Штангенциркуль

3) Каталог подшипников качения

4) Плакаты

 

Теоретический материал

4.1 Общие сведения

Подшипники качения предназначены поддерживать вращающиеся валы и оси в пространстве, обеспечивая им возможность свободного вращения или качания, и воспринимать действующие на них нагрузки. Кроме осей и валов подшипники качения могут поддерживать детали, вращающиеся вокруг неподвижных осей, например, блоки, шкивы и др.

Подшипники качения стандартизованы и выпускаются промышленностью в массовых количествах в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 1 мм до 5 м и с диаметром шариков от 0,35 мм до 203 мм, и массой от долей грамма до нескольких тонн.

Подшипники качения (см. рисунок 1) в большинстве случаев состоят из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2, тел качения 3 (шариков или роликов), сепаратора 4. В некоторых подшипниках качения для уменьшения их габаритов одно или оба кольца отсутствуют, а в некоторых отсутствует сепаратор.

 

  Рисунок 1 – Шариковый радиальный подшипник

 

По сравнению с подшипниками скольжения, подшипники качения имеют следующие достоинства: меньшие моменты сил трения; малая зависимость моментов сил трения от скорости; небольшой нагрев; незначительный расход смазки; малую ширину; значительно меньший расход цветных металлов; менее высокие требования к материалу и к термической обработке валов; значительно меньшие пусковые моменты.

К недостаткам подшипников качения относятся: чувствительность к ударным нагрузкам; относительно большие радиальные размеры; высокая стоимость при производстве уникальных подшипников; высокие контактные напряжения и поэтому ограниченный срок службы; меньшая способность демпфировать колебания.

 

4.2 Классификация подшипников качения

Подшипники качения по виду воспринимаемой нагрузки делятся на радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные.

В зависимости от формы тел качения, подшипники делятся на шариковые и роликовые. Ролики бывают: цилиндрические короткие, длинные, витые, конические, бочкообразные, игольчатые.

По числу рядов тел качения подшипники различают однорядные, двухрядные, трехрядные и четырехрядные.

По способу самоустановки подшипники качения подразделяются на несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся (сферические).

По грузоподъемности подшипники качения подразделяются на различные серии: сверхлегкие, особолегкие, легкие, средние, тяжелые, а по ширине на узкие, нормальные, широкие, особоширокие.

 

4.3 Основные типы подшипников качения

4.3.1 Шариковые подшипники

4.3.1.1 Радиальные, однорядные шариковые подшипники (см. рисунок 2 а) в основном предназначены для восприятия радиальных нагрузок, но могут воспринимать и осевую нагрузку в обе стороны до 70 % от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки, поэтому эти подшипники можно применять для фиксации вала или корпуса в осевом направлении. Допускают перекос осей колец подшипника на угол не более 0,25°.

4.3.1.2 Радиальные, двухрядные, сферические шариковые подшипники (см. рисунок 2 б) предназначены для восприятия радиальных нагрузок в условиях возможных значительных перекосов колец подшипников (до 2 - 3°). Подшипники допускают осевую фиксацию вала в обе стороны с нагрузкой до 20% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Дорожку качения наружного кольца выполняют по сферической поверхности описанной из центра подшипника, что обеспечивает подшипнику самоустанавливаемость, поэтому их можно применять в узлах машин с отдельно стоящими корпусами при несовпадении осей посадочных мест под подшипники или в качестве опор длинных, прогибающихся от действия нагрузок, валов.

4.3.1.3 Радиально-упорные шариковые подшипники (см. рисунок 2 в) предназначены для восприятия совместно действующих радиальных и односторонних осевых нагрузок. Могут воспринимать чисто осевую нагрузку.

 

Рисунок 2 – Шариковые подшипники

 

 
Рисунок 3 – Роликовые подшипники

 

 

 


Один из бортов наружного или внутреннего кольца срезан почти полностью, что позволяет закладывать в подшипники на 45% больше шариков того же диаметра, чем в обычные радиальные подшипники, что способствует повышению их грузоподъемности.

Подшипники по конструктивным особенностям выполняют с расчетными углами контакта шариков с кольцами = 12° (тип 36000), = 26° (тип 46000) и = 36° (тип 66000). Радиально-упорные подшипники применяют в опорах жестких коротких валов и в опорах, требующих регулировки внутреннего зазора в подшипниках.

Подшипники, у которых угол контакта = 45° называются упорно-радиальными.

4.3.1.4 Упорные шариковые подшипники (см. рисунок 2 г) предназначены для восприятия односторонних осевых нагрузок. На горизонтальных валах они работают хуже, чем на вертикальных валах и требуют хорошей регулировки или поджатия колец пружинами. Упорные подшипники часто устанавливают в одном корпусе в паре с радиальными подшипниками.

 

4.3.2 Роликовые подшипники

4.3.2.1 Радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами (см. рисунок 3 а) предназначены для восприятия больших радиальных нагрузок. Их грузоподъемность на 70 % выше грузоподъемности однорядовых радиальных шариковых подшипников одинакового типоразмера. Подшипники легко разбираются в осевом направлении, допускают некоторое осевое взаимное смещение колец, что облегчает монтаж и демонтаж подшипниковых узлов и позволяет применять их в плавающих опорах, как правило, жестких коротких валов.

4.3.2.2 Радиальные двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (см. рисунок 3 б) применяют для опор быстроходных коротких валов, требующих точного вращения. Ролики расположены в шахматном порядке. Сепаратор – массивный бронзовый.

4.3.2.3. Радиальные двухрядные сферические роликовые подшипники (см. рисунок 3 в) предназначены для восприятия особо больших радиальных нагрузок при возможности значительных (2 - 3°) перекосов колец, а также двухстороннюю осевую нагрузку до 25 % неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Могут работать и при только осевом усилии. Дорожка качения наружного кольца выполнена по сферической поверхности. Ролики имеют форму бочки. Подшипники этого типа применяют в опорах длинных двух и многоопорных валов, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок, а также в узлах машин с отдельно стоящими подшипниковыми корпусами.

4.3.2.4 Конические роликовые подшипники (см. рисунок 3 г) являются радиально-упорными и предназначены для восприятия значительных совместно действующих радиальных и односторонних осевых нагрузок.

Радиальная грузоподъемность в среднем на 90 % выше, чем у радиальных однорядных подшипников одинакового типоразмера. Эти подшипники имеют широкое применение в машиностроении. Отличаются удобством сборки и разборки, регулировки зазоров и компенсации износов. Угол контакта (половина угла при вершине конуса дорожки качения наружного кольца) = (9 - 17°) (тип 7000), = (25 - 29°) (тип 27000). Конические роликовые подшипники применяют в узлах машин с жесткими, двух опорными, короткими валами.

 

4.4 Условные обозначения подшипников качения

Условными обозначениями характеризуются внутренний диаметр подшипника (или втулки), его серия, тип, конструктивные особенности. Все перечисленные параметры обозначаются по ГОСТ 3189-75 цифрами, значения которых определяются занимаемыми ими местами в условном обозначении подшипников, согласно данных, приведенных в таблице 1.

 

4.4.1 Обозначение внутреннего диаметра подшипников

Внутренний диаметр подшипника (или диаметр вала, если он

20 ≤ d ≤ 200 мм) в условном обозначении подшипника указывается двумя первыми цифрами справа, являющимися частным от деления диаметра отверстия на пять. Для подшипников, у которых 10 ≤ d ≤ 17 мм диаметр обозначается в соответствии с таблицей 2.

 

Таблица 1 – Значение цифр в условном обозначении подшипников

 

Места цифр в условном обозначении (считая, справа) Значение цифр
1-я и 2-я Диаметр вала (внутренний диаметр подшипника d или втулки)
3-я и 7-я Серия по наружному диаметру и ширине соответственно
4-я Тип подшипника
5-я и 6-я Конструктивные особенности

 

Таблица 2 – Обозначение диаметра отверстия подшипника

 

Внутренний диаметр, мм Условные обозначения внутреннего диаметра
   
   
   
   
от 20 до 200 Частное от деления d на 5

 

4.4.2 Обозначение серий подшипников

Третья и седьмая цифры справа указывают серию подшипника всех диаметров (кроме малых подшипников, у которых d = 9 мм) согласно данным таблицы 3.


Таблица 3 – Обозначение серий подшипников

 

Серия Характеристика по ширине Обозначение серии Примеры обозначения серии
3-я цифра справа 7-я цифра справа
мелкогабаритные разные      
ненормальные диаметры неопределенные      
неопределенные неопределенные      
тяжелые широкая узкая      
средние особоширокая широкая нормальная узкая      
легкие особоширокая широкая нормальная узкая      
особолегкие особоширокая   широкая   нормальная   узкая      
сверхлегкие особоширокая   широкая   нормальная   узкая        

4.4.3 Обозначение типа подшипников

Тип подшипника указывается в условном обозначении четвертой цифрой справа, в соответствии с таблицей 4.

 

Таблица 4 – Обозначение типа подшипника в условном обозначении

 

Четвертая цифра справа Тип подшипника
  Радиальный шариковый
  Радиальный шариковый сферический
  Радиальный с короткими цилиндрическими роликами
  Радиальный роликовый сферический
  Радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами или игольчатый
  Радиальный роликовый с витыми роликами
  Радиально-упорный шариковый
  Роликовый конический
  Упорный шариковый
  Упорный роликовый

 

Примеры условного обозначения подшипников:

6 6 2 09

 

Диаметр вала (внутренний диаметр

подшипника) – d = 09∙5 = 45 мм.

Серия по наружному диаметру и ширине – легкая,

узкая.

Тип – радиально-упорный шариковый однорядный.

Конструктивные особенности – угол контакта = 36°.


11 1 6 12

               
     
       
 
 
 


Диаметр вала (внутренний диаметр

подшипника) – d = 12∙5 = 60 мм.

Серия по наружному диаметру и ширине – средняя, широкая.

Тип – радиальный сферический двухрядный шариковый.

Конструктивные особенности – посадочное отверстие

внутреннего кольца конус 1:12.

 

Подбор и расчет подшипников качения

5.1 Общие положения методики подбора и расчета подшипников качения

Для выбора подшипников качения и определения их рабочего ресурса при проектировании и расчете опорных узлов редукторных валов необходимо учитывать эксплуатационные условия, характер и величину нагрузок, воспринимаемых опорами.

На основе анализа нагрузок конструктор намечает тип подшипника: радиальный, радиально-упорный, упорный (см. таблицу 1) и его номер в соответствии с диаметром цапфы. Выбранный подшипник должен обладать необходимой нормативной долговечностью, согласованной с ресурсом работы данной машины или механизма. Например, для зубчатых редукторов установлен срок службы 36000 час., для черевячных 20000 час. Для подшипников таких редукторов минимальный ресурс рекомендуется соответственно 10000 и 5000 час., желательно предусматривать его таким же, как и у редукторов.


Таблица 5 – Рекомендации по выбору подшипника

 

Отношение Условное обозначение и угол контакта Осевая составляющая радиальной нагрузки в долях от   Примечание
0 - 0,35 Радиальные однорядные шариковые подшипники --- В случае возможности использования легкой серии получаются оптимальные результаты по предельной быстроходности
0,36 - 0,70 36000, =12° 0,3 Допустимо использование особо легкой и сверхлегкой серии
0,71 - 1,00 46000, =26° 0,6 При весьма высоких скоростях легкая серия предпочтительней
1,01 - 1,50 66000, =36° 0,9 Для высоких скоростей подшипник с данным углом контакта не пригоден
1,51… Рекомендуется применять конические радиально-упорные подшипники или спаренные радиально-упорные шариковые

 

По ГОСТ 18855-82 расчетный ресурс подшипников качения определяется в миллионах оборотов работы по формулам:

для шариковых подшипников

,

для роликовых подшипников

 

Расчетная долговечность в часах

,

где – динамическая грузоподъемность, указанная в каталогах на подшипники, Н;

– эквивалентная динамическая нагрузка, Н, рассчитываемая по формуле:

,

где – радиальная нагрузка, Н;

– осевая нагрузка, Н;

– коэффициент вращения (если вращается внутреннее кольцо,

то =1, если же вращается наружное кольцо, то V=1,2);

– коэффициент безопасности (см. таблицу 6);

– температурный коэффициент (см. таблицу 7);

– коэффициент радиальной и осевой нагрузок (см. таблицы 8, 9).

Однако для определения их конкретных значений необходимо предварительно найти параметр осевого нагружения , указанный в тех же таблицах. Этот параметр зависит от отношения , где – статическая грузоподъемность, Н, указываемая в каталоге на подшипники. Далее определяют величину отношения , сопоставляют ее с найденным ранее параметром и в зависимости от этого находят конкретные значения и .


 

Таблица 6 – Значения коэффициента безопасности

 

Характер нагрузки Примеры
Спокойная без толчков 1,0 Ролики ленточных транспортеров
Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до 125 %, от расчетной нагрузки 1,1 - 1,2 Прецизионные зубчатые передачи, блоки, легкие вентиляторы, воздуходувки
Умеренные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 150% от расчетной нагрузки 1,3 - 1,5 Редукторы всех конструкций
То же в условиях повышенной надежности 1,6 - 1,8 Центрифуги и сепараторы, энергетическое оборудование
Значительные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки до 200% от расчетной нагрузки 1,9 - 2,4 Валики среднесортных прокатных станов; дробилки, ковочные машины
С сильными ударами и кратковременными перегрузками, достигающими 300 % от расчетной нагрузки 2,5 - 3,0 Тяжелые ковочные машины; валки крупносортных прокатных станов; лесопильные рамы

 

 

Таблица 7 – Значения температурного коэффициента

 

Рабочая температура подшипника, °С до 100                
1,00 1,05 1,10 1,15 1,25 1,35 1,40 1,60 2,00

 


 

Таблица 8 – Коэффициенты и для радиальных и радиально-упорных

шариковых подшипников (по ГОСТ 18855-82)

 

Угол контакта °     Одноряд- ные Двухрядные  
> >
                   
  0,014 0,028 0,056 0,110 0,170 0,280 0,120 0,560   -   0,56 2,30 1,99 1,71 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00       0,56 2,30 1,99 1,71 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00 0,19 0,22 0,26 0,30 0,34 0,38 0,42 0,44
      - 0,014 0,028 0,056 0,085 0,110 0,170 0,280 0,420 0,560     0,56 2,30 1,99 1,71 0,55 1,45 1,31 1,15 1,04 1,00     2,78 2,40 2,07 1,87 1,75 1,56 1,39 1,26 1,21     0,78 3,74 3,23 2,78 2,52 2,36 2,13 1,78 1,69 1,630 0,23 0,26 0,30 0,34 0,36 0,40 0,45 0,50 0,52
      - 0,014 0,029 0,057 0,086 0,110 0,170 0,290 0,430 0,570     0,46 1,88 1,71 1,52 1,41 1,34 1,23 1,10 1,01 1,00     2,18 1,98 1,76 1,63 1,55 1,42 1,27 1,17 1,10     0,75 3,06 2,78 2,47 2,29 2,18 2,00 1,79 1,64 1,63 0,29 0,32 0,36 0,38 0,40 0,44 0,49 0,54 0,54

Продолжение таблицы 8

 

                   
      - 0,014 0,029 0,057 0,086 0,110 0,170 0,290 0,430 0,570     0,45 1,81 1,62 1,46 1,34 1,22 1,13 1,04 1,01 1,00     2,08 1,84 1,69 1,52 1,39 1,30 1,20 1,16 1,16     0,74 2,94 2,63 2,37 2,18 1,98 1,84 1,69 1,64 1,62 0,30 0,34 0,37 0,41 0,45 0,48 0,52 0,54 0,54
      - 0,015 0,029 0,058 0,087 0,120 0,170 0,290 0,440 0,580     0,44 1,47 1,40 1,30 1,23 1,19 1,12 1,02 1,00 1,00     1,65 1,57 1,46 1,38 1,34 1,26 1,14 1,12 1,12     0,72 2,39 2,28 2,11 2,00 1,93 1,82 1,66 1,63 1,63 0,38 0,40 0,43 0,46 0,47 0,50 0,55 0,56 0,56
18,19,20 24,25,26 35,36     -     - 0,43 0,41 0,39 0,37 0,35 1,00 0,87 0,76 0,66 0,57   1,09 0,92 0,78 0,66 0,55 0,70 0,67 0,63 0,60 0,57 1,63 1,41 1,24 1,07 0,93 0,57 0,68 0,80 0,95 1,14
Подшипники сферические 4,40 0,44х ctg   0,42х ctg 0.65 0,65х ctg 1,50х tg

 

Примечание:

1) Для однорядных подшипников при < применяется =1 и = 0;

2) Коэффициенты , для промежуточных величин отношений и

определяются интерполяцией,

где i - количество рядов тел качения.

3) – параметр осевого нагружения.

 

 

Таблица 9 – Коэффициенты Х и Y для радиально-упорных

роликовых подшипников (по ГОСТ 18855-82)

 

  >  
   
  Подшипники однорядные
      0,40 0,40∙ ctgβ 1,5∙ tgβ
  Подшипники двухрядные
    0,45∙ ctgβ 0,67 0,67∙ ctgβ 1,5∙ tgβ
                     

 

5.2 Примеры расчета подшипников качения

5.2.1 Радиальных подшипников

ПРИМЕР 1 Подобрать подшипник качения для вала редуктора с цапфой = 40 мм. Проверить долговечность при частоте вращения n = 1000 об/мин; радиальная нагрузка = 2500 Н, осевая нагрузка = 0.

РЕШЕНИЕ: в данных условиях подходит подшипник радиальный однорядный шариковый (см. таблицу 5). Проверим подшипник для посадочного диаметра d = 40 мм., начиная с легкой серии - № 208, у которого статическая грузоподъемность (см. каталог):

= 18100 Н;

динамическая грузоподъемность

= 25600 Н.

Примем по таблицам 6 и 7 – =1,4; = 1,0.

Так как = 0 и = 0, то из таблицы 8, примечание 1) следует:

Х =1, Y =0.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

= = 1∙1∙2500∙1,0∙1,4∙1,0 = 3500 (Н).

Расчетный ресурс в миллионах оборотов:

(млн.об.)

Расчетная долговечность в часах:

(час.)

Так как долговечность оказалась меньше минимальной нормы (10000 час.), то проверим подшипник средней серии № 308, у которого

= 22700 Н; = 31900 Н.

(млн.об.)

(час.)

что допустимо.

ПРИМЕР 2 Подобрать подшипник качения при Fa =1000 Н, если остальные данные как в примере 1.

РЕШЕНИЕ: Наметим как и выше, подшипник №308. Отношение

Из таблицы 8 находим интерполированием е = 0,24.

Так как

> e

то имеем Х =0,56; Y = 1,85.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Р=(ХVFr+YFа)kбkT = (0,56∙1∙2500+1,85∙1000)∙1,4∙1 = 4550 (Н).

Расчетный ресурс в миллионах оборотов:

(млн.об.)

Расчетная долговечность в часах:

(час.)

Долговечность недостаточна.

Проверим подшипник тяжелой серии № 408, у которого

Сo = 37000, Н, С = 5030, Н.

е = 0,22

следовательно: Х =0,56; Y =1,99;

Р = (ХVFr+YFа)kбkT = (0,56∙1∙2500+1,99∙1000)∙1,4∙1 = 4750 (Н).

(млн.об.)

Расчетная долговечность в часах:

(час.)

Такая долговечность приемлема.

 

5.2.2 Радиально-упорных подшипников

При расчете радиально-упорных подшипников необходимо определять осевые нагрузки, воспринимаемые опорами и учитывать собственные осевые составляющие S реакций в подшипнике, возникающие от радиальной нагрузки. В случае установки шариковых радиально-упорных подшипников S = е∙Fr, а в случае роликовых – S =0,83∙ е∙Fr.

Общие осевые нагрузки находят в зависимости от расположения, как это указано в таблице 10.

Точка приложения реакции опоры находится на пересечении оси вала с нормалью к середине линии контакта. Эта точка может быть определена графически или по расстоянию а от торца наружного кольца:

Для однорядных шариковых подшипников

a = 0.5{B + [(d + D)/2] tgβ}

 

Для роликовых конических

a = T/2 +(d + D)e/6,

где d и D – внутреннийинаружныйдиаметрыподшипника, мм

(см. рисунок 1);

В – ширина подшипника, мм;

Т – расстояние между противоположными торцами колец роликоподшипника, мм (см. рисунок 3 г).

 

 

Таблица 10 – Общие осевые нагрузки, воспринимаемые подшипниками

 

  Схема нагружения Соотношение сил Общие осевые нагрузки
S1≥S2 Fа≥0 S1<S2 Fа≥S2-S1 1=S1 2=S1+Fа 1=S1 2=S1+Fа
S1≤S2 Fа<S2-S1 1=S2-Fа 2=S2

 

ПРИМЕР 3 При расчете первого вала редуктора были определены реакции опор Fr1 = 3600, Н; Fr2 = 1800, Н; осевая нагрузка Fа = 1400, Н; подшипники установлены по схеме б (см. таблицу 10).

Диаметр цапфы вала d = 50; мм; частота вращения вала n = 1400 об/мин.

РЕШЕНИЕ: Осевая нагрузка действует на вторую опору, поэтому определяем отношение Fа/Fr для этой опоры:

Fа/Fr = 1400/1800 = 0,78.

На основе рекомендаций, приведенных в таблице 5, намечаем тип подшипника – шариковый радиально-упорных с углом контакта β =26°. Первоначально принимаем подшипник легкой серии № 46210.

С = 31800 Н; Со = 25400 Н (см. каталог)

Из таблицы 8 имеем: е = 0,68

Так как Fа/Fr = 0,78 > е, то

Х = 0,41, Y = 0,87 (см. таблицу 8)

Осевая составляющая S1 = е∙Fr1 = 0,68∙3600 = 2450 (Н).



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2021-10-08 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: