Вивчення конструкції підшипників кочення і їх вузлів

Теоретичні обґрунтування

Підшипники сприймають навантаження від валів і осей, що обертаються з передачею їх на корпус машини. Від надійності підшипників в значній мірі залежить роботоздатність і довговічність машини.

а) б) в) г) д) е) ж)

Рис. 7-1.

Підшипники кочення являють собою готовий вузол і складаються (рис.7-1) із кілець зовнішнього 1 і внутрішнього 3, тіл кочення 4 (кульки або ролики) і сепаратора 2, призначеного для утримання тіл кочення на певній відстані один від одного. В процесі роботи тіла кочення котяться по бігових доріжках кілець, одно з яких, як правило, нерухоме.

Підшипники кочення класифікуються (рис.7-1) по слідуючим признакам:

· по формі тіл кочення - шарикові і роликові, при чому ролики можуть бути циліндричні, конічні, бочкоподібні, голчасті, виті;

· по напрямку навантаження, що сприймають - радіальні, радіально-упорні, упорні;

· по числу рядів кочення - однорядні, багаторядні;

· по здатності самоустановлюватись – самоустановні (сферичні) і несамоустановні;

· по габаритних розмірах - на серії.

В залежності від розміру діаметра зовнішнього кільця серії бувають : надлегкі, особливо легкі, легкі, середні, важкі.

В залежності від ширини підшипника серії поділяють на вузькі, нормальні, широкі і особливоширокі. По класу точності: 0 (нормального класу), 6 (підвищеного), 5 (високого), 4 (особливо високого), 2 (надвисокого). Підшипники кочення маркірують нанесенням на торець ряду цифр і літер, які умовно позначають внутрішній діаметр, серію, тип, клас точності, конструктивні особливості і ін.

Дві перші цифри справа позначають внутрішній діаметр підшипника d. Для підшипників з розмір внутрішнього діаметра d визначається помноженням вказаних двох цифр на 5.

Третя цифра справа позначає серію підшипника: 1 - надлегка, 2 - легка, 3 - середня, 4 - важка, 5 - легка широка, 6 - середня широка і.

Четверта цифра справа позначає тип підшипника:

радіальний шариковий однорядний 0;

радіальний шариковий сферичний 1;

радіальний з короткими циліндричними роликами 2;

радіальний роликовий сферичний 3;

радіальний роликовий з довгими роликами або голчастий 4;

радіальний роликовий з витими роликами 5;

радіально-упорний шариковий 6;

роликовий конічний радіально-упорний 7;

упорний шариковий 8;

упорний роликовий 9.

П'ята або п'ята і шоста цифри позначають конструктивні особливості підшипників (кут контакту шариків в радіально-упорних підшипниках, наявність стопорної канавки на зовнішньому кільці і ін.)

Цифри 6, 5, 4 і 2, які стоять через тире перед умовним позначенням підшипника, позначають його клас точності. Нормальний класточності позначають цифрою 0, яка не вказується.

Приклад позначення підшипника: 7616 - нормального класу точності радіально-упорний роликовий конічний (цифра 7) середньої широкої серії (цифра 6) з внутрішнім діаметром d= ; 6-50 409 - підвищеного класу точності (цифра 6) радіальний шариковий (четверта цифра справа - 0) важкої серії (цифра 4) з стопорною канавкою на зовнішньому кільці (цифра 5) діаметром внутрішнього кільця .

Основні типи підшипників

Шарикопідшипник радіальний (рис.7-1,а) знайшов саме широке застосування в техніці. Має низьку вартість, допускає перекіс внутрішнього кільця відносно зовнішнього до . Сприймає радіальне і осьове навантаження (до 70% від невикористаного радіального).

Шарикопідшипник радіально-упорний однорядний (рис.7-1,д) сприймає одночасно радіальне і осьове навантаження. Осьове навантаження не повинно перебільшувати 0,7...2 рази від невикористаного радіального навантаження.

Шарикопідшипник радіальний сферичний самоустановний (рис.7-1,б) сприймає радіальне і осьове (до 20% від невикористаного радіального) навантаження. Допускає перекіс кілець (за рахунок самоустановлення кілець відносно одне одного).

Роликовий радіальний підшипник з короткими циліндричними роликами (рис.7-1,в) сприймає тільки радіальне навантаження. Вантажопідйомність його більше в 1,7 разів, ніж шарикового такого ж розміру. Випускаються восьми типів (в залежності від наявності і схеми розташування буртів на кільцях).

Роликопідшипник радіальний сферичний самоустановний (рис.7-1,г) має таку ж характеристику, як і шариковий, але має більшу вантажопідйомність.

а) б)

Рис.7-2.

Роликовий радіальний підшипник з голчастими роликами (рис.7-2,а) сприймає тільки радіальне навантаження. Має невеликі розміри у радіальному напрямку. Застосовується з одним зовнішнім кільцем (хрестовини карданів) або зовсім без кілець (коробки зміни передач автомобілів ГАЗ та ЗІЛ).

Роликопідшипник з витими роликами (рис.7-2,б) сприймає радіальне навантаження з великими поштовхами і ударами, дія яких пом'якшується піддатливістю витих роликів. Виті ролики виготовляють навивкою із стрічки прямокутного перерізу.

Роликопідшипник конічний однорядний (рис.7-1,е) сприймає одночасно радіальне і осьове (одностороннє) навантаження. Осьове навантаження не повинне складати більше 0,7...0,2 від невикористаного радіального навантаження.

Шарикопідшипник упорний радіальний (рис.7-1,ж) сприймає тільки осьове навантаження.

Основні характеристики підшипників кочення – динамічна і статична вантажопідйомність та геометричні параметри. Динамічна вантажопідйомність - це таке постійне навантаження, яке підшипник витримує на протязі одного мільйона обертів без ознак втомленості тіл кочення і кілець не менш як у 90% з відповідної кількості підшипників, які досліджуються. При цьому під навантаженням мають на увазі: радіальне для радіальних і радіально-упорних підшипників, осьове для упорних і упорно-радіальних підшипників.

Статична вантажопідйомність - це таке статичне навантаження, якому відповідає остаточна пластична деформація тіл кочення і кілець в найбільш навантаженій точці контакту, яка складає 0,0001 від діаметра тіла кочення.

Умови роботи (характер навантаження, температура, співвідношення між радіальним і осьовим навантаженням і ін.) суттєво впливають на довговічність роботи підшипника. Тому розрахунки довговічності ведуть по еквівалентному динамічному навантаженню , яке представляє собою для радіальних і радіально-упорних підшипників постійне радіальне навантаження, що при дії на підшипник з обертаючим внутрішнім кільцем і нерухомим зовнішнім забезпечує таку ж довговічність, яку цей підшипник має в реальних умовах навантаження і обертання.

В залежності від характеру, величини і напрямку навантаження, швидкості обертання валів, потрібної довговічності, виду мастильного матеріалу, температурних умов і інших конструктивних і експлуатаційних вимог в машинах і механізмах застосовується конкретна схема підшипникового вузла.

Більшість валів зафіксовані (закріплені) від осьових зміщень (рис.7-4...7-12) але існують і "плаваючі" вали (незафіксовані від осьового зміщення) - один з валів шевронної або здвоєної косозубої передачі (рис.7-3).

Рис.7-3.

Опори кочення

З точки зору опору матеріалів вали і осі машин і механізмів являють собою балки, що спираються на опори, до складу яких входять підшипники.

Функції опор: осьова фіксація валів і осей і передача від них навантаження на корпуси машин (вузлів).

За способом осьового фіксування опори валів можна класифікувати так:

XI.Осьове фіксування валу в одній опорі: 1) одним підшипником (рис.7-4,7-5,7-6,7-7); 2) двома одинарними або одним здвоєним підшипником (рис.7-8).

XII.Осьове фіксування валу в двох опорах; 1) за схемою „в розпір” (рис.7-10,7-11); 2) за схемою „в розтяжку” (рис.7-12).

Розглянемо суть, переваги, недоліки і області застосування вище вказаних схем осьового фіксування валів.

Схема І.1 (рис.7-4,7-5,7-6,7-7). Внутрішні кільця обох підшипників закріплені на валу (гайками, посадками з натягом, стопорними кільцями, торцьовими шайбами, тощо). Зовнішнє кільце однієї опори (ліва опора, рис.7-4) закріплено в корпусі, зовнішнє кільце другої опори в корпусі не закріплено, тому має вільне осьове переміщення. Першу опору називають фіксуючою, другу – плаваючою. Фіксуюча опора сприймає як радіальне, так і осьове навантаження, а плаваюча –тільки радіальне.

Рис.7-4. Рис.7-5.

Схема І.1 виключає додаткові осьові зусилля на підшипники при температурних видовженнях валу і неточності осьових розмірів валу, корпусу і фіксуючих деталей. Застосовується така схема при будь-якій відстані між опорами (редуктори, коробки швидкостей, інші вузли з циліндричними зубчастими колесами).

Рис.7-6. Рис.7-7.

У фіксованій опорі застосовують радіальні шарикові однорядні (рис.7-4,7-5,7-6), двохрядні (рис.7-7) або роликові (з буртами на кільцях) підшипники. У плаваючій опорі встановлюють підшипники радіальні шарикові однорядні (рис.7-4), або дворядні (рис.7-7) і роликові (рис.7-6) без буртів на зовнішньому або внутрішньому кільцях. В останньому випадку вільне переміщення валу відбувається шляхом ковзання роликів по без бортному кільцю підшипника.

До недоліків схеми 1.1 слід віднести малу радіальну, осьову і кутову жорсткість опор в наслідок зазорів між кільцями і тілами кочення.

Схема І.2. У фіксованій опорі валу (рис.7-8) встановлюють два одинарних або один здвоєний підшипник. Осьові зазори в цій опорі зводять до мінімуму відповідним регулюванням. При цьому жорсткість опори і валу збільшується. В плаваючій опорі встановлюють радіальний шариковий (однорядний або дворядний) або роликовий підшипник без буртів на зовнішньому або внутрішньому кільцях.

Схема І.2 застосовується при будь-якій відстані між опорами валів як циліндричних, так конічних і черв'ячних передач. До недоліків схеми слід віднести малу жорсткість плаваючої опори і ускладнення конструкції фіксуючої опори.

Рис.7-8. Рис.7-9.

В опорах, які сприймають значні осьові зусилля упорні підшипники встановлюються в поєднанні з радіальними (рис.7-9).

Схема ІІ.1. Осьова фіксація валу "в розпір". Кожна з опор фіксує вал від осьового зміщення тільки в одному напрямку. В опорах встановлюються радіальні шарикові або радіально-упорні як шарикові (рис.7-10), так і роликові (рис.7-11) підшипники.

Рис.7- 10. Рис.7-11.

Для попереджання защемлення тіл кочення в радіальних підшипниках передбачають осьовий зазор 0,2...0,3 мм між кришкою підшипника і зовнішнім кільцем, а в радіально-упорних підшипниках – регулювання осьового зазору шляхом зміни загальної товщини набору стальних прокладок між фланцем кришки підшипника і його корпусом (рис.7-10, 7-11) (при закладних кришках підшипників регулювання зазору проводять гвинтом або з допомогою іншого пристрою).

Недоліки схеми: можливість защемлення валу в опорах за рахунок видовження валу і зменшення зазору в підшипниках при нагріванні. Тому така схема застосовується при порівняно невеликих відстанях між опорами .

Схема ІІ.2. Осьова фіксація валу "в розтяжку" (рис.7-12).

Переваги схеми: можливість регулювання опор, мала імовірність защемлення валу в опорах при температурних деформаціях валу і підшипників. Схему "в розтяжку" можна застосовувати при відстанях між опорами в 1,25...1,4 рази більше, ніж в схемі "в розпір". Така схема застосовується при застосуванні підшипників у маточинах коліс, в редукторах ведучих мостів автомобілів і тракторів.

Рис.7-12.

Недоліки схеми ІІ.2. 1) можливість при деяких умовах створення зазорів, які не бажані для радіально-упорних підшипників; 2) посадка підшипника на вал з меншим натягом із-за необхідності при регулюванні його переміщення по валу; 3) ускладнення конструкції опор.

Обидві опори плаваючих валів (рис.7-3) виконують в шевронних і здвоєних косозубих передачах для забезпечення відповідного осьового положення шестерні відносно колеса. Фіксування валів досягається за рахунок зачеплення зуб’їв коліс.

Обладнання

Для виконання даної роботи застосовується установка (рис.7-13), набір підшипників, валів і змінних втулок, необхідних для монтажу підшипникових вузлів, представлених на рис.7-4...7-11, штангенциркуль, довідкова література на підшипники.

Установка виконана так, що дає можливість проводити монтаж підшипників деяких типів при різних схемах фіксування валів.

Рис. 7-13.

На основі 1 (рис.7-13) закріплені стійки 2 і 4. Стійка 2 нерухома. Стійка 4 має можливість переміщуватись в осьовому напрямку за допомогою гвинта 9 з маховиком 12. Гвинт закріплено нерухомо в осьовому напрямку втулкою 11, яка розташована на опорі 10. В рухому стійку 4 вмонтована гайка 6 в яку входить гвинт 9. При обертанні гвинта рухома стійка 4 переміщується по направляючих 13. На стійках 2 і 4 закріплені підшипникові гнізда (корпуси) 3 і 8, в які встановлені стакани 7 з підшипниками. На підшипники спирається вал 5. Змінні комплекти підшипникових вузлів розміщені в ящику 10.

Порядок виконання роботи

1. Вивчити теоретичну частину цієї роботи.
2. Ознайомитись з будовою установки і правилами роботи на ній.
3. За вказаним викладачем варіантом підготувати необхідний комплект деталей підшипникових вузлів.
4. Виміряти габаритні розміри заданих підшипників і знайти їх характеристики по ДСТу. Дані занести в таблицю звіту.
5. Виконати ескіз заданих підшипників.
6. Змонтувати підшипникові вузли за заданим варіантом (правильність складання схеми перевіряється викладачем).
7. Виконати ескіз заданої конструкції підшипникового вузла.
8. Оформити звіт про виконану роботу згідно наведеній схемі.

Контрольні запитання

1. З яких деталей складаються підшипники кочення?
2. Як по умовному позначенню підшипника визначити його тип, серію, діаметр?
3. В яких випадках доцільне використання самоустановних підшипників?
4. Які розрізняють види підшипників за формою тіл кочення і за напрямком сприйняття навантаження?
5. Що таке динамічна і статична вантажопідйомність?
6. Які способи осьового фіксування валів?
7. Як виконується осьове фіксування валів за схемою „в розпір” і за схемою „в розтяжку”?
8. Як виконується осьове фіксування валу в одній опорі?
9. Для чого роблять “плаваючу “опору?
10. Як виконується регулювання підшипників?

Література

1. П.Ф.Дунаев. Конструирование узлов и деталей машин. –М.: Высшая школа, 1978.

2. Д.В. Чернилевский и др. Курсовое проектирование деталей машин. –М.: Висшая школа, 1980.

Звіт

з лабораторної роботи ДМ - 7

Вивчення конструкції підшипників кочення і їх вузлів

Група ____________ Курс____________ Студент _________________________

Ескіз підшипника

Ескіз підшипника

Ескіз підшипникового вузла

Ескіз вузла

Характеристика підшипників по ДСТ

Умовне позначення по ДСТ	Габаритні розміри	Динамічна вантажопідйомність ,	Статична вантажопідйомність ,	Гранична частота обертання ,
,	,	,

Короткий аналіз схеми підшипникових вузлів по виконаному варіанту ____________________________

”___”____________________ 200__ р. Підпис студента __________________

”___”____________________ 200__ р. Підпис викладача _________________

Лабораторна робота ДМ-8