Лабораторна робота № 13

Лабораторна робота № 13

ВИпробуваННЯ ПІДШИПНИКІВ КОЧЕННЯ

 

Мета роботи: Встановити залежність приведеного моменту тертя підшипника від співвідношення радіального та осьового навантаження на нього.

 

1 ВКАЗІВКИ З САМОПІДГОТОВКИ ДО РОБОТИ

 

1.1  Завдання для самостійної підготовки

Під час самостійної підготовки до роботи ознайомитись з основними конструкціями, умовами роботи, особливостями монтажу підшипникових вузлів, що призначені для сприйняття різних по напрямку і інтенсивності навантажень.

 

1.2 Питання для самопідготовки

1 На які основні групи по напрямку навантаження, що сприймається поділяють підшипники кочення?

2 Які конструкції підшипників не призначені для сприйняття осьових навантажень?

3 Які типи підшипників кочення не можуть сприймати радіальні навантаження?

4 Чи можливе використання радіальних однорядних кулькових підшипників для сприйняття спільно діючого радіального і осьового навантаження?

5 Який з класів точності найбільш поширений?

6 Від яких складових залежать втрати на тертя у підшипниках кочення? Назвіть найбільш ефективні конструктивні та експлуатаційні заходи по зменшенню приведеного коефіцієнта тертя підшипників.

7 Які зовнішні ознаки свідчать про порушення нормальної роботи підшипникового вузла?

8 Від яких основних факторів залежить розрахункове значення приведеного навантаження на підшипник?

9 Види змащування підшипників. За якими критеріями призначується спосіб змащування й сорт мастила?

10 Назвіть основні види поверхневого руйнування підшипників кочення, які працюють у умовах достатнього змащування.

 

1.3 Рекомендована література

1. Деталі машин: підручник : затверджено МОН України / А. В. Міняйло та ін. – К.: Агроосвіта, 2013. – 448 с.

2. Гайдамака А. В. Підшипники кочення. Базові знання та напрямки вдосконалення : навч. посіб. / А. В. Гайдамака. – Х. : НТУ «ХПІ», 2009. – 248 с.

 

2 ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

 

1 Види тертя підшипників кочення

При обертанні підшипника кочення в ньому виникають фактори, які перешкоджають його руху. Одним з таких факторів можна відмітити тертя між тілами кочення і кільцями, яке, в свою чергу, поділяють на тертя кочення і тертя ковзання. Кочення в найбільш чистому виді характерне для циліндричних роликопідшипників, в яких всі точки лінії контакту по довжині ролика мають однакову колову швидкість. В кулькових і сферичних роликових підшипниках (рисунок 1) контакт у поперечному перетині відбувається по дузі. Колові швидкості точок тіл кочення в місці контакту змінюються пропорційно відстані їх від осі обертання, в результаті спостерігається ковзання і втрати на тертя ковзання.

Кочення в найбільш чистому вигляді характерне для циліндричних роликопідшипників, у яких усі точки лінії контакту по довжині роликів мають однакову колову швидкість. У кулькових підшипниках контакт у поперечному перерізі відбувається по дугах MNE і KCL. Колові швидкості контактуючих точок тіл кочення і кілець, змінюючись пропорційно відстані від їхньої осі обертання (рис. 1), в деяких зонах контакту мають різні значення, що спричинює їх ковзання.

Загальні дотичні до поверхонь тіл кочення і кілець, проведені через середини їх площадок контакту, повинні пересікатися у одній точці на осі вала або в нескінченності, інакше буде мати місце додаткове ковзання. В конічних роликових підшипниках значне тертя ковзання виникає між базовою торцевою поверхнею роликів і бортами на внутрішніх кільцях.

Можливі також втрати на тертя, зв’язані з погрішністю форми тіл кочення і кілець, перекосами роликів, тощо.

Крім тертя тіл кочення і кілець потрібно звертати увагу на такі фактори як:

- тертя тіл кочення і сепаратору;

- тертя сепаратору і кілець;

- тертя в ущільненнях (особливо в контактних);

- опір змащувального матеріалу.

r.13.1.jpg

Рисунок 1 – Ковзання в підшипнику кочення

При малих навантаженнях основне значення має опір, який пов’язаний з опором мастила та тертям в сепараторі, при великих же навантаженнях – тертя на площадках контакту між тілами кочення і кільцями підшипника.

Вивчення динаміки підшипників важливе при вирішенні питань, що пов’язані із з’ясуванням енергетичних втрат у підшипнику, побудовою розрахункової схеми сепаратора, визначенням вібрацій підшипників. У курсі деталей машин розглядається лише поняття втрат на тертя у підшипнику. Загальний опір у підшипниках обумовлений тертям кочення кульок і роликів по бігових доріжках, ковзанням роликів по бортах кілець, геометричним ковзанням тіл кочення, тертям у сепараторі, тертям у мастильному матеріалі, режимом роботи й особливостями конструкції. Втрати на тертя кочення визначаються багатьма причинами і залежать від умов кочення, питомого тиску, швидкості, змащення й інших факторів.

Підвищене тертя ковзання, що виникає в циліндричних роликопідшипниках, обумовлено тертям торців роликів з бортами кілець при їх перекосах і, особливо, під дією осьових навантажень. У конічних роликопідшипниках значне тертя ковзання має місце між базовою торцевою поверхнею роликів і 50 бортами на внутрішніх кільцях. Втрати на тертя в сепараторі залежать, насамперед, від конструкції сепаратора та його матеріалу і обумовлені силами, що діють на сепаратор, режимом роботи підшипника й іншими факторами. Опір обертанню, що обумовлений змащенням, являє собою складну гідродинамічну задачу і залежить від в’язкості мастила, швидкості відносного руху, температури й інших факторів.

Основні види тертя виникають у підшипниках одночасно, тому оцінити вплив кожного з факторів на загальний опір важко. Однак можна відзначити, що підвищений опір у початковий момент руху обумовлений, головним чином, 51 впливом тертя ковзання в мастильному шарі. Підвищення радіального навантаження на підшипник впливає, в основному, на тертя кочення тіл по бігових доріжках, геометричне ковзання і тертя ковзання сепаратора.

Теоретичний розрахунок загального опору руху в підшипниках пов’язаний зі значними труднощами тому, що неможливо врахувати з необхідною вірогідністю вплив пружних властивостей деталей підшипників, розподіл навантаження між тілами кочення, мікрогеометрію поверхонь, властивості змащення, швидкості, температури, час припрацювання й інші фактори. Більш того, момент тертя в підшипнику протягом одного обороту не є постійною величиною. Тому в інженерній практиці момент сил тертя підшипника щодо осі обертання визначають приблизно.

Момент тертя в підшипниках при рекомендованих умовах експлуатації, коли результуюче навантаження не перевищує 20% радіальної динамічної вантажності і пластичному мастильному матеріалі можна оцінити по формулі

f.13.1.jpg

де d - діаметр отвору внутрішнього кільця підшипника;

    fпр - приведений коефіцієнт тертя.

Заходи по зменшенню втрат на тертя проводять у напрямку зменшення всіх перерахованих складових.

2 Змащування підшипників кочення

З ростом навантаження момент тертя зростає по лінійній залежності. З ростом швидкості обертання момент тертя при змащуванні розбризкуванням міняється звичайно мало, а при змащуванні в масляній ванні зростає разом зі швидкістю. При повній відсутності мастильного матеріалу момент тертя підвищується і тривала робота підшипників неможлива. Однак при подачі навіть незначної кількості мастильного матеріалу (декілька крапель за годину) тертя різко понижується і підшипник може працювати нормально.

В’язкість мастила при змащуванні розпиленням або розбризкуванням суттєво не впливає на момент тертя. При змащуванні зануренням у масляну ванну момент тертя різко зростає з підвищення в’язкості мастила.

Довговічність роботи підшипників кочення залежить від типу мастильного матеріалу та організації його подачі до тертьових поверхонь у не меншій мірі, ніж від якості металу і виготовлення деталей.

Роль змащення стає важливішою з ускладненням конструкцій підшипників, збільшенням навантажень і швидкостей, жорсткістю умов експлуатації. Функції змащення різноманітні: змащення зменшує величину тертя ковзання, 36 тертя кочення, перешкоджає зносу тертьових поверхонь, усуває продукти зносу, сприяє оптимальному розподілу тепла й охолодженню робочих елементів деталей, охороняє його від корозії, захищає від забруднення, підвищує плавність обертання, знижує шум. Для змащення підшипників загального машинобудування застосовують рідкі мастила і пластичні (консистентні) мазі. Рідкі змащувальні речовини мають більшу фізичну і хімічну стабільність у порівнянні з консистентними, можуть працювати при більш високих температурах і великих частотах обертання, сприяють меншим енергетичним втратам і дозволяють застосовувати систему циркуляції і фільтрації. Перевагами консистентних мастил є значно менша здатність до витікання з корпусу, що спрощує будову ущільнювальних пристроїв і підвищує герметизацію вузла.

У редукторах, коробках передач та інших механізмах, що мають зубчасті колеса, змащування підшипників здійснюється найчастіше тим же мастилом, що і весь механізм.

При установці підшипника в корпусі, ізольованому від загальної системи змащування, і горизонтальному розташуванні валів звичайно використовують змащування в мастильній ванні. Якщо n < 3000 хв-1 , то рівень мастила повинен доходити до центра нижнього тіла кочення підшипника.

Хоча рідкі мастила є кращими мастильними матеріалами для підшипників кочення, більшість підшипників у машинобудуванні змащується пластичними мазями через простоту пристроїв для ущільнення і кращу ізоляцію опор від навколишнього середовища. Вибір мастильного матеріалу виконують з урахуванням призначення машини (механізму), конструкції підшипника, особливостей експлуатації і здійснюють за відповідними таблицями і номограмами.

 

3 Дослідження підшипників кочення

Досліджують підшипників на спеціальних машинах – стендах. Можуть бути конструкторські (на відповідність підшипника технічному завданню), ресурсні (на довговічність при режимах, що передбачені технічними умовами чи спеціальною програмою), типові (перевірка працездатності підшипників в експлуатаційних умовах), контрольні (перевірка якості випущеної продукції на відповідність технічній документації), порівняльні, приймально-здавальні, випробування на стійкість при перевантаженнях і вібрації, на гучність, кліматичні і температурні, вакуумні. Стендові випробування – основний вид досліджень працездатності підшипників кочення – є завершальним етапом у їхньому виробництві. Працюючий підшипник навіть з ідеальною геометричною формою його деталей завжди є джерелом вібрації, що пов'язано з періодичною зміною положення тіл кочення щодо лінії дії радіального навантаження. У реальному підшипнику вібрації виникають через дисбаланс вала, недосконалості форм деталей, перекіс внутрішнього кільця щодо зовнішнього, недостатню чистоту мастильного матеріалу, похибок монтажу вузла, особливості експлуатації та з інших причин. Причини виникнення вібрацій підшипників пов'язані також з технологією виготовлення.

Установка ДМ28 складається з корпуса, виготовленого із алюмінієвого сплаву (силуміну) і закріпляючого 4-ма болтами до столу. Всередині корпуса розміщений трьохфазний асинхронний електродвигун 1 (рис.2), за допомогою якого приводиться до обертання вал 2 зі встановленою на ньому досліджуваною головкою. Клинопасова передача складається з двох шківів 3 і 4, які мають по 3 потоки різних діаметрів і клиновидного паса 5 типу 0-710 ГОСТ 1284-68. При перестановці паса із одних потоків на інші можна отримати три різні частоти обертання вала 2 не змінюючи частоту обертання вала електродвигуна.

Вмикання електродвигуна 1 виконується за допомоги пакетного вимикача, вмонтованого на передні й стінці корпуса установки (на рис. 2 корпус установки не показаний). Натяг і послаблення паса здійснюється поворотом плити 6, на якій закріплений електродвигун 1. Регулювання натягу паса и фіксація потрібного натягу виконується за допомоги натяжного гвинта 7 з двома гайками.

r.13.2.jpg

Рисунок 2Установка для дослідження підшипників кочення

Головка з досліджуваними підшипниками закріплюється на валу 2 від осьових переміщень з допомогою кулькового фіксатора, а від провертання – призматичною шпонкою. Головка являє собою стальний циліндричний корпус 8, в середині якого обертально-рухомо встановлена перехідна втулка 9. Розмір отвору у втулці 9 відповідає діаметру вихідного кінця вала. На перехід втулці напресовано чотирьох досліджуваних підшипника.

Зовнішні кільця двох крайніх досліджуваних підшипників 10 і 11 розміщені в корпусі головки 8, а зовнішні кільця двох середніх досліджуваних підшипників 12 і 13 розміщенні в загальній циліндричній навантажувальній втулці 14, яка встановлена з зазором в корпусі 8. Корпус 8 з обох торців закритий кришками, при чому одна з них має оглядове скло для контролю рівня оливи в підшипникових вузлах.

За допомогою навантажувального пристрою, який складається із скоби та гвинта 16, середніх підшипників 12 і 13 притискаються до перехідної втулки 9. Зусилля, що створюється гвинтом 16, передається до підшипників за допомогою двох кульок і динамометричних пружин 17. Контроль дії пружини веде до деформації 17. за допомогою індикатора 18.

При наслідках середніх підшипників 12 і 13 реактивні потреби, які вимірюються в крайніх підшипниках 10 і 11, створять рівні навантаження. Виникаючий при обертанні кілець підшипників момент тертя буде захоплювати корпус 8 головки.

Закріплений, на визначеному куті від осі обертання підшипників, маятниковий вантаж 19 буде підтримувати корпус 8 у відхиленні на деякій положенні. Величина кута відхилення вантажу від рівноваги залежить від моменту тертя в підшипниках. З допомогою стрілки 20, закріпленої на підвісці вантажу, показати по шкалі 21, яка проградована в кгс. см, момент тертя в підшипниках .

Подача мастила до досліджуваним підшипникам 10, 11, 12 і 13 здійснюється, необхідно спеціальним пристроєм, який представляє собою циліндр 22 з поршнем 23. Гнучкий шланг 24 з'єднує внутрішню щільність корпусу 8 з циліндром 22. Переміщуючи поршень 23 вгору або вниз, можна виміряти рівень оливи в корпусі 8, а, отже, і ступінь заповнення підшипників оливою.

Контроль температури оливи в корпусі 8 який-небудь рідинним термометром, поміщається в спеціальний отвір. Для запобігання потрапляння пилу у внутрішню щільність корпусу 8 отвір під термометр закривають кришкою з різьбою.

Установка забезпечена комплектом із 4 головок із типами підшипників кочення.

Границя частот обертання, що допускається, визначається значним числом конструктивно-експлуатаційних параметрів. Основними з них є - тип, габаритні розміри і серія підшипника, матеріал і конструкція сепаратора, точність виготовлення підшипника і сполучених деталей вузла, вплив навколишнього середовища, температура, вібрації, величина і характер навантаження, мастило й охолодження.

  Тип підшипника визначає кінематику і характер витрат на тертя. Найбільш швидкохідними є прецизійні радіальні і радіально-упорні кулькові підшипники. Діаметр і число тіл обертання підшипника залежать від його габаритів, тобто розмірів «живого перетину», і серії.

Підшипники важких серій мають меншу швидкохідність. Для нормальних частот обертання, застосовують підшипники нормального класу точності зі штампованими сталевими сепараторами При підвищених частотах обертання використовують підшипники високих класів точності з масивними латунними, бронзовими і текстолітовими сепараторами. Для підвищення граничної швидкохідності вирішальне значення мають мастило й охолодження підшипника. Бажано, щоб підшипник працював в умовах рідинного тертя, а кількість мастила й інтенсивність його циркуляції забезпечували відбір і відвід тепла, що виникає в підшипнику в результаті роботи сил тертя.