Изучение подшипников качения

Цель работы

Изучение конструкций, классификации и условных обозначений в маркировке основных типов подшипников качения.

Общие сведения

Подшипники качения изготавливают из высококачественных высокоуглеродистых хромистых сталей типа ШХ (1¸1,2 % С, 0,4¸1,65 % Cr). Тела качения выполняют из сталей ШХ6, ШХ9, ШХ15, кольца - из сталей ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ, а для крупных подшипников - из стали 20Х2Н4А. Подшипники для работы в агрессивных средах выполняют из коррозионно-стойкой стали типа 95Х18.

Основные признаки классификации: направление действия воспринимаемой нагрузки, форма тел качения и число их рядов, конструктивные особенности подшипника, класс точности.

По направлению действия воспринимаемой нагрузки подшипники делят на три группы: радиальные, воспринимающие только радиальную нагрузку; упорные, предназначенные только для осевой нагрузки; радиально-упорные, предназначенные для восприятия радиальной и осевой нагрузки, одновременно.

По форме тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. Существуют следующие виды роликов: короткие цилиндрические, длинные цилиндрические, игольчатые, витые, конические, сферические, сфероконические.

По числу рядов тел качения подшипники выполняют однорядными, двухрядными и многорядными.

Отдельные типы подшипников выполняют самоустанавливающимися, а также с различными конструктивными изменениями: с защитными уплотнительными шайбами и кольцами, коническими посадочными отверстиями, канавками, упорными заплечниками и т.п.

Подшипники качения имеют различную статическую и динамическую грузоподъёмности и частоту вращения, соотношения которых по типам подшипников даны ниже:

Тип подшипника	Обозна-чение	Грузо-подъём-ность, %	Предельная частота вращения, %	Допустимая окружная скорость на среднем диаметре, м/с
Шариковый радиальный однорядный				10¸30
Шариковый радиальный двухрядный сферический				10¸20
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами				10¸20
Шариковый радиально-упорный				10¸20
Роликовый радиально-упорный однорядный конический				5¸15
Шариковый упорный одинарный		-		5¸10

Относительная долговечность шариковых и роликовых подшипников разных серий диаметром 100 мм при одинаковой нагрузке и частоте вращения показана ниже:

	Лёгкая серия	Средняя серия	Тяжёлая серия
Шариковый
Роликовый

Радиальный однорядный шарикоподшипник (тип 0000) воспринимает радиальную нагрузку, а также осевую в обе стороны, не превышающую 70 % разности между радиальной допустимой и действующей нагрузками.

Подшипник фиксирует осевое положение вала в обоих направлениях в пределах осевого зазора и допускает перекос осей колец до 0,25^о(15′). Благодаря невысокой стоимости, простоте монтажа и особенности воспринимать комбинированную (радиальную и ограниченную осевую) нагрузку, радиальный шарикоподшипник получил наибольшее применение среди других типов.

Радиальный двухрядный сферический шарикоподшипник (тип 1000) применяют в узлах с нежесткими валами, а также в конструкциях с отдельными опорами. Этот подшипник самоустанавливающийся, воспринимает радиальную и ограниченную осевую нагрузки, допускает относительный перекос внутреннего и наружного колец до 3°.

Радиальные роликоподшипники выпускают в нескольких конструктивных разновидностях, отличающихся наличием упорных бортов и различием в их расположении на внутреннем и наружном кольцах.

Подшипник с короткими цилиндрическими роликами (тип 2000) воспринимает значительную радиальную нагрузку и не предназначен для осевой нагрузки, по быстроходности не уступает радиальному шарикоподшипнику, а по грузоподъёмности превосходит его примерно в 1,5 раза. Однако этот подшипник требует большой точности в соосности посадочных поверхностей, иначе могут возникать кромочные давления роликов на дорожках качения, резко снижающие срок службы подшипника.

Подшипник с игольчатыми роликами (тип 74000) применяют в узлах с диаметральной компактностью, а также при работе в колебательном режиме. Осевую нагрузку игольчатый подшипник не воспринимает, очень чувствителен к прогибам валов и несоосности посадочных поверхностей. Игольчатые подшипники могут работать без внутреннего кольца, или без наружного кольца или с иглами в сепараторе без обоих колец.

Радиально-упорный шарикоподшипник (тип 6000) воспринимает комбинированную нагрузку (радиальную и осевую одновременно). Осевая грузоподъёмность при этом зависит от номинального угла контакта подшипника, который может быть равным 12°, 26° и 36° (соответственно для подшипников типа 36000, 46000 и 66000). Подшипники с большими углами контакта (26° и 36°) предназначены для больших осевых нагрузок, которые могут превышать действующую радиальную нагрузку.

Эти типы радиально-упорных подшипников осевую нагрузку воспринимают в одном направлении, поэтому для двухсторонней фиксации вала их устанавливают попарно.

Радиально-упорные подшипники чувствительны к перекосам осей колец, требуют жестких валов. Установка этих подшипников в распор допустима лишь при небольшой длине вала между опорами (L/d_оп £ 6 ¸ 8, где d_оп – диаметр цапфы вала)

Конические роликоподшипники (тип 7000) допускают раздельный монтаж и демонтаж колец внутреннего с комплектом роликов, и наружного. При монтаже и в эксплуатации требуют тщательной регулировки осевых зазоров.

Радиально-упорные однорядные подшипники с коническими роликами воспринимают радиальную и осевую нагрузку в одном направлении, поэтому для фиксации вала в осевом направлении их устанавливают попарно.

С увеличением номинального угла контакта подшипника осевая грузоподъёмность его возрастает. Грузоподъёмность радиально-упорного роликового подшипника выше, чем у такого же по размерам радиально-упорного шарикового подшипника.

Упорный одинарный шарикоподшипник (тип 8000) воспринимает только осевую нагрузку. Однорядный подшипник воспринимает нагрузку одного направления, а двойной (тип 38000) - нагрузку обоих направлений по оси вала. Подшипник предназначен для невысокой частоты вращения.

Маркировка подшипников стандартизирована (ГОСТ 520-71). На торце одного из колец подшипника маркируют обозначение подшипника и номер завода-изготовителя. Условными цифрами маркируют внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные особенности; кроме того, слева от основного шифра указывают цифрой, отделённой тире (или слитно буквами), класс точности подшипника.

Точность подшипника определяется точностью выполнения основных размеров колец и точностью вращения подшипника (радиальным биением дорожек качения, биением торца относительно оси отверстия). ГОСТ 520-71 устанавливает следующие классы точности подшипников (в порядке повышения точности): 0, 6, 5, 4, 2.

Ранее (по ГОСТ 520-55) точность подшипников обозначалась буквами, соответствующими классу точности изготовления внутреннего и наружного колец: П - повышенный (кл. 6), В - высокий (5), А - особо высокий (4), С - сверхвысокий класс точности (2), а также ВП, АВ или СА - соответственно промежуточный класс точности. Нормальный класс точности (0) на подшипниках не маркируют.

Расшифровка подшипников проводится справа налево.

Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм две первые цифры справа в обозначении составляют число, равное посадочному диаметру в миллиметрах, делённому на пять.

Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 10 мм посадочный диаметр вала обозначают иначе:

Диаметр вала, мм
Последние цифры в обозначении

Для подшипников с внутренним диаметром до 10 мм правая цифра в обозначении есть размер внутреннего диаметра в миллиметрах; при этом на третьем месте справа в шифре подшипника проставляется 0, а вторая цифра справа обозначает серию диаметров.

Третья цифра справа в маркировке подшипника с внутренним диаметром более 10 мм обозначает серию диаметров. Различают серии 0¸9, например, сверхлёгкие 9 и 8, особо лёгкую 1, лёгкие 2 и 5, среднюю 3, тяжёлую 4.

Четвёртая цифра справа обозначает тип подшипника: 0 - радиальный шариковый; 1 - радиальный сферический; 2 - радиальный с короткими цилиндрическими роликами; 3 - радиальный роликовый сферический; 4 - радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами или игольчатый; 5 - радиальный роликовый с витыми роликами; 6 - радиально-упорный шариковый; 7 - радиально-упорный с коническими роликами; 8 - упорный шариковый; 9 - упорный роликовый.

Пятая (или пятая и шестая) цифры справа обозначают конструктивные особенности подшипника (угол контакта, канавки на кольцах и т.п.)

Изменение материалов деталей подшипника, дополнительные требования по шуму, шероховатости обработки, радиальному зазору и др. маркируют справа и слева от условного обозначения подшипника дополнительными буквами.

Буквы слева от условного обозначения подшипника характеризуют специальные требования к радиальному зазору и к моменту трения.

Дополнительные буквы справа от условного обозначения характеризуют следующие дополнительные признаки:

Ю - все детали подшипника (или часть) выполнены из нержавеющей стали;

Х - кольца и тела качения (или только кольца) из цементуемой стали;

Р - детали подшипника из теплостойкой стали;

Г - сепаратор массивный из чёрных металлов;

Б - сепаратор из безоловянного сплава;

Д - сепаратор из алюминиевого сплава;

Л - сепаратор из латуни;

Е - сепаратор из пластических материалов (текстолита и др.);

Я - кольца, тела качения из редко применяемых материалов (стекла, керамики, пластмассы и др.);

К - конструктивные изменения деталей подшипника заводом-изготовителем;

Ш - специальные требования к подшипнику по шуму;

У - дополнительные требования к шероховатости обработки поверхностей деталей, к радиальному зазору, к осевой игре и т.д.; покрытия - свинцевание, анодирование, кадмирование и т.п.;

С - подшипник закрытого типа при заполнении специальной смазкой;

Т - специальные требования к температуре отпуска деталей, твёрдости и механическим свойствам;

Э - детали подшипника из стали ШХ со специальными присадками (ванадий, кобальт и др.);

Н - изменение ширины внутреннего кольца (для конических подшипников).

Седьмая цифра справа в маркировке подшипника обозначает серию по ширине, а для упорных подшипников - серию по высоте. Например, различают серии по ширине: узкие 0, 9 и 7, нормальные 0 и 1, широкие 2, 5, 6 и 3, особо широкую 4.

Пример расшифровки условных обозначений подшипников приведён в таблице 6.1.

Полная маркировка подшипника содержит семь цифр. Усечённая маркировка может содержать три, четыре или пять цифр, при этом третья цифра справа указывает одновременно на серию диаметров и серию ширины.

Порядок выполнения работы

1. Получить набор подшипников.

2. Изучить устройство подшипников, выполнить раскрывающие конструкцию эскизы подшипников в сборе с указанием основных размеров. На эскизах указать стрелками направления воспринимаемых нагрузок (R, A, R и A).

3. Расшифровать обозначения в маркировках подшипников. Определить рекомендуемые условия применения каждого заданного типа подшипника. Дать краткую характеристику каждому подшипнику; выяснить, обеспечивает ли подшипник фиксацию вала в осевом направлении, допускает ли подшипник перекосы вала в корпусе (если да, то в каких пределах); оценить относительную грузоподъёмность подшипника, указать С, С_о и n_пред .

4. Результаты расшифровки каждого типоразмера занести в таблицу (см. таблицу 6.1).

Пример краткой характеристики подшипника 2315: предназначен для радиальных нагрузок, требует точного монтажа, применяется для жёстких конструкций, осевой фиксации не обеспечивает; динамическая грузоподъёмность С = 142 кН, статическая грузоподъёмность С_о = 112 кН, предельная частота вращения n_пред = 4000 мин^-1.

5. Оформить отчёт по лабораторной работе и представить его на рецензирование.

Контрольные вопросы

1. Из каких деталей состоит подшипник качения?

2. Каковы преимущества подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

3. Каковы недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения?

4. Какие силы воспринимают различные подшипники качения?

5. По каким признакам классифицируют подшипники качения?

6. Какие формы тел качения применяют в подшипниках?

7. Какие материалы применяют для тел качения в подшипниках?

8. Какие типы подшипников качения имеют наибольшую грузоподъёмность?

9. Какие типы подшипников качения наиболее быстроходны?

10. Какие материалы применяют для подшипниковых колец?

11. Для чего применяют сепараторы в подшипниках качения?

12. Из каких материалов выполняют сепараторы в подшипниках качения?

13. Какими параметрами характеризуют подшипники качения?

14. Что понимают под грузоподъёмностью подшипника качения (статической, динамической)?

15. Какими характеристиками определяют точность подшипника качения?

16. Как определить класс точности подшипника качения по его маркировке?

17. Чем отличается подшипник радиально-упорный от радиального и от упорного подшипников?

18. Каковы причины шума при работе подшипника качения?

19. Какова роль смазки в подшипниках качения?

20. Какие смазки применяют в подшипниках качения и какая из них наиболее эффективна?

21. Как определить тип подшипника качения по его маркировке?

22. Как определить серию диаметров подшипника качения по его маркировке?

23. Каковы отличительные признаки серий подшипников качения по ширине и как их маркируют?

24. Как определить внутренний диаметр подшипника качения по его маркировке?

25. Что характеризуют буквы, расположенные справа от основной маркировки подшипника качения?

26. Где располагают признаки конструктивных особенностей подшипника качения в его маркировке?

Таблица 6.1

Результаты расшифровки обозначений подшипников (пример)

Обозначение	Класс точности	Серия ширин	Конструктивные особенности	Тип подшипника	Серия диаметров	Внутренний диаметр	Отличительные признаки
6-2007108	Повышенный	Широкая	-	Конический роликовый	Особо лёгкая	5×8=40 мм	-
36207Е	- Нормальный	Узкая	Угол контакта 12°	Радиально-упорный шариковый	Лёгкая	5×7=35 мм	Е Сепаратор текстолитовый
2-46306Л	Прецизионный	Узкая	Угол контакта 26°	Радиально-упорный шариковый	Средняя	5×6=30 мм	Л Сепаратор латунный
	- Нормальный	Особо широкая	С двумя массивными кольцами	Игольчатый	Особо лёгкая	5×9=45 мм	-

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 тт. 9-е изд., перераб. и допол. М.: Машиностроение, 2006.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. Учеб. пособие для вузов / П.Ф. Дунаев , О.П. Леликов. –9-е изд., исп. М.: Академия, 2006. 496 с.

3. Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 2005. 408 с.

4. Детали машин. Атлас конструкций: Учеб. пособие для вузов. В 2 т./ Под общей ред. Д.Н. Решетова. М.: Машиностроение, 1992.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ........................................................................................................…. 3

Лабораторная работа № 1….............………….……………………………… 4

Лабораторная работа № 2 ………………..……..………………………….... 11

Лабораторная работа № 3 ..……………………….…………………………. 20

Лабораторная работа № 4 ........................................…............................…… 27

Лабораторная работа № 5 ..............…….......................................................... 40

Лабораторная работа № 6 ...........................................................….……….... 51

Библиографический список .…………………………………………….…. 60