МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИя И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИя И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ДИЗАЙНА И ТЕХНОЛОГИИ»

(ФГБОУ ВПО «МГУДТ»)

 

Детали машин

Часть 3. Детали и узлы передач

 

Методические указания к лабораторным работам

 

Учебно-методический комплекс

по направлениям подготовки: 09.03.01, 09.03.02, 13.03.01, 15.03.02, 15.03.04, 27.03.01, 27.03.04, 29.03.01, 29.03.02, 29.03.03, 29.03.04,, 29.03.05, 38.03.07

 

 

Москва

 

МГУДТ 2014

УДК 621.817 (072)

М 54

 

М 54 Детали машин. Часть 3. Детали и узлы передач: методические указания к лабораторным работам / Сост. Палочкин С.В., Андреенков Е.В., Токарев М.В., Филиппова Е.В. – М.: МГУДТ, 2014. – 29 с.

 

 

Рецензенты: проф. Абрамов В.Ф. (ФГБОУ ВПО «МГУДТ»)

доц. Борисенков Б.Н. (ФГБОУ ВПО «МГУДТ»)

 

Методические указания предназначены для бакалавров всех форм обучения и будут использованы при изучении дисциплин: «Детали машин и основы конструирования», «Детали машин и ПТУ», «Прикладная механика», «Механика» и «Основы проектирования продукции».

Методические указания охватывают комплекс из четырёх базовых лабораторных работ, направленных на изучение вращающихся деталей и узлов механических передач. Даны теоретические основы работ и описание лабораторного оборудования. Приведены рекомендации по подготовке и проведению испытаний, обработке экспериментальных данных и оценке полученных результатов.

 

 

УДК 621.817 (072)

 

 

Общая редакция:

Заведующий кафедрой «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «МГУДТ» д.т.н., профессор Палочкин С.В.

 

 

Подготовлено к печати на кафедре «Прикладная механика»

 

Печатается в авторской редакции.

 

ВВЕДЕНИЕ

Целью настоящей разработки является методическая помощь студентам при выполнении лабораторных работ, направленных на изучение вращающихся деталей и узлов механических передач. Методические указания разработаны на базе рекомендуемой учебной и справочной литературы [1…4] и охватывают три лабораторные работы, посвящённые изучению подшипников и приводных муфт. Содержание каждой лабораторной работы включает: постановку цели исследования, описание лабораторного оборудования и инструментов, теоретические основы, порядок выполнения работы и оформления её результатов, выводы по работе и контрольные вопросы.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

Цель работы:

Изучить классификацию, особенности конструкций подшипников качения и систему их условных обозначений, определить их основные параметры и выполнить расчёты на долговечность исследуемых подшипников.

Оборудование:

Комплект подшипников качения, редукторы с подшипниковыми узлами, штангенциркуль.

Теоретические основы работы

Подшипники - это узлы механических передач, служащие опорами валов и вращающихся осей. Подшипники, воспринимают различные виды нагрузки, действующие на валы и оси, сохраняют заданные положения их осей вращения в пространстве и снижают трение в опоре вращения. По виду трения в опоре различают подшипники качения и подшипники скольжения.

Подшипники качения применяют в силовых механических передачах для валов и осей, частота вращения которых, как правило, не превышает 20000 мин^-1. Главным достоинством подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения является то, что замена в них трения скольжения на трение качения позволяет существенно снизить трение в опоре вращения. Условный коэффициент трения качения примерно на порядок меньше коэффициента полужидкостного трения , режим которого характерен для большинства среднескоростных подшипников скольжения. При этом трение качения существенно меньше зависит от смазки.

Подшипники качения изготавливают из высокопрочных сталей в массовых количествах как стандартную продукцию, что позволяет существенно повысить их нагрузочную способность и долговечность, а также уменьшить осевые габариты и снизить себестоимость по сравнению с подшипниками скольжения.

Подшипники качения просты в обслуживании и имеют высокую степень взаимозаменяемости.

В качестве недостатков подшипников качения следует отметить отсутствие разъёмных конструкций, сравнительно большие радиальные габариты, ограниченную быстроходность и низкую работоспособность при вибрациях, ударных нагрузках и работе в агрессивных средах.

1.1. Классификаций подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:

· форма тел качения (шариковые и роликовые);

· направления (радиальное или осевое) воспринимаемой нагрузки относительно оси вала (радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные);

· число рядов тел качения (однорядные и многорядные);

· способность к само установке колец подшипника друг относительно друга (самоустанавливающиеся и не самоустанавливающиеся).

1.2. Особенности конструкций подшипников качения

и характеристика их основных типов

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники делят на размерные серии (ГОСТ Р 52598-2006). Стандарт предусматривает в порядке увеличения размеров 8 серий диаметров в: 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4 и 10 серий ширины: 0, 1, 2,…, 9.

Функциональные возможности и долговечность подшипника определяет точность его изготовления. Для подшипников качения установлены следующие основные классы точности (ГОСТ 520-2002) в порядке её повышения:

· для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников: 8,7, нормальный, 6,5,4, Т, 2;

· для роликовых конических: 8,7,0, нормальный, 6Х,6,5,4,2;

· для упорных и упорно-радиальных подшипников: 8,7, нормальный, 6,5,4,2.

Для большинства валов и осей общего назначения применяют подшипники нормального класса точности.

Конструктивно любой из подшипников качения (рис. 14.1,а), как узел, состоит из следующих деталей: тел качения 1 (шариков или роликов), внутреннего 2 (надеваемого на вал) и внешнего 3 (вставляемого в корпус, например, редуктора), колец и сепаратора 4, разделяющего и направляющего тела качения при их движении.

Материалами для колец и тел качения подшипников служат шарикоподшипниковые, высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ и легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твердость колец и роликов обычно равна 60..65 HRC, шариков 62..65 HRC. Сепараторы подшипников, как правило, изготавливают из мягкой, углеродистой стали методом штамповки.

а	б	в
г	д	е

Рис. 14.1. Основные типы подшипников качения

Шарикоподшипники радиальные однорядные (тип 0000)

Воспринимают большие радиальные нагрузки, и значительные осевые нагрузки в двух направлениях, особенно при увеличенных внутренних зазорах. Обладают большой быстроходностью при соответствующих конструкциях и материале сепаратора. Являются самыми дешевыми и распространенными (рис. 14.1,а).

Шариковые радиальные двухрядные сферические

подшипники (тип 1000)

Воспринимают большие радиальные и небольшие осевые нагрузки в условиях возникновения значительных (до 2...3⁰) перекосов колец подшипника в узлах нежесткими валами при большом расстоянии между их опорами. Применяют в опорах приводных валов ленточных и цепных транспортёров, для многоопорных трансмиссионных валов и т.п. (рис. 14.1,б).

Роликоподшипники с короткими цилиндрическими

роликами (тип 2000)

Воспринимают только значительные радиальные нагрузки. Некоторые из них (например, тип 42000 с дополнительным буртом на внутреннем кольце) могут воспринимать кратковременные небольшие осевые нагрузки, фиксируя вал в осевом направлении. По быстроходности эти подшипники почти не уступают радиальным однорядным шариковым подшипникам. Применяют в опорах жестких коротких валов при возможности обеспечения высокой соосности посадочных мест (рис. 14.1,в).

Шарикоподшипники радиально-упорные (тип 6000)

Воспринимают большие комбинированные радиально-осевые нагрузки. Их осевая грузоподъемность растет с увеличение угла контакта . Осевую нагрузку могут воспринимать только в одном направлении, поэтому для фиксации вала в обе стороны их обычно устанавливают по два подшипника на вал или по два подшипника в опору. Требуют регулировки радиальных и осевых зазоров (рис. 14.1,г).

Конические роликоподшипники (тип 7000)

Воспринимают большие радиальные и односторонние осевые нагрузки. Для восприятия двухсторонних осевых нагрузок применяются в паре. Способность воспринимать осевые нагрузки растет с ростом угла конусности наружного кольца, при этом радиальная грузоподъемность уменьшайся. Допускаемые частоты вращения по сравнению с подшипниками, имеющими цилиндрические ролики, существенно ниже. Конические роликоподшипники разъемные, что позволяет производить раздельный монтаж наружных и внутренних (с комплектом роликов) колец, требуют регулировки осевых зазоров, чувствительны к перекосам (рис. 14.1,д).

 

Упорные шарикоподшипники (тип 8000)

Воспринимают только большие осевые нагрузки: одинарные подшипники - только в одном направлении, сдвоенные подшипники - в двух направлениях; чувствительны к перекосам. Предельные частоты вращения ограничены, поэтому при повышенных скоростях и, особенно, на горизонтальных валах их применять не следует (рис. 14.1,е).

1.3. Система условных обозначений подшипников

Для определения характеристик стандартного подшипника качения его подвергают маркировке, нанося на торец одного из колец условное обозначение в цифрах (ГОСТ 3189-89), структура которого представлена на рис. 14.2.

Рис. 14.2. Схема основного условного обозначения подшипника качения

нормального класса точности с диаметром отверстия 20 мм и более

Внутренний диаметр подшипника в диапазоне от 20 до 495 мм указывают в позициях 1 и 2 двумя цифрами, которые составляют число, равное частному от деления диаметра отверстия на пять.

В позициях 3 и 7 указывают серии подшипника (табл. 14.1), а в позиции 4 – его тип (табл. 14.2).

Таблица 14.1

Обозначения серий подшипников качения

Серия диаметра	Особо лёгкая	Лёгкая	Средняя	Тяжёлая
Серия ширины	У	Н	Ш	У	Н	Ш	У	Н	Ш	У	Ш
Позиция на рис. 15.2
Примечание: У – узкая серия, Н – нормальная серия, Ш – широкая серия

Таблица 14.2

Обозначения типов подшипников качения

Позиция 4 на рис. 15.2	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 (радиально-упорный)
	Упорный шариковый
	Упорный роликовый

Большое разнообразие конструктивных особенностей подшипников качения, например наличие на внешнем кольце канавки или буртика и т.п., условное обозначение [4] которых указывают в позициях 5 и 6, не позволяет привести их перечень в данной работе.

Цифровое или буквенное обозначение класса точности подшипника, отличающегося от нормального, ставится в кружке слева от 7 позиции.

Справа от позиции 1 могут стоять буквенные значки [4], характеризующие специальные требования, материалы и др., для подшипников, работающих, например, при повышенных температурах, в агрессивных средах и т.п.

Если в условном обозначении подшипника слева от поз. 3 стоят только нули, то в маркировке на торце кольца подшипника они не пробиваются.

1.3. Расчётный ресурс подшипников качения

Расчетный ресурс (долговечность) в часах подшипника качения, скорректированный с учётом заданных условий эксплуатации при вероятности безотказной работы , которая характерна для подшипников большинства изделий, определяют согласно [1, 2] как

, (14.1)

где - базовая динамическая грузоподъёмность[1] заданного типоразмера подшипника, радиальная для радиальных и радиально-упорных подшипников или осевая для упорных и упорно-радиальных подшипников, выбирается по справочным таблицам [2, 3]; - эквивалентная динамическая нагрузка[2], радиальная или осевая , рассчитывается для указанных типов подшипников по формулам, приведенным в [1, 2]; - частота вращения одного из колец подшипника; коэффициент ; коэффициент определяют по табл. 14.3; показатель степени для шариковых и для роликовых подшипников.

Таблица 14.3

Коэффициент для обычных условий эксплуатации