Определение момента трения в подшипниках качения

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Получение практических навыков экспериментального определе-

ния момента трения в подшипнике качения от нагрузки и скорости вращения вала.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Подшипники качения широко используются в качестве опор валов и вращающихся осей в машинах и приборах бытового назначения, в машинах швейного производства, для изготовления тканей и других.

В подшипниках качения потери на трение очень малы (в сравнении с подшипником скольжения) и почти не зависят от изменения нагрузки, скорости вращения вала, температуры рабочей среды. Подшипниковые заводы выускают радиальные, радиально-упорные и упорные подшипники качения различных типов и размеров. Задача проектировщика состоит в том, чтобы подобрать нужный тип и размер. Поэтому целесообразно при изучении деталей машин экспериментально рассмотреть ряд показателей подшипников качения. На рис. 1 представлены типовые конструкции подшипников.

1 1

3 3

4 4

2 2

а б в

Рис. 1. Типовые конструкции подшипников качения:

а – радиальный однородный шариковый; б – радиально-упорный конический; в – радиальный сферический шариковый двухрядный

Каждый из них состоит из четырех основных деталей: наружного кольца 1, внутреннего кольца 2, тел качения 3 (роликов или шариков) и сепаратора 4, отделяющего тела качения друг от друга.

При качении двух упругих тел друг по другу и силовом воздействии их поверхности деформируются, при этом возникает определенная поверхность контакта, которая имеет области сжатия а и области растяжения b (рис. 2).

Q

Шар

Шар

Кольцо

r r В

r а

b F_T А

Рис. 3. Трение между шариком

Рис. 2. Сопротивление качению и канавкой

С ростом нагрузки N увеличиваются пятно контакта и напряжения в месте контакта. Кроме сопротивления качению из-за деформации поверхностей на величину трения влияют следующие факторы:

1. Скольжение между телами качения и кольцами. Так как контакт осуществляется в точках на различных радиусах вращения (рис. 3, т. А и т. В), то все точки контакта на шарике будут иметь линейные скорости, отличные друг от друга ( ). Это приводит к скольжению при движении тел качения. Другим фактором, вызывающим скольжение, является неизбежность неточности в геометрии тел качения при изготовлении.

2. Скольжение между телами качения и сепаратором.

3. Потери на трение между деталями подшипника и смазкой, а также между частицами смазки. Отсюда следует, что на величину момента трения в подшипниках качения влияет комплекс взаимосвязанных факторов. Поэтому целесообразно исследовать величину этих потерь экспериментально.

3. УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка для определения момента трения в подшипниках качения (рис. 4) состоит из корпуса 1, установленного внутри него электродвигателя 2, который с помощью клиноременной передачи приводит во вращение вал 3, несущий головку 4 с испытуемыми подшипниками 5. Клиноременная передача имеет трехступенчатые шкивы. Включение двигателя производится с помощью переключателя, вмонтированного в корпус установки. Головка 4 с испытуемыми

13

11

10

4 5 6 9 12

3

15

14

8

2

7

1

Рис.4. Устройство экспериментальной установки для определения момента трения в подшипниках качения

подшипниками закрепляется на валу при помощи шпонки 6 и шарикового фиксатора. Для установки головки в нулевое положение по шкале 7 служит груз 8, перемещающийся на резьбовой штанге. Наружные кольца двух средних испытуемых подшипников 5 расположены в общей обойме 9, а наружные кольца двух крайних испытуемых подшипников 5 в общем корпусе головки 4. Схема нагружения подшипников такова, что испытываются одновременно четыре одинаковых подшипника.

При помощи нагрузочного устройства, состоящего из скобы 10, винта 11 и динамометрической пружины 12, средние подшипники поднимаются к валу усилием, регистрируемым индикатором 13. При этом реактивные силы нагружают два крайних подшипника. Возни-кающий в подшипниках момент трения стремится увлечь во вращение корпус головки и с ним обойму двух средних подшипников. Закрепленный на корпусе головки маятник с грузом 8 удерживает корпус от вращения и отклоняется на некоторый угол, зависящий от величины момента трения в подшипниках. Стрелка, закрепленная на маятнике, указывает на величину момента трения по шкале, протарированной в .

Устройство для смазки подшипников состоит из цилиндра 14 и поршня 15. Вращением штока можно вращать поршень и измерять уровень смазки в подшипниках. Наблюдение за уровнем смазки ведется через смотровое окно. Для определения начала стабильной работы подшипников предусмотрен термометр, контролирующий температуру смазки.

Технические характеристики установки:

1. Максимальное усилие, создаваемое нагрузочным устройством – 12000 Н.

2. Число оборотов вала – 970; 1880; 2800 об/мин.

3. Метод измерения нагрузки – динамометрической пружиной со встроенным индикатором (тарировочные данные по пружине приведены в табл. 1).

4. Метод измерения момента трения – маятниковым устройством.

5. Питание установки от сети 3-фазного переменного тока напряжением 380 В и частотой 50 Гц.

6. Головки с испытуемыми подшипниками четырех типов:

- радиальные однорядные легкой серии № 208;

- радиальные однорядные средней серии № 308;

- радиально-упорные роликоподшипники конические легкой серии № 7208;

- радиальные шариковые сферические легкой серии № 1208.

Таблица 1

Тарировочная характеристика динамометрической пружины

Усилие, Н	Прогиб пружины, мм
	0,33 0,65 0,98 1,28 1,54

Цена деления – 10 Н=0,0013 мм

Основные характеристики подшипников приведены в табл. 2.

Таблица 2

Основные характеристики испытуемых подшипников

Обозначение
Внутренний диаметр, мм
Наружный диаметр D, мм
Динамическая грузоподъемность, Н
Допустимая статическая нагрузка, Н

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с устройством установки для испытания подшипников качения.

2. Установить заданное преподавателем число оборотов вала.

3. Проверить наличие смазки в корпусе установки.

4. Включить установку на 3-5 мин. Выключить.

5. При отключенном вращении вала винтом нагружения создать нагрузки на испытуемые подшипники 0, 2500, 5000, 7500, 10000 и 12000 Н. Усилие нагружения определять по индикатору динамометрической скобы. На каждой ступени нагружения измерить момент трения по шкале.

6. Установить другое число оборотов вала и провести испытания в порядке, указанном в п. 5.

7. Построить графики зависимости момента трения от нагрузки и числа оборотов вала установки.

5. СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Отчет о проделанной работе должен содержать исходные данные об испытанном подшипнике качения, его эскизное изображение, таблицу значений момента трения для различных усилий нагружения и скоростей нагружения вала, графики зависимости момента трения от величин нагрузок и скоростей вращения.

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Устройство подшипников качения.

2. Факторы, влияющие на потери в подшипниках качения.

3. Как определяется момент трения в подшипниках качения на установке?

4. Достоинства подшипников качения. Их недостатки.

5. Примеры применения подшипников качения в изделиях бытового назначения.

Лабораторная работа 8