Выбор подшипников качения. Расчет долговечности подшипников.

Номинальная долговечность (ресурс) подшипника в миллионах оборотов:

где – динамическая грузоподъемность по каталогу;

– эквивалентная нагрузка;

– показатель степени:

для шарикоподшипников , для роликоподшипников

Номинальная долговечность в часах:

где – динамическая грузоподъемность по каталогу;

– долговечность подшипника, млн.об;

– скорость вращения, об. / мин.

При расчетах следует строго следить за тем, чтобы в формулах и были выражены в одних и тех же единицах.Для однорядных и двухрядных сферических радиальных шарикоподшипников, однорядных радиально-упорных шарикоподшипников и роликоподшипников эквивалентная нагрузка:

при

;

при

;

где – коэффициент вращения кольца;

при вращении внутреннего кольца = 1, при вращении наружного – ;

– радиальная нагрузка, Н;

– осевая нагрузка, Н.

Значения и см. в таблице 5.5. Значения – в таблице 5.4; значения – в таблице 5.6.

Таблица 5.4 – Значение коэффициента

Нагрузка на подшипник		Примеры использования
Спокойная, без толчков	1,0	Ролики ленточных конвейеров
Легкие толчки, кратковре­менные перегрузки до 125 % номинальной (расчетной) на­грузки	1,0-1,2	Прецизионные зубчатые пе­редачи, металлорежущие станки (кроме строгальных и долбежных), блоки, электро­двигатели малой и средней мощности, легкие вентиляторы и воздуходувки
Умеренные толчки, вибра­ционная нагрузка, кратко­временная перегрузка до 150% номинальной (расчет­ной) нагрузки	1,3-1,5	Буксы рельсового подвижно­го состава, зубчатые переда­чи 7-й и 8-й степеней точ­ности, редукторы всех кон­струкций, винтовые конвейеры
То же, в условиях повы­шенной надежности	1,5-1,8	Центрифуги, мощные элект­рические машины, энергетическое оборудование
Нагрузки со значительными толчками и вибрацией, кратковременные перегрузки до 200% номинальной (расчет­ной) нагрузки	1,8-2,5	Зубчатые передачи 9-й сте­пени точности, дробилки и копры, кривошипно-шатунные механизмы, валки про­катных станов, мощные вентиляторы и эксгаустеры
Нагрузки c сильными уда­рами, кратковременные пе­регрузки до 300% номи­нальной× (расчетной) нагруз­ки	2,5-3,0	Тяжелые ковочные машины, лесопильные рамы, рабочие рольганги у крупносортных станов, блюмингов и слябингов

Таблица 5.5 – Значения X и Y для подшипников

Радиальные однорядные и двухрядные
X	Y	X	Y
0,014			0,56	2,30	0,19
0,028	1,99	0,22
0,056	1,71	0,26
0,084	1,55	0,28
0,110	1,45	0,30
0,170	1,31	0,34
0,280	1,15	0,38
0,420	1,04	0,42
0,560	1,00	0,44
Радиально-упорные конические и радиальные самоустанавливающиеся роликоподшипники
Однорядные	Двухрядные
		0,4				0,67
Радиально-упорные шарикоподшипники
		Однорядные	Двухрядные
	0,014 0,029 0,057 0,086 0,110 0,170 0,290 0,430 0,570	1		0,45	1,81 1,62 1,46 1,34 1,22 1,13 1,04 1,01 1,00		2,08 1,84 1,60 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

Продолжение таблицы 5.5
Радиально-упорные шарикоподшипники
		Однорядные	Двухрядные
	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

Таблица 5.6 - Значение коэффициента

Рабочая температура подшипника, °С
Температурный коэффициент Кг	1,05	1,10	1,15	1,25	1,35	1,40	1,45

Эквивалентная нагрузка для однорядных и двухрядных подшипников с короткими цилиндрическими роликами (без бортов на наружном или внутреннем кольцах):

Эквивалентная нагрузка для упорных подшипников (шариковых и роликовых):

Для радиально-упорных шарикоподшипников с номиналь­ным углом контакта и конических роликоподшипников коэффициенты радиальной и осевой нагрузки выбирают в зависимости от отношения,
коэффициента осевого нагружения и угла контакта . Величины и для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников с углом выбирают по величине отношения осевой нагрузки к его статической грузоподъемности:
При выборе следует применять линейную интерполяцию.

При подборе радиальных и радиально-упорных шарико­подшипников, а также конических роликовых подшипников необходимо учитывать, что осевая нагрузка не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки до тех пор, пока значение не превысит определенной величины (значение выбирают по таблицам или формулам).

Учитывая указанное выше, в формуле для определения эквивалентной нагрузки при следует принимать .

Для шариковых радиально-упорных подшипников с углом контакта величину определяют по формуле:

Для тех же подшипников с углом контакта

Для подшипников с углами контакта величину можно определить из графика (рисунок 5.7).

Рисунок 5.7 – График для определения в зависимости от и

Сдвоенные радиально-упорные шариковые или конические роликовые подшипники при отношении рассчитывают как двухрядные. Если , то в двухрядных подшипниках будет работать только один ряд тел качения, и величину динамической грузоподъемности следует принимать такой же, как для однорядного подшипника.

В радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальных нагрузок возникают осевые составляющие , определяемые по формулам:

– для конических роликоподшипников;

– для радиально-упорных шарикоподшипников

а - в распор, б - врастяжку

Рисунок 5.8 - Схема действия сил в радиально-упорных подшипниках,

Осевые нагрузки, действующие па радиально-упорные конические подшипники, определяют с учетом схемы действия внешних сил, в зависимости от относительного расположения подшипников должны быть учтены осе­вые составляющие от радиальных нагрузок, действующие на каждый подшипник (рисунок 5.8)

Если радиально-упорные подшипники установлены по концам вала в распор или врастяжку, то результирующие осевые нагрузки каждого подшипника определяют с учетом действия внешней осевой нагрузки (осевая сила червяка, осевые силы косозубых или конических зубчатых колес и пр.);

Результирующие осевые нагрузки подшипников определяют по таблице 5.7.

Ориентировочные рекомендации по выбору подшипников даны в таблице 5.8.

Все данные для расчета берутся из технического задания и чертежа общего вида.

Таблица 5.7 – Формулы для расчета осевых нагрузок

№	Условия нагружения	Осевые нагрузки

Ознакомление для дальнейшей рекомендации

Таблица 5.8 – Рекомендации по выбору радиально-упорных шарикоподшипников

Отношение	Конструктивное обозначение и угол контакта	Осевая составляющая радиальной нагрузки в долях от	Примечание
0,35 – 0,8		0,3	Допустимо использование особо легкой и сверхлегкой серий
Окончание таблицы 5.8
0,81 – 1,2		0,6	При весьма высоких скоростях легкая серия предпочтительнее
Св. 1,2		0,9	Для высоких скоростей подшипник с данным углом контакта непригоден.
Примечание: применяют однорядные радиальные шариковые подшипники

Упругие опоры

Упругие опоры с внутренним трением для вращательного движения, часто называемые упругими шарнирами, имеют следующие преимущества: малое трение, отсутствие зазоров и необходимости в смазке, долговечность и надежность работы. К недостаткам относятся противодействующее изменяющееся усилие и ограниченная величина угла поворота подвижного звена.

Например, рычаги должны поворачиваться, чтобы обеспечить передачу измерительной информации от детали к индикатору.

Рисунок 5.9 – Рычаг

Закрепить рычаг можно на упругой опоре, рисунок 5.10.

Рисунок 5.10– Закрепление рычага на упругой опоре

Используем упругие опоры:

Если закрепить на одной пластине возможно не только угловое перемещение, но и перемещение вверх-вниз (например, вдоль линии измерения, что приведёт к дополнительной погрешности), рисунок 5.10.

Рисунок 5.11 – Закрепление рычага на двух пластинах

Решение проблемы: две пластины дополняют друг друга, поэтому рычаг не движется в запрещённых направлениях, а только поворачивается: рисунок 5.11

Примеры крестовых шарниров, рисунок 5.12 и 5.13.

Рисунок 5.12 – Примеры крестовых шарниров

Недостаток: появление упругих сил, изменяющих измерительное усилие.

Рисунок 5.13 - Крестовый шарнир

– подвижный рычаг; – плоские пружины; – неподвижное основание.

Рычаг поворачивается за счёт изгиба пружин.

Изгибные напряжения рассчитываются:

где – изгибающий момент, приходящийся на одну пружину;

- длина рычага; Р – внешняя сила.

– момент сопротивления изгибу.

– ширина пружины,

– толщина пружины.

Рычаг поворачивается много раз (циклов). Чтобы устройство не ломалось, берут большой запас по допустимым напряжениям

Достоинства:

- отсутствие внешнего трения;

- низкие требования к точности изготовления;

- высокая долговечность.

Недостатки:

- значительные размеры;

- маленький угол поворота рычага;

- изменение измерительного усилия прибора из-за упругих сил в пружинах.

Материалы изготовления упругих пружин: У10А.

Проверка правильности выбора пластин:

где – угол поворота рычага от нулевого положения;

– коэффициент жёсткости системы.

В приборах наиболее широкое распространение получили ленточные, крестообразные и уголковые пружинные шарниры.

- ленточный шарнир, рисунок 5.14.

Рисунок 5.14– Изображение ленточного шарнира

Пружинная лента 2 жестко закреплена в рычаге 1 и неподвижном основании 3. Полагают, что при малых углах поворота ось вращения шарнира приближенно располагается в точке пересечения касательных, поведенных к начальной и конечной точкам пружинной ленты, т.е. находится в точке О. Положение оси X-X сильно зависит от приложенной к рычагу нагрузки.

- крестообразный пружинный шарнир

Состоит из двух пар одинаковых перекрещивающихся под углом стальных пластинок, прикрепленных концами к двум деталям, рисунок 5.15.

Рисунок 5.15 – Изображение крестообразного пружинного шарнира

Рамка 2 может поворачиваться без люфта вокруг оси О1-О2, проходящей через линию пересечения пружин 1.

Такие шарниры имеют ряд преимуществ по сравнению с подшипниками.

Основное преимущество пружинных шарниров состоит в том, что в них имеется только трение упругости, поэтому они не требуют смазки и не подвержены износу, который бы увеличивал зазор (мертвый ход). Нагрузки таких шарниров обычно не бывают настолько велики, чтобы вызвать ошибку вследствие смещения пластинок. Пружины 1 выполняются равной длины и толщины. Применяются конструкции с двумя, тремя и четырьмя пружинными лентами, суммарная ширина которых на каждой стороне шарнира одинакова.

ГЛАВА 6. МУФТЫ