Мета роботи: Ознайомлення з класифікацією підшипників кочення. Одержання практичних навичок і закріплення теоретичних знань в виборі типу підшипників кочення для вала редуктора, який працює в конкретних умовах навантажень. Визначення еквівалентного навантаження на підшипник та оволодіння методикою розрахунку ресурсу та довговічності підшипника з використанням його динамічної вантажності.

 

         Основні теоретичні відомості

        Підшипники кочення – це стандартизовані складові одиниці, які мають у своєму складі тіла кочення (кульки або ролики) і працюють на основі ефекту тертя кочення.

        Підшипники кочення, як правило, складаються з деталей: зовнішнього та внутрішнього кілець з доріжками кочення, тіл кочення (кульок або роликів), сепараторів, які розділяють і направляють тіла кочення.

1 – зовнішнє кільце; 2 – сепаратор; 3 – тіло кочення;

4 – внутрішнє кільце з доріжками кочення

Рисунок 1 – Конструкція підшипника кочення

 

          Існують конструкції підшипників, у яких відсутні одне або обидва кільця, деякі підшипники не мають сепараторів.

           Згідно з ГОСТ 3395-75 підшипники кочення розділяють:

  1) по напрямку сприйняття навантаження на:

  - радіальні, які сприймають радіальне навантаження;

  - радіально-упорні, які здатні сприймати радіальне та осьове навантаження;

  - упорно-радіальні, які сприймають значне осьове і незначне радіальне навантаження;

  - упорні, які сприймають тільки осьове навантаження;

  2)по формі тіл кочення на: кулькові та роликові (рис. 2);

 

а – кулька; б, в, г, д, е, ж, є – ролик; б – циліндричний короткий; в – циліндричний довгий; г – голчастий;

д – витий; е – конічний; ж, є – бочкоподібний

Рисунок 2 – Форма тіл кочення підшипників

 

     3) за кількістю рядів тіл кочення: одно-, дво-, та чотирирядні;

  4) за здатністю компенсувати перекоси вала: на самоустановні (допускають перекоси до 2…3° та не самоустановні;

   5) за розмірами: по серіях діаметра (надлегка, особливо легка, легка, середня та важка) та по серіях ширини (особливо вузька, вузька, нормальна широка, особливо широка).

          Класифікація підшипників кочення за основними групами і типами:

          Кулькові однорядні радіальні типу 0000 призначені для сприйняття радіальних навантажень, але можуть сприймати і осьові навантаження в обох напрямках, до 70 % невикористаного радіального навантаження. Ці підшипники забезпечують осьову фіксацію валів в межах осьового зазора та задовільно працюють при перекосах кілець на кут не більш 8¢. У порівнянні з іншими вони допускають найбільшу частоту обертання валів. Сепаратори переважно штамповані, але в деяких підшипниках, для роботи в особливих умовах (велика частота обертання), застосовують масивні сепаратори з антифрикційних матеріалів: бронзи, текстоліту та ін.

        Область застосування – жорсткі двоопорні вали, прогин яких не викликає надмірного кутового зміщення осі вала відносно осі посадочного отвору, вали з відстанню між опорами L £ 10d.

        Кулькові радіальні дворядні сферичні типу 1000 призначені для сприйняття радіальних навантажень, але можуть сприймати і осьові навантаження, в обох напрямках до 20 % невикористаного допустимого радіального навантаження. Доріжка кочення на зовнішньому кільці сферична, це забезпечує нормальну роботу підшипника при значному перекосі (до 2…3°) внутрішнього кільця відносно зовнішнього. Підшипники типу 11000 мають конічний отвір (конусність 1:12), укомплектовані закріплювальною втулкою з гайкою і призначені для встановлення на гладких циліндричних валах у будь-якому місці.

      Область застосування – багатоопорні вали трансмісійного типу, двоопорні вали, що мають під час роботи прогини, вали в конструкціях, де технологічно неможливо забезпечити строгу співвісність посадочних гнізд (при монтажі підшипників в окремо розташованих корпусах на рамах з незначною жорсткістю та ін.).

      Роликові радіальні з короткими циліндричними роликами типу 2000 призначені для сприйняття тільки радіального навантаження. Вони мають значно більшу навантажувальну здатність, ніж рівногабаритні радіальні кулькові підшипники, але допускають меншу частоту обертання. Ці підшипники дуже чутливі до перекосів, так як при цьому виникає концентрація напружень по краю роликів.

        Область застосування – жорсткі короткі двоопорні вали.

       Роликові радіальні сферичні типу 3000 призначені в основному для сприйняття радіальних навантажень, але спроможні сприймати осьове навантаження, діюче в обох напрямках і не перевищуюче 25 % невикористаного допустимого радіального навантаження.

        Можуть працювати при чистому осьовому навантаженні, але у цьому випадку працює один ряд роликів. Підшипники мають два ряди бочкоподібних роликів. Допускають перекіс кілець 2…3°.

         Область застосування – важко навантажені багатоопорні вали, які мають значні прогини, вали, які мають консольне навантаження в конструкціях, де технологічно неможливо забезпечити строгу співвісність посадочних гнізд.

         Роликові радіальні з довгими циліндричними роликами або голчасті типу 4000 призначені для сприйняття тільки радіального навантаження. Мають значно менші радіальні розміри, ніж інші типи підшипників. Монтаж зовнішнього та внутрішнього кілець з комплектом голок, як правило, виконується окремо один від одного. Перекіс кілець не допускається. Підшипники з сепараторами допускають більшу частоту обертання, але мають меншу навантажувальну спроможність з-за меншої кількості голок.

       Область застосування – опори, розміри яких мають обмеження в радіальному напрямку. Найчастіше ці підшипники застосовуються для роботи у режимі коливань (наприклад, карданні вали).

      Роликові радіальні з витими роликами типу 5000 призначені для сприйняття тільки радіального навантаження. Ролики, які звиті зі сталевої стрічки, являють собою своєрідні пружини, здатні сприймати та гасити ударні навантаження. У порівнянні з підшипниками з суцільними роликами мають знижену жорсткість і збільшені радіальні зазори, менш чутливі до забруднення вузла. Сепаратори цих підшипників складаються з двох кілець, що з’єднані між собою розпірками, які проходять крізь осьові порожнини роликів.

       Область застосування – опори валів з середніми по величині радіальними навантаженнями ударного характеру, зі зменшеними вимогами до точності монтажу.

     Кулькові радіально-упорні – типу 6000 призначені для сприйняття радіальних і односторонніх осьових навантажень. Спроможність сприймати осьове навантаження залежить від кута контакту a, зі збільшенням якого зростає осьова вантажопідйомність підшипника. По швидкохідності не поступаються кульковим типу 0000.

      Область застосування – жорсткі двоопорні вали. Підшипники встановлюють в обох опорах навіть при умові односторонньої дії навантаження. Для сприйняття двостороннього осьового навантаження однією опорою в ній застосовують здвоєні підшипники. Особливістю підшипників є те, що вони вимагають регулювання осьового зазора в процесі монтажу і у процесі подальшої експлуатації.

        Радіально-упорні конічні – типу 7000 призначені для сприйняття одночасно діючих радіальних і осьових навантажень. Допустимі колові швидкості нижчі, ніж у підшипників з короткими циліндричними роликами. Спроможність сприйняття осьового навантаження визначається кутом конусності a зовнішнього кільця. Зі збільшенням кута конусності (тип 27000) осьове навантаження збільшується за рахунок зменшення радіального. Підшипники не допускають перекосу осей валів і гнізд опор. Підшипники можна монтувати з попереднім натягом, який створюється при умові опори вала на двох конічних підшипниках. Існують і дворядні конічні роликові підшипники.

       Область застосування – жорсткі двоопорні вали. Підшипники встановлюють попарно навіть за односторонньої дії навантаження. Вони допускають роздільний монтаж зовнішніх кілець і вимагають регулювання зазорів як під час монтажу, так і в процесі експлуатації.

        Кулькові упорні – типу 8000 призначені для сприйняття тільки осьових навантажень. Вони допускають значно меншу частоту обертання порівняно з іншими типами підшипників, тому що доріжки кочення кілець можуть сприймати обмежені відцентрові зусилля.

        Область застосування – комбіновані опори валів різноманітних машин при дії значних осьових зусиль.

       Роликові упорні – типу 9000 призначені для сприйняття осьових навантажень. Мають значно більше допустиме осьове навантаження порівняно з кульковими упорними підшипниками. В роликових упорних підшипниках застосовуються як циліндричні, так і конічні ролики. Останні допускають значно більшу частоту обертання валів.

        Область застосування – опори валів при дії значних осьових зусиль. Підшипники типу 9000 головним чином встановлюють у вузлах з вертикальним розташуванням валів.

        При ремонті та експлуатації машин виникає необхідність встановити тип і розміри підшипників кочення по умовному позначенню.

Умовні позначення підшипників встановлені ГОСТ 3189-75. Для підшипників кочення прийнята цифрова система умовних позначень, що дозволяє довгу назву замінити кількома цифрами, які інформують про всі основні характеристики підшипника.

       Маркірування найчастіше виконують на торці одного з кілець підшипника, однак воно може бути виконане і на поверхні захисної шайби, на циліндричній поверхні зовнішнього кільця, а також на пакувальній коробці.

         Позначення звичайно складається з двох груп знаків. Перша група вказує на підприємство, яке виготовило підшипник. Наприклад, 4ГПЗ (4-й державний підшипниковий завод). Друга група складається з цифр або з цифр і літер, що і є умовним позначенням підшипника. Умовне позначення підшипника складається з основного позначення і додаткового, яке може бути як ліворуч, так і праворуч від основного.

        Основне позначення підшипників складається тільки з цифр, максимальна кількість яких дорівнює семи. Додаткові знаки ліворуч від основного позначення можуть відокремлюватися літерою або знаком “-” (дефіс). Додаткові знаки праворуч завжди починаються з літери. Вони характеризують матеріал і конструкцію сепаратора, конструктивні та технологічні вимоги, мастило закладене у підшипники з захисними шайбами, спеціальні вимоги щодо шуму та ін.

 

Завдання для самостійної домашньої підготовки

        Під час підготовки до роботи ознайомитись з класифікацією підшипників кочення, системою умовних позначень, матеріалами, методами механічної і термічної обробки. Проробити матеріали лекції „Підшипники кочення“, засвоїти основні положення навчальної та навчально-методичної літератури, що рекомендована [1-5]. В процесі ознайомлення з матеріалами лекцій та літератури проаналізувати переваги і недоліки підшипників кочення (у порівнянні з підшипниками ковзання), уяснити область їх застосування.

       Повторити класифікацію підшипників за основними ознаками: по напряму сприйняття навантажень, за формою тіл кочення, за кількістю рядів тіл кочення, за здатністю компенсувати перекоси вала, за вантажопідйомністю.

      Проаналізувати систему умовних позначень підшипників кочення, звернувши увагу на особливості знаків основного позначення для підшипників з діаметром отвору внутрішнього кільця меншим за 10 мм. Розглянути систему додаткових знаків (справа і зліва основного позначення), зокрема позначення класу точності підшипника.

Звернути увагу на спільні риси та відмінності конструктивного оформлення того чи іншого типу підшипників, а також область переважного застосування підшипників різних типів.

З’ясувати критерії роботоздатності підшипників при різних умовах експлуатації, види руйнувань їх складових частин, основні вимоги, що пред’являються до матеріалів для їх виготовлення та їх термообробки.

Ознайомитись з критеріями вибору типу підшипника для тих чи інших умов навантажень, метою та порядком визначення приведеного навантаження на підшипник в залежності від типу підшипника і умов його навантаження.

Розглянути формулювання та уяснити суть таких показників підшипника кочення, як статична і динамічна вантажність, їх застосування для того чи іншого випадку умов роботи підшипника.

Ознайомитись з методиками вибору підшипника за його статичною або динамічною вантажністю, визначення ресурсу та розрахункової довговічності.

 

Програма роботи

- видача індивідуального завдання, ознайомлення з основними вимогами до об’єму, змісту, оформлення завдання, графіком його виконання;

- узгодження форм і строків консультацій, порядку звітності студентів по результатах самостійної роботи;

- видача методичної літератури, ознайомлення з її особливостями та порядком користування довідковими даними;

- узгодження основних етапів методики розрахунку, попередження про типові помилки, які часто допускають студенти;

- виконання студентами прикладу підбору підшипників кочення згідно з темою даного практичного заняття;

- аналіз проміжних етапів розрахунків по вибору підшипників, які  потребують прийняття конкретних рішень;

- контроль викладача за ходом проведення заняття з аналізом  виникаючих у його процесі помилок, допущених студентами;

- аналіз кінцевих результатів проведеного розрахунку, формулювання висновків і рекомендацій;

- підведення підсумків практичного заняття, закріплення знань,  видача завдання на самостійну роботу студентів.

 

1 Завдання та вихідні дані для розрахунків

          Сформулювати задачу розрахунку з зазначенням основних його етапів.

         Навести вихідні дані розрахунку:

-          діаметр вала під підшипники, мм              d =   

-          радіальне навантаження F_r (реакції в опорах), Н                                                                                                      R_A =   ; R_B =   

-          осьове навантаження, Н                             F_a =

 

-          частота обертання вала, об/хв.                   n =

-          короткочасні перевантаження,  %             П = 

-          бажана довговічність підшипників.

         Навести розрахункову схему навантажень на підшипники вала.

FR1

FR2

1

2

n

Рисунок 1 – Розрахункова схема вала

 

        Примітка: Якщо на вал діють дві чи більше осьові сили (часто для проміжних валів) потрібно передбачити конструктивні особливості елементів передач (напрямок зубів зубчастих передач, витків черв’яків, тощо), встановлених на даному валі так, щоб ці осьові сили компенсували одна іншу і на підшипники діяли мінімальні осьові зусилля.

        При виборі підшипників для вала, який працює у реверсивному режимі і для якого осьове зусилля на валі змінює свій напрямок, рекомендується на розрахунковій схемі направити осьове зусилля на більш навантажений радіальними силами підшипник.

         2 Вибір типу підшипників

         При виборі необхідного для заданих умов роботи типу підшипників повинні бути враховані такі вимоги [5]:

- величина і напрямок навантаження (радіальне, осьове або комбіноване);

- характер навантаження (постійний, змінний, вібраційний або ударний);

- частота обертання кільця підшипника;

- необхідна довговічність (бажаний термін служби, виражений у годинах або мільйонах обертів);

- навколишнє середовище (вологість, наявність пилу, температура і т.п.);

- прийнятна вартість підшипника.

Якщо немає особливих вимог, то тип підшипника вибирається по співвідношенню осьового і радіального навантажень.

         3 Визначення еквівалентного навантаження

       Еквівалентним навантаженням для радіальних, упорних та упорно-радіальних підшипників називається таке постійне навантаження, при прикладанні якого до підшипника з тугим внутрішнім кільцем, що обертається разом із валом, і вільним зовнішнім кільцем у корпусі, забезпечується така ж довговічність, яку підшипник буде мати при дійсних умовах навантаження й обертання.

        У загальному випадку приведене навантаження для підшипника, що сприймає осьове і радіальне зовнішнє навантаження:

Q_екв = (X×V×F_r + Y×F_a) ×К_б×К_т,                         (1)

        де F_r і F_a – радіальне й осьове навантаження на підшипник, Н; 

            Х і Y – коефіцієнти радіального й осьового динамічних навантажень; 

                 V – коефіцієнт обертання (V = 1 при обертанні внутрішнього

                       кільця, V = 1,2 – при обертанні зовнішнього кільця);

                к_б– коефіцієнт безпеки (динамічний коефіцієнт); 

                к_т– коефіцієнт температурний. 

        При розрахунках крім співвідношень осьового і радіального навантажень на підшипник враховується кінематика підшипника (через коефіцієнт обертання), умови його роботи (через коефіцієнт безпеки) і температурні умови.

        Вибір типу підшипника ґрунтується на аналізі умов роботи складальної одиниці і проводиться з врахуванням характеру діючих навантажень.

Розрахунковий строк служби підшипника в годинах

                           (2)

 

          де р – показник степені, для шарикопідшипників р = 3;

n – частота обертання вала, об/хв.;

р – показник степені (р = 3 – для кулькових підшипників; р = 3,33 –

    для роликових підшипників).

         Отримане розрахункове значення довговічності L_h порівнюється зі значенням потрібної довговічності L_e

L_e ≤ L_h.

         Якщо умова не виконується, необхідно виконати розрахунки для інших типів і типорозмірів підшипників.

        4 Особливості при виборі радіально-упорних підшипників

     При розрахунку зусиль радіально-упорних підшипників необхідно враховувати, що в них при радіальному навантаженні та відсутності осьового зазора і натягу завжди виникає осьова сила. Розрахункові осьові навантаження, що діють на радіально-упорні підшипники, визначають у залежності від схеми впливу зовнішніх сил з урахуванням обраного відносного розташування підшипників.

         5 Вибір підшипників, що працюють при перемінних режимах

         Для підшипникових вузлів, де розмір визначених навантажень і частота обертання змінюються в часі (наприклад, в опорах коробок передач, канатних барабанів і т.і.) підшипники вибирають по еквівалентному навантаженню і умовній частоті обертання. 

         6 Остаточний вибір типорозміру підшипника

       При виборі типорозміру підшипника звичайно застосовуються дві рівноцінних по своїй суті методики:

         1) по каталогу вибирається підшипник визначеного типу, як правило легкої серії, і, виходячи з його динамічної вантажності та приведеного навантаження на нього, визначається ресурс цього підшипника у мільйонах обертів або ж, що зручніше, знаючи частоту обертання - розрахункова довговічність в годинах по формулі 2. Якщо отримане значення довговічності менше за бажане, то вибирається підшипник з більшою вантажністю і розрахунок повторюється.

         2) знаючи приведене навантаження, частоту обертання і бажану довговічність, або ж ресурс підшипника, по довідкових таблицях [5] визначають співвідношення між приведеним навантаженням і динамічною вантажністю, а потім і саму динамічну вантажність, по якій і вибирається типорозмір підшипника з каталогу. Після такого вибору можна уточнити довговічність.

         Примітка: інколи доцільно проводити паралельний (варіантний) розрахунок довговічності для різних серій вантажності підшипника, а потім вибирати кращий варіант. Слід відмітити, що часто буває нераціональним приймати підшипники важких серій для забезпечення ними всього терміну роботи виробу, зручніше прийняти підшипники більш легкої серії з заміною їх на нові у визначений розрахунком строк.

По результатах розрахунку формулюються висновки, в яких коротко і ясно констатується хід розрахунку, наводиться позначення підшипників, які вибрано для вала, виходячи з його навантажень і умов роботи.

 

          Контрольні запитання

 

1 Укажіть основні види пошкоджень підшипників кочення.

2 Чим пояснюється підвищена несуча здатність роликових підшипників кочення у порівнянні з кульковими?

3 Як та чому зміниться розрахункова довговічність підшипника 7209, якщо приведене навантаження на нього змінити з 1,5 кН до 3 кН?

4  Як і чому зміниться розрахункова довговічність підшипника 209, якщо змінити частоту обертання з 4000 до 2000 об/хв.?

5 Перерахуйте заходи, які можуть сприяти зменшенню значення приведеного моменту тертя в підшипниках.

6 Які дані про підшипник містить його класифікаційний номер?

7 Як позначають класи точності підшипників?

8 Причини виходу з ладу та види руйнування підшипників. Матеріали, що застосовуються для виготовлення деталей підшипників.

9 Фактори, які впливають на довговічність підшипників.

10 Види змащування підшипників. За якими критеріями призначається спосіб змащування й сорт мастила?