Лабораторные работы

 

 

Главная

Лабораторная работа

Изучение конструкций подшипников качения

 

1. Цель работы

Изучить основные типы подшипников качения и ознакомиться с их условными обозначениями. Научиться определять типы подшипников по внешнему виду, по маркировке и по отдельным деталям. Ознакомиться с материалами, применяемыми для изготовления подшипников качения, и с основными конструктивными особенностями  исполнения различных типов подшипников.

 

2. Теоретические положения

2.1. Общие сведения

Подшипники качения предназначены поддерживать вращающиеся валы и оси в пространстве, обеспечивая им возможность свободного вращения или качания, и воспринимать действующие на них нагрузки. Кроме осей и валов подшипники качения могут поддерживать детали, вращающиеся вокруг неподвижных осей, например, блоки, шкивы и др.

Подшипники качения стандартизованы и выпускаются промышленностью в массовых количествах в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 1 мм до 5м и с диаметром шариков от 0,35 мм до 203 мм, и массой от долей грамма до нескольких тонн.

Подшипники качения (см. рисунок 1) в большинстве случаев состоят из наружного кольца 1, внутреннего кольца 2, тел качения 3 (шариков или роликов), сепаратора 4. В некоторых подшипниках качения для уменьшения их габаритов одно или оба кольца отсутствуют, а в некоторых отсутствует сепаратор.

Рис.1. Шариковый радиальный подшипник

 

По сравнению с подшипниками скольжения, подшипники качения имеют следующие достоинства: меньшие моменты сил трения; малая зависимость моментов сил трения от скорости; небольшой нагрев; незначительный расход смазки; малую ширину; значительно меньший расход цветных металлов; менее высокие требования к материалу и к термической обработке валов; значительно меньшие пусковые моменты.

К недостаткам подшипников качения относятся: чувствительность к ударным нагрузкам; относительно большие радиальные размеры; высокая стоимость при производстве уникальных подшипников; высокие контактные напряжения и поэтому ограниченный срок службы; меньшая способность демпфировать колебания.

 

2.2. Классификация подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам.

По форме тел качения: шариковые и роликовые, причём последние могут быть цилиндрическими, коническими, игольчатыми, бочкообразными и витыми.

Рис.2. Форма тел качения подшипников

 

По направлению воспринимаемой нагрузки: радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные.

По числу рядов тел качения: однорядные, двухрядные, трёхрядные, четырёхрядные и многорядные.

                                                                                                   

Таблица 1. Основные типы радиальных и радиально-упорных подшипников

 

По способности самоустанавливаться: несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся (сферические, допускающие угол перекоса внутреннего и наружного колец до  2-30 ).

По габаритным размерам: на серии   (для каждого подшипника при одном и том же внутреннем диаметре имеются различные серии, отличающиеся несущей способностью подшипника, т. е. размерами колец и тел качения). В зависимости от размера наружного диаметра подшипника, серии подразделяются на сверхлёгкие, лёгкие, средние и тяжёлые. В зависимости от ширины подшипника серии бывают особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

 

Таблица 2. Основные типы   упорных и упорно-радиальных подшипников

 

2.3. Основные типы подшипников качения

2.3.1. Шариковые подшипники

2.3.1.1. Радиальные, однорядные шариковые подшипники (см. рисунок 3, а) в основном предназначены для восприятия радиальных нагрузок, но могут воспринимать и осевую нагрузку в обе стороны до 70% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки, поэтому эти подшипники можно применять для фиксации вала или корпуса в осевом направлении. Допускают перекос осей колец подшипника на угол не более 0,25°.

2.3.1.2. Радиальные, двухрядные, сферические шариковые подшипники (см. рисунок 3, б) предназначены для восприятия радиальных нагрузок в условиях возможных значительных перекосов колец подшипников (до 2 - 3°). Подшипники допускают осевую фиксацию вала в обе стороны с нагрузкой до 20% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Дорожку качения наружного кольца выполняют по сферической поверхности описанной из центра подшипника, что обеспечивает подшипнику самоустанавливаемость, поэтому их можно применять в узлах машин с отдельно стоящими корпусами при несовпадении осей посадочных мест под подшипники или в качестве опор длинных, прогибающихся от действия нагрузок, валов.

2.3.1.3. Радиально-упорные шариковые подшипники (см. рисунок 3, в) предназначены для восприятия совместно действующих радиальных и односторонних осевых нагрузок. Могут воспринимать чисто осевую нагрузку.

Рис.3. Шариковые подшипники

 

Один из бортов наружного или внутреннего кольца срезан почти полностью, что позволяет закладывать в подшипники на 45% больше шариков того же диаметра, чем в обычные радиальные подшипники, что способствует повышению их  грузоподъемности.

Подшипники по конструктивным особенностям выполняют с расчетными углами контакта шариков с кольцами β = 12° (тип 36000), β= 26° (тип 46000) и β= 36° (тип 66000). Радиально-упорные подшипники применяют в опорах жестких коротких валов и в опорах, требующих регулировки внутреннего зазора в подшипниках.

Подшипники, у которых угол контакта β= 45° называются упорно-радиальными.

2.3.1.4. Упорные шариковые подшипники (см. рисунок 3, г) предназначены для восприятия односторонних осевых нагрузок. На горизонтальных валах они работают хуже, чем на вертикальных валах и требуют хорошей регулировки или поджатия колец пружинами. Упорные подшипники часто устанавливают в одном корпусе в паре с радиальными подшипниками.

 

2.3.2. Роликовые подшипники

2.3.2.1. Радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами (см. рисунок 4, а) предназначены для восприятия больших радиальных нагрузок. Их грузоподъемность на 70% выше грузоподъемности однорядовых радиальных шариковых подшипников одинакового типоразмера. Подшипники легко разбираются в осевом направлении, допускают некоторое осевое взаимное смещение колец, что облегчает монтаж и демонтаж подшипниковых узлов и позволяет применять их в плавающих опорах, как правило, жестких коротких валов.

2.3.2.2. Радиальные двухрядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (см. рисунок 4, б) применяют для опор быстроходных коротких валов, требующих точного вращения. Ролики расположены в шахматном порядке. Сепаратор – массивный бронзовый.

Рис.4. Роликовые подшипники

 

2.3.2.3. Радиальные двухрядные сферические роликовые подшипники (см. рисунок 4, в) предназначены для восприятия особо больших радиальных нагрузок при возможности значительных (2 - 3°) перекосов колец, а также двухстороннюю осевую нагрузку до 25% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Могут работать и при только осевом усилии. Дорожка качения наружного кольца выполнена по сферической поверхности. Ролики имеют форму бочки. Подшипники этого типа применяют в опорах длинных двух и многоопорных валов, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок, а также в узлах машин с отдельно стоящими подшипниковыми корпусами.

2.3.2.4. Конические роликовые подшипники (см. рисунок 4, г) являются радиально-упорными и предназначены для восприятия значительных совместно действующих радиальных и односторонних осевых нагрузок.

Радиальная грузоподъемность в среднем на 90% выше, чем у радиальных однорядных подшипников одинакового типоразмера. Эти подшипники имеют широкое применение в машиностроении. Отличаются удобством сборки и разборки, регулировки зазоров и компенсации износов. Угол контакта (половина угла при вершине конуса дорожки качения наружного кольца) β = (9 - 17°) (тип 7000), β = (25 - 29°) (тип 27000). Конические роликовые подшипники применяют в узлах машин с жесткими, двух опорными, короткими валами.

 

2.4. Условные обозначения подшипников качения

Условными обозначениями характеризуются внутренний диаметр подшипника (или втулки), его серия, тип, конструктивные особенности. Все перечисленные параметры обозначаются по ГОСТ 3189-75 цифрами, значения которых определяются занимаемыми ими местами в условном обозначении подшипников, согласно данных, приведенных в таблице 3.

 

2.4.1. Обозначение внутреннего диаметра подшипников

Внутренний  диаметр подшипника  (или  диаметр вала, если он 20d200 мм) в условном обозначении подшипника указывается двумя первыми цифрами справа, являющимися частным от деления диаметра отверстия на пять. Для подшипников, у которых  10 ≤  d ≤ 17 мм диаметр обозначается в соответствии с таблицей 4.

 

Таблица 3. Значение цифр в условном обозначении подшипников

Места цифр в условном обозначении

(считая, справа)

Значение цифр

1-я  и  2-я

Диаметр вала (внутренний диаметр

подшипника d или втулки)

3-я  и  7-я

Серия по наружному диаметру и

ширине соответственно

4-я

Тип подшипника

5-я  и  6-я

Конструктивные особенности

 

Таблица 4. Обозначение диаметра отверстия подшипника

Внутренний диаметр,

мм

Условные обозначения

Внутреннего диаметра

10

00

12

01

15

02

17

03

от 20 до 200

Частное от деления d на 5

 

2.4.2. Обозначение серий подшипников

Третья и седьмая цифры справа указывают серию подшипника всех диаметров (кроме малых подшипников, у которых  d = 9мм) согласно данным таблицы 5.

 

Таблица 5. Обозначение серий подшипников

 

Серия

Характеристика

по ширине

Обозначение серии

Примеры

обозначения

серии

3-я цифра

справа

7-я цифра

справа

мелкогабаритные

разные

0

0

1000

ненормальные диаметры

неопределенные

9

0

900

неопределенные

неопределенные

8

7

0

0

800

700

тяжелые

широкая

узкая

4

4

2

0

2086400

400

средние

особоширокая

широкая

нормальная

узкая

3

6

3

3

3

0

1

0

3056300

3600

 

300

легкие

особоширокая

широкая

нормальная

узкая

2

5

2

2

3

0

1

0

3056200

3500

 

200

особолегкие

особоширокая

 

широкая

 

нормальная

 

узкая

7

1

7

1

7

1

7

1

3

4

2

2

1

0

7

7

3003700

4854100

 

2007100

1007700

100

7002700

7000100

сверхлегкие

особоширокая

 

широкая

 

нормальная

 

узкая

9

8

9

8

9

8

9

8

4

3

2

2

1

1

7

7

4032900

3007800

 

 

1000900

1000800

7000900

7000800


2.4.3. Обозначение типа подшипников

Тип подшипника указывается в условном обозначении четвертой цифрой справа, в соответствии с таблицей 6.

 

Таблица 6. Обозначение типа подшипника в условном обозначении

Четвертая

цифра

справа

 

Тип подшипника

0

Радиальный шариковый

1

Радиальный шариковый 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

Роликовый конический

8

Упорный шариковый

9

Упорный роликовый

 

2.4.4. Обозначение подшипников по конструктивным разновидностям  

Пятая и шестая цифры  в условном обозначении подшипника определяют его конструктивную разновидность и состоят из двух цифр от 00 до 99. Конструктивных разновидностей подшипников очень много и наиболее распространённые из них приведены в  ГОСТ 3395-89.

Внимание! Если в обозначении подшипника должна присутствовать цифра 0 и после неё слева  не требуются дополнительные обозначения (дополнительные цифры), то цифра 0 в обозначении не проставляется.

 

2.4.5. Примеры расшифровки обозначений подшипников

 

1000094

тип - радиальный шариковый (цифра 0 на четвёртом месте)

внутренний диаметр 4мм. (цифра 4),

сверхлёгкой серии (цифра 9),

конструктивная разновидность 00,

серия ширин 1.

25

тип - радиальный шариковый (цифра 0 на четвёртом месте)

внутренний диаметр 5 мм. (цифра 5) ,

лёгкой серии (цифра 2),

конструктивная разновидность 00,

2205

12305

42305

32305

92305

292305

тип - радиальные роликовые с короткими цилиндрическими роликами, (2)

внутренний диаметр 25мм. (05*5=25),

средней серии, (3)

конструктивная разновидность: 00 - без бортов на наружном кольце, 01 - с однобортовым наружным кольцом, 03 - с двухбортовым наружным кольцом,

04 - с однобортовым  внутренним кольцом и  двухбортовым наружным кольцом, 09 - с двухбортовым наружным кольцом и плоской опорной шайбой на внутреннем кольце,

 29 - без внутреннего кольца.

74103

тип - радиальный роликовый игольчатый, (4),

внутренний диаметр 17мм,  (03),

особо лёгкой серии, (1),

конструктивная особенность  (07) - без сепаратора и с отверстием под смазку на наружном кольце.

602/32

тип - шариковый радиальный, (0),

внутренний диаметр 32мм,  (32),

лёгкой серии,  (2),

конструктивная разновидность  (06) - с одной защитной шайбой.

 

2.4.6. Дополнительные знаки условного обозначения

Слева  через черту от основного обозначения подшипников, которое включает в себя не более семи цифр, указываются требования к точности изготовления подшипников.

Справа через черту от основного обозначения подшипников указываются параметры, определяющие специальные требования к материалу деталей подшипников, к термообработке деталей, конструктивные изменения деталей, специальные требования по шероховатости поверхности, температуре отпуска колец подшипников и требования по шуму при работе.

 

2.4.7. Обозначение класса точности подшипников

Установлены следующие классы точности подшипников, указанные в порядке повышения точности:

0, 6 ,5, 4, 2, Т - для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;

0, 6, 5, 4, 2 - для упорных и упорно-радиальных подшипников;

0, 6X, 6, 5, 4, 2 -для роликовых конических подшипников.

Установлены дополнительные классы точности подшипников - 8 и 7 ниже класса точности 0 для применения по заказу потребителей в неответственных узлах.

Классы точности подшипников характеризуются значениями предельных отклонений размеров, формы и расположения поверхностей подшипников. В общем машиностроении обычно применяют классы точности  0,  6, и 5. Следует иметь ввиду, что стоимость одного и того же подшипника класса точности 0 и класса точности 2 отличается в 10 раз.

В зависимости от наличия требований по уровню вибрации установлены три категории подшипников - А,  В,  С.

К категории А относятся подшипники классов точности 5,  4, 2, Т с одним из дополнительных требований по повышенным нормам уровня вибрации, волнистости и отклонению от круглости поверхностей качения, моменту трения, углу контакта, радиальному биению, осевому биению и их совместному значению.

К категории В относятся подшипники классов точности  0,  6Х,  6,  5  с одним из дополнительных требований, аналогичных  категории  А.

К категории С относятся подшипники  классов точности  7,  8,  0,  6,  к которым не предъявляются требования по уровню вибрации, моменту трения и другие требования по категориям  А  и  В.

Полные требования к точности подшипников приведены в ГОСТ 520-89.

Класс точности подшипников указывается цифрой, соответствующей его точности слева от основного условного  обозначения через тире. Класс точности "0"  в условном обозначении опускается.

Пример: подшипник № 6 - 205.

Расшифровка: шарикоподшипник радиальный (четвёртая цифра слева "0" опущена), диаметром 25 мм (две последние цифры "05"), средней серии (третья цифра слева "2"), класс точности  6.

 

2.4.8. Обозначение радиального зазора и момента трения подшипников

Обозначения: 1, 2, 3, и т.д. расположенные слева от обозначения класса точности подшипника характеризуют различные величины (ряды) радиальных зазоров. Зазор по нормальному ряду обозначается цифрой  0.

Обозначения: 1, 2, 3,  и т.д. расположенные слева от радиального зазора, характеризуют различные величины (ряды) моментов трения.

У радиальных шарико - и роликоподшипников с радиальным зазором по нормальному ряду и у радиально-упорных шарикоподшипников в дополнительном обозначении между классами точности и обозначением момента трения проставляется буква "М".

Обозначения категорий подшипника проставляют:

- слева от обозначения ряда момента, например,  А1М5 - 205;

- перед обозначением ряда зазоров  при отсутствии требований по моменту трения, например,  В25 - 205;

- перед классом точности  при отсутствии требований по моменту трения и  нормальной группе зазора, например, А5 - 205.

 

2.4.9. Расшифровка  дополнительных знаков справа от основного обозначения

Дополнительные знаки справа от основного обозначения располагаются в следующем порядке:

обозначение материала деталей подшипника  (табл. 7);

конструктивные изменения деталей подшипника     К,  К1,  К2, …..;

специальные требования по шероховатости, покрытиям и т. п.,    У, У1, У2,…;

температура отпуска колец подшипника     Т1,  Т2,  ….;

разновидности смазочных материалов для подшипников закрытого типа  С1, С2,..;

требования по шуму   Ш,  Ш1,  Ш2, ….

Цифры 1, 2, 3, и т. д. справа от дополнительного буквенного обозначения Б,Г,Д,Е,К,Р,Л,У,Х,Ш,Э,Ю,Я указывают на каждое последующее исполнение с каким - либо отличием от предыдущего.

 

Таблица 7. Обозначение материала деталей подшипников

Дополнительные

обозначения

Отличительные признаки

Б

Сепаратор из безоловянистой бронзы

Г

Сепаратор из чёрных металлов

Д

Сепаратор из алюминиевых сплавов

Е

Сепаратор из пластических материалов

Л

Сепаратор из латуни

Р

Детали из теплостойкой стали

Х

Детали из цементируемой стали

Ю

Часть деталей или все детали из нержавеющей стали

Я

Кольца и тела качения из редко применяемых материалов

 (пластмасса, углепластик, стекло, керамика,…)

 

2.5. Материал деталей подшипников 

Кольца и тела качения подшипников изготавливают из шарикоподшипниковой стали марок  ШХ25СГ,  ШХ15,  ШХ20СГ, ШХ20  и др.

Кольца, ролики или шарики при температурах работы до 1000С должны быть термически обработаны до твёрдости  HRC 58-66  в зависимости от марки стали.

Сепараторы изготавливают из листовой стали, латуни, бронзы, дюралюминия, текстолита, полиамидов с различными уплотнителями. Пластмассовые сепараторы уменьшают величину инерционных нагрузок в подшипниках, дают возможность использовать упругие свойства пластмасс при монтаже тел качения.

Сепараторы, изготовленные из самосмазывающегося материала, служат источником твёрдой смазки. В качестве самосмазывающегося материала часто применяется аман. Его можно использовать для сепараторов обычных и высокоскоростных подшипников, работающих без жидкой смазки при нормальных и повышенных температурах.

Сепараторы из амана должны быть более массивны, чем обычные. Для увеличения ударной прочности у этих сепараторов по наружному диаметру устанавливается тонкий, менее 1мм., металлический обод.

Для сепараторов, работающих в вакууме и в невесомости, пригоден аман и различные композиции, например фторопласт - 4 с бронзой, эпоксидная смола в сочетании с двухсернистым молибденом. Механизм действия самосмазывающихся сепараторов основан на молекулярном  переносе их материала не поверхность тел качения.

 

2.6. Подбор и расчет подшипников качения

2.6.1. Общие положения методики подбора и расчета подшипников качения

Для выбора подшипников качения и определения их рабочего ресурса при проектировании и расчете опорных узлов редукторных валов необходимо учитывать эксплуатационные условия, характер и величину нагрузок, воспринимаемых опорами.

На основе анализа нагрузок конструктор намечает тип подшипника:  радиальный, радиально-упорный, упорный (см. таблицу 1) и его номер в соответствии с диаметром цапфы. Выбранный подшипник должен обладать необходимой нормативной долговечностью, согласованной с ресурсом работы данной машины или механизма. Например, для зубчатых редукторов установлен срок службы 36000 час, для черевячных 20000 час. Для подшипников таких редукторов минимальный ресурс рекомендуется соответственно 10000 и 5000 час, желательно предусматривать его таким же, как и у редукторов.


Таблица 8. Рекомендации по выбору подшипника

Отношение

Fa/Fr

 

Условное обозначение и угол контакта

Осевая составляющая радиальной нагрузки S в долях от Fr

 

Примечание

0 - 0,35

Радиальные однорядные шариковые подшипники

---

В случае возможности использования легкой серии получаются оптимальные результаты по предельной быстроходности

0,36 - 0,70

36000, β=12°

0,3Fr

Допустимо использование особо легкой и сверхлегкой серии

0,71 - 1,00

46000, β=26°

0,6 Fr

При весьма высоких скоростях легкая серия предпочтительней

1,01 - 1,50

66000, β=36°

0,9 Fr

Для высоких скоростей подшипник с данным углом контакта не пригоден

1,51…

Рекомендуется применять конические радиально-упорные подшипники или спаренные радиально-упорные шариковые

 

По ГОСТ 18855-82 расчетный ресурс подшипников качения определяется в миллионах оборотов работы по формулам:

для шариковых подшипников

для роликовых подшипников

Расчетная долговечность в часах

где  C – динамическая грузоподъемность, указанная в каталогах на подшипники, Н;

P – эквивалентная динамическая нагрузка, Н,  рассчитываемая по формуле:

где Fr – радиальная нагрузка, Н;

Fa – осевая нагрузка, Н;

V – коэффициент вращения  (если вращается внутреннее кольцо,

то V =1, если же вращается наружное кольцо, то V=1,2);

kб– коэффициент безопасности (см. таблицу 8);

kT – температурный коэффициент (см. таблицу 10);

X, Y – коэффициент радиальной и осевой нагрузок (см. таблицы 11, 12).

Однако для определения их конкретных значений необходимо предварительно найти параметр осевого нагружения e, указанный в тех же таблицах. Этот параметр зависит от отношения , где – статическая грузоподъемность, Н, указываемая в каталоге на подшипники. Далее определяют величину отношения , сопоставляют ее с найденным ранее параметром e и в зависимости от этого находят конкретные значения X и Y.


Таблица 9. Значения коэффициента безопасности  kб

Характер нагрузки

kб

Примеры

Спокойная без толчков

1,0

Ролики ленточных транспортеров

Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до 125%,

от расчетной нагрузки

1,1 - 1,2

Прецизионные зубчатые передачи, блоки, легкие вентиляторы, воздуходувки

Умеренные толчки и вибрации. Кратковременные перегрузки

до 150% от расчетной нагрузки

1,3 - 1,5

Редукторы всех конструкций

То же в условиях повышенной надежности

1,6 - 1,8

Центрифуги и сепараторы, энергетическое оборудование

Значительные толчки и вибрации. Кратковременные

перегрузки до 200% от расчетной нагрузки

1,9 - 2,4

Валики среднесортных прокатных станов; дробилки, ковочные машины

С сильными ударами и кратковременными перегрузками, достигающими 300% от расчетной нагрузки

2,5 - 3,0

Тяжелые ковочные машины; валки крупносортных прокатных станов; лесопильные рамы

 

Таблица 10. Значения температурного коэффициента  kT

Рабочая температура подшипника, °С

до 100

125

150

175

200

225

250

300

350

kT

1,00

1,05

1,10

1,15

1,25

1,35

1,40

1,60

2,00

 

Таблица 11. Коэффициенты X и Y для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников (по ГОСТ 18855-82)

 

Угол контакта

β°

Однорядные

Двухрядные

e

X

Y

X

Y

X

Y

0

0,014

0,028

0,056

0,110

0,170

0,280

0,120

0,560

 

 

 

-

 

 

 

0,56

2,30

1,99

1,71

1,45

1,31

1,15

1,04

1,00

 

 

 

1

 

 

 

0

 

 

 

0,56

2,30

1,99

1,71

1,45

1,31

1,15

1,04

1,00

0,19

0,22

0,26

0,30

0,34

0,38

0,42

0,44

5

 

 

 

 

-

0,014

0,028

0,056

0,085

0,110

0,170

0,280

0,420

0,560

 

 

 

 

0,56

2,30

1,99

1,71

0,55

1,45

1,31

1,15

1,04

1,00

 

 

 

 

1

2,78

2,40

2,07

1,87

1,75

1,56

1,39

1,26

1,21

 

 

 

 

0,78

3,74

3,23

2,78

2,52

2,36

2,13

1,78

1,69

1,630

0,23

0,26

0,30

0,34

0,36

0,40

0,45

0,50

0,52

10

 

 

 

 

-

0,014

0,029

0,057

0,086

0,110

0,170

0,290

0,430

0,570

 

 

 

 

0,46

1,88

1,71

1,52

1,41

1,34

1,23

1,10

1,01

1,00

 

 

 

 

1

2,18

1,98

1,76

1,63

1,55

1,42

1,27

1,17

1,10

 

 

 

 

0,75

3,06

2,78

2,47

2,29

2,18

2,00

1,79

1,64

1,63

0,29

0,32

0,36

0,38

0,40

0,44

0,49

0,54

0,54

12

 

 

 

 

-

0,014

0,029

0,057

0,086

0,110

0,170

0,290

0,430

0,570

 

 

 

 

0,45

1,81

1,62

1,46

1,34

1,22

1,13

1,04

1,01

1,00

 

 

 

 

1

2,08

1,84

1,69

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

15

 

 

 

 

-

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

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

18,19,20

24,25,26

30

35,36

40

 

 

-

 

 

-

0,43

0,41

0,39

0,37

0,35

1,00

0,87

0,76

0,66

0,57

1

1

1

1

1

1,09

0,92

0,78

0,66

0,55

0,70

0,67

0,63

0,60

0,57

1,63

1,41

1,24

1,07

0,93

0,57

0,68

0,80

0,95

1,14

Подшипники сферические

4,40

1

0,65

Примечание:

1) Для однорядных подшипников при  применяется X=1 и Y= 0;

2) Коэффициенты Y, e для промежуточных величин отношений  и  определяются интерполяцией,

где   i  - количество рядов тел качения.

3) e – параметр осевого нагружения.

 

Таблица 12. Коэффициенты Х и Y для радиально-упорных

роликовых подшипников (по ГОСТ 18855-82)

 

e

X

Y

X

Y

 

Подшипники однорядные

1

0

0,40

Подшипники двухрядные

1

0,67

 

2.7. Примеры расчета подшипников качения

2.7.1. Примеры расчета радиальных подшипников

Пример 1. Подобрать подшипник качения для вала редуктора с цапфой d= 40 мм. Проверить долговечность при частоте вращения n = 1000 об/мин; радиальная нагрузка Fr= 2500 Н, осевая нагрузка Fa= 0.

Решение: в данных условиях подходит подшипник радиальный однорядный шариковый (см. таблицу 5). Проверим подшипник для посадочного диаметра d = 40 мм., начиная с легкой серии - № 208, у которого статическая грузоподъемность (см. каталог):

 = 18100  Н;

динамическая грузоподъемность

С = 25600  Н.

Примем по таблицам  9 и 10 –  = 1,4;  = 1,0.

Так как  = 0  и  = 0,  то из таблицы 11, примечание 1) следует:

Х=1, Y=0.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Расчетный ресурс в миллионах оборотов:

Расчетная долговечность в часах:

Так как долговечность оказалась меньше минимальной нормы (10000 час.), то проверим подшипник средней серии № 308, у которого

 = 22700  Н; C = 31900  Н.

что допустимо.

Пример 2. Подобрать подшипник качения при Fa=1000 Н, если остальные данные как в примере 1.

Решение:  Наметим как и выше, подшипник №308. Отношение

Из таблицы 11 находим интерполированием   е = 0,24.

Так как

то имеем  Х = 0,56;   Y = 1,85.

Эквивалентная динамическая нагрузка:

Расчетный ресурс в миллионах оборотов:

Расчетная долговечность в часах:

Долговечность недостаточна.

Проверим подшипник тяжелой серии № 408, у которого

Сo = 37000, Н,  С = 5030, Н.

е = 0,22

следовательно: Х = 0,56; Y = 1,99;

Расчетная долговечность в часах:

Такая долговечность приемлема.

 

2.7.2. Примеры расчета радиально-упорных подшипников

При расчете радиально-упорных подшипников необходимо определять осевые нагрузки, воспринимаемые опорами и учитывать собственные осевые составляющие S реакций в подшипнике, возникающие от радиальной нагрузки. В случае установки шариковых радиально-упорных подшипников S = еFr, а в случае роликовых – S = 0,83еFr.

Общие осевые нагрузки находят в зависимости от расположения , как это указано в таблице 13.

Точка приложения реакции опоры находится на пересечении оси вала с нормалью к середине линии контакта. Эта точка может быть определена графически или по расстоянию а от торца наружного кольца:

Для однорядных шариковых подшипников

Для роликовых конических

где  d и D – внутренний и наружный диаметры подшипника, мм (см. рисунок 1);

В – ширина подшипника, мм;

Т – расстояние между противоположными торцами колец роликоподшипника,  мм  (см. рисунок 3, г).

 

Таблица 13. Общие осевые нагрузки, воспринимаемые подшипниками

Схема нагружения

Соотношение

сил

Общие осевые

нагрузки

     

S1≥S2

Fа≥0

S1<S2

Fа≥S2-S1

Fа1=S1

Fа2=S1+Fа

Fа1=S1

Fа2=S1+Fа

       

S1≤S2

Fа < S2 - S1

Fа1=S2-Fа

Fа2=S2

 

Пример 3. При расчете первого вала редуктора были определены реакции опор Fr1 = 3600, Н;  Fr2 = 1800, Н; осевая нагрузка = 1400, Н; подшипники установлены по схеме  б  (см. таблицу 13).

Диаметр цапфы вала d = 50; мм;  частота вращения вала  n = 1400 об/мин.

Решение: Осевая нагрузка действует на вторую опору, поэтому определяем отношение  Fа/Fr  для этой опоры:

На основе рекомендаций, приведенных в таблице 5, намечаем тип подшипника – шариковый радиально-упорных с углом контакта β = 26°. Первоначально принимаем подшипник легкой серии  № 46210.

С = 31800 Н;  Со = 25400 Н  (см. каталог)

Из таблицы 11 имеем: е = 0,68

Так как Fа/Fr  = 0,78 > е, то

Х = 0,41,  Y = 0,87 (см. таблицу 11)

Осевая составляющая S1 = е∙Fr1 = 0,68∙3600 = 2450  (Н).

Общая осевая нагрузка на вторую опору

Fа2 = S1 + Fа = 2450 + 1400 = 3850  (Н)

Эквивалентная динамическая нагрузка второй опоры:

Расчетный ресурс в миллионах оборотов:

Расчетная долговечность в часах:

Долговечность недостаточна.

Рассмотрим вариант с шариковым радиально-упорным подшипником средней серии № 46310, с углом контакта 26°, у которого

Со = 44800  Н;   С = 56300  Н.

Все параметры и коэффициенты остаются без изменения. Поэтому сразу выделим:

Ресурс:   L = (С/P)3 = (56300/5700)3 = 970  (млн.об.)

Долговечность: Lh = L .106/60n = 970.106/60 .1400 = 11600  (час.)

Такая расчетная долговечность подшипника для зубчатого редуктора приемлема (Lh min  = 10000 час.).

 

3. Содержание работы

- Расшифровка условного обозначения подшипников качения,

- определение области их применения,

- установление основных геометрических параметров и вычерчивание подшипников качения с указанием всех размеров,

- подбор подшипников качения и выполнение проверочного расчета на долговечность.

 

4. Оборудование и инструмент

1)  Набор подшипников качения

2)  Штангенциркуль

3)  Каталог подшипников качения

4)  Плакаты

 

5. Порядок выполнения работы

Подгруппа (2-3 студента) получает подшипники и мерительный инструмент.

1) Изучить теоретический материал.

2) Рассмотреть комплект подшипников качения.

3) Записать маркировку (условное обозначение) подшипников и, пользуясь настоящим пособием и технической литературой, выполнить расшифровку условных обозначений.

4) Установить назначение каждого подшипника качения и область его применения.

5) Штангенциркулем измерить все геометрические параметры подшипников.

6) Сравнить внутренние диаметры подшипников, полученные из условного обозначения и измеренные.

7) Каждый студент должен выполнить эскизы трёх различных подшипников с простановкой основных размеров: d - внутренний диаметр,  D - наружный диаметр, b - ширина,  r  и  r1 - радиусы скругления внутреннего и наружного колец.

8) Определить ориентировочно материал деталей подшипников.

8) Подобрать подшипник и рассчитать его долговечность исходя из исходных данных, приведенных в таблице 14.

9) Оформить отчет о выполненной работе.

В процессе выполнения  работы студенты обмениваются подшипниками с целью более широкого ознакомления с различными их типами и изучения более широкого спектра конструктивных отличий в подшипниках. Желательно ознакомиться  со всеми типами подшипников:  шариковыми, роликовыми, игольчатыми, коническими, сферическими, радиальными, упорными,….

Студент оформляет отчёт  на листах стандартного формата (210х290 мм) с указанием на титульном листе наименования работы, наименования кафедры, № группы и фамилии исполнителя.

В отчёте приводятся эскизы подшипников с основными габаритными размерами, даётся расшифровка цифровых и буквенных обозначений. Указывается материал деталей подшипников, описывается краткая характеристика подшипников по назначению и применению.

 

Таблица 14. Исходные данные для подбора и расчета подшипника

 

Fr1, Н

Fr2, Н

Fа, Н

n, об/мин

d, мм

Вращается

кольцо

Характер

нагрузки

Рабочая температура

подшипника, °С

Lh min,

час

1

2700

1200

0

940

40

внутреннее

спокойная

125

12000

2

1400

1950

30

1450

30

внутреннее

легкие толчки

100

10000

3

2300

2500

120

935

45

наружное

умеренные толчки

110

12000

4

3200

1600

1400

1000

50

наружное

значител. толчки

130

10000

5

3500

1500

2000

200

55

внутреннее

легкие толчки

115

12000

Примечание. Схему нагружения подшипников принять самостоятельно по таблице 13.

 

6. Вопросы для самоконтроля

1. Назначение подшипников качения.

2. Устройство подшипников качения.

3. Достоинства и недостатки подшипников качения.

4. Классификация подшипников качения.

5. Какую нагрузку воспринимают различные типы подшипников?

6. Почему роликовые подшипники воспринимают большую нагрузку чем шариковые?

7. Почему шариковый радиально-упорный подшипник воспринимает большую нагрузку чем шариковый радиальный?

8. Что указывается в условном обозначении подшипника?

9. Подбор и расчет радиального подшипника.

10. В каких случаях выбирают радиально-упорные подшипники?

11. Особенности расчета радиально-упорного подшипника?

12. Назначение подшипников качения, их преимущества и недостатки в сравнении с подшипниками скольжения.

13. Классификация подшипников качения по форме тел качения и направлению воспринимаемой нагрузки.

14. Расшифровка маркировки подшипников (порядок расположения цифр в условном обозначении и их назначение).

15. Материал и термическая обработка деталей подшипников.

16. Наиболее характерные разновидности конструктивного исполнения подшипников.

17. Пределы применимости в общем машиностроении, представленных на эскизах подшипников.

 

7. Список использованной литературы

1) Иванов М.Н. Детали машин: Учебник для вузов/ М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. - М.: Высшая шк., 2002.- 408 с.

2) Решетов Д.Н. Детали машин: Учебник для вузов. - М.: Машиностроение, 1975.- 656 с.

3) Гузенков П.Г. Детали машин: Учебник для вузов.- М.: Высшая шк., 1986.- 395 с.

4) Подшипники качения справочник – каталог. Под ред. Нарышкина и Коросташевского Р.В. – М.: Машиностроение, 1984. – 542 с.

5) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 2. – 5-е издание перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 559 с.

6) Подшипники качения. Государственные стандарты СССР. – В 2-х ч. Ч.1. – М.: Стандартов, 1989. – 439 с.

7) Подшипники качения. Государственные стандарты СССР. – В 2-х ч. Ч.2. – М.: Стандартов, 1989. – 432 с.

 

Приложения

Таблица 15. Подшипники шариковые радиальные однорядные (из ГОСТ8338 -75)

 

Обозна-

чение

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

Обозна-

чение

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

d

D

В

r

Dω

Cr

CUr

d

D

В

r

Dω

Cr

CUr

Легкая серия

Средняя серия

204

20

47

14

1,5

7,938

12,7

6,2

304

20

52

15

2

9,525

15,9

7,8

205

25

52

15

1,5

7,938

14,0

6,95

305

25

62

17

2

11,509

22,5

11,4

206

30

62

16

1,5

9,525

19,5

10,0

306

30

72

19

2

12,303

28,1

14,6

207

35

72

17

2

11,112

25,5

13,7

307

35

80

21

2,5

14,288

33,2

18,0

208

40

80

18

2

12,700

32,0

17,8

308

40

90

23

2,5

15,081

41,0

22,4

209

45

85

19

2

12,700

33,2

18,6

309

45

100

25

2,5

17,462

52,7

30,0

210

50

90

20

2

12,700

35,1

19,8

310

50

110

27

3

19,050

61,8

36,0

211

55

100

21

2,5

14,288

43,6

25,0

311

55

120

29

3

20,638

71,5

41,5

212

60

110

22

2,5

15,875

52,0

31,0

312

60

130

31

3,5

22,225

81,9

48,0

213

65

120

23

2,5

16,669

56,0

34,0

313

65

140

33

3,5

23,812

92,3

56,0

214

70

125

24

2,5

17,462

61,8

37,5

314

70

150

35

3,5

25,400

104,0

63,0

215

75

130

25

2,5

17,462

66,3

41,0

315

75

160

37

3,5

26,988

112,0

72,5

216

80

140

26

3

19,050

70,2

45,0

316

80

170

39

3,5

28,575

124,0

80,0

Пример обозначения подшипника 209: «Подшипник 209 ГОСТ 8338—75».

 

Таблица 16. Подшипники шариковые радиальные однорядные с канавкой под упорное пружинное кольцо

(из ГОСТ 2893—82)

 

Легкая серия

Средняя  серия

Обозна-

чение

Размеры, мм

Обозна-

чение

Размеры,

мм

 

d

D1

D2

a

с

d

D1

D2

а

с

50204

20

44,6

52,7

2,46

1,4

50304

20

49,7

57,9

2,46

1,4

50205

25

49,7

57,9

2,46

1,4

50305

25

59,6

67,7

3,28

1,9

50206

30

59,6

67,7

3,28

1,9

50306

30

68,8

78,6

3,28

1,9

50207

35

68,8

78,6

3,28

1,9

50307

35

76,8

86,6

3,28

1,9

50208

40

76,8

86,6

3,28

1,9

50308

40

86,8

96,5

3,28

2,7

50209

45

81,8

91,6

3,28

1,9

50309

45

96,8

106,5

3,28

2,7

50210

50

86,8

96,5

3,28

2,7

50310

50

106,8

116,6

3,28

2,7

50211

55

96,8

106,5

3,28

2,7

50311

55

115,2

129,7

4,06

3,1

50212

60

106,8

116,6

3,28

2,7

50312

60

125,2

139,7

4,06

3,1

50213

65

115,2

129,7

4,06

3,1

50313

65

135,2

149,7

4,9

3,1

50214

70

120,2

134,7

4,06

3,1

50314

70

145,2

159,7

4,9

3,1

50215

75

125,2

139,7

4,06

3,1

50315

75

155,2

169,7

4,9

3,1

50216

80

135,2

148,7

4,90

3,1

50316

80

163,6

182,9

5,7

3,5

Примечания: 1. r1 = 0,5 - 0,8 мм.  2. Значения D, В, r, Dω, Cr и CO ,следует принимать

по табл. 15 для соответствующего размера подшипника.

 

Таблица 17. Подшипники шариковые радиальные сферические двухрядные (из ГОСТ 28428-90)

Обо-

значение

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

Расчетные параметры

d

D

В

r

Сr

C0r

е

F/F<e

F/F>e

Y0

X

Y

X

Y

Легкая серия

1204

1205

1206

20

25

30

47

52

62

14

15

16

1,5

1,5

1,5

10,0

12,2

15,6

3,45

4,4

6,2

0,27

0,27

0,24

1

2,31

2,32

2,58

0,65

3,57

3,6

3,99

2,42

2,44

2,7

 

Окончание табл.17

Обо-

значе-

ние

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

Расчетные параметры

d

D

B

r

Cr

C0r

е

F/Fr <e

F/Fr > e

Y0

X

Y

X

Y

1207

35

72

17

2

16,0

6,95

0,23

1

2,74

0,65

4,24

2,87

1208

40

80

18

2

19,3

8,8

0,22

2,87

4,44

3,01

1209

45

85

19

2

22,0

10,0

0,21

2,97

4,6

3,11

1210

50

90

20

2

22,8

11,0

0,21

3,13

4,85

3,28

1211

55

100

21

2,5

27,0

13,7

0,2

3,2

5,0

3,39

1212

60

110

22

2,5

30,0

16,0

0,19

3,4

5,27

3,57

1213

65

120

23

2,5

31,0

17,3

0,17

3,7

5,73

3,88

1214

70

125

24

2,5

34,5

19,0

0,18

3,5

5,43

3,68

1215

75

130

25

2,5

39,0

21,6

0,18

3,6

5,57

3,77

1216

80

140

26

3,0

40,0

23,6

0,16

3,9

6,10

4,13

Средняя серия

1304

20

52

15

2

12,5

4,4

0,29

1

2,17

0,65

3,35

2,27

1305

25

62

17

2

18,0

6,7

0,28

2,26

3,49

2,36

1306

30

72

19

2

21,2

8,5

0,26

2,46

3,80

2,58

1307

35

80

21

2,5

25,0

10,6

0,25

2,57

3,98

2,69

1308

40

90

23

2,5

29,0

12,9

0,23

2,61

4,05

2,74

1309

45

100

25

2,5

38,0

17,0

0,25

2,54

3,93

2,66

1310

50

110

27

3

41,5

19,3

0,24

2,68

4,14

2,80

1311

55

120

29

3

51,0

24,0

0,23

2,70

4,17

2,82

1312

60

130

31

3,5

57,0

28,0

0,23

2,80

4,33

2,93

1313

65

140

33

3,5

62,0

31,0

0,23

2,79

4,31

2,92

1314

70

150

35

3,5

75,0

37,5

0,22

2,81

4,35

2,95

1315

75

160

37

3,5

80,0

40,5

0,22

2,84

4,39

2,97

1316

80

170

39

3,5

88,0

45,0

0,22

2,92

4,52

3,06

Примечания: 1. Коэффициент статической радиальной нагрузки  Хо = 1,2.

Пример обозначения подшипника 1210: «Подшипник 1210 ГОСТ 28428—90*

 

Таблица 18. Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами (из ГОСТ 8328-75)

 

Обозначение

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

d

D

В

r

r1

s*

Сr

C0r

Легкая серия

2204

32204

42204

20

47

14

1,5

1

1,0

14,7

7,35

2205

32205

42205

25

52

15

1,5

1

1,1

16,8

8,8

2206

32206

42206

30

62

16

1,5

1

1,0

22,4

12,0

2207

32207

42207

35

72

17

2

1

1,1

31,9

17,6

2208

32208

42208

40

80

18

2

2

1,3

41,8

24,0

2209

32209

42209

45

85

19

2

2

1,2

44,0

25,5

2210

32210

42210

50

90

20

2

2

1,2

45,7

27,5

2211

32211

42211

55

100

21

2,5

2,5

1,6

56,1

34,0

2212

32212

42212

60

110

22

2,5

2,5

1,4

64,4

43,0

2213

32213

42213

65

120

23

2,5

2,5

1,3

76,5

51,0

2214

32214

42214

70

125

24

2,5

2,5

1,2

79,2

51,0

2215

32215

42215

75

130

25

2,5

2,5

1,2

91,3

63,0

2216

32216

42216

80

140

26

3,0

3,0

0,8

106,0

68,0

Средняя   серия

2304

32304

42304

20

52

15

2

1

1,0

20,5

10,4

2305

32305

42305

25

62

17

2

2

1,3

28,6

15,0

2306

32306

42306

30

72

19

2

2

1,3

36,9

20,0

2307

32307

42307

35

80

21

2,5

2

1,3

44,6

27,0

2308

32308

42308

40

90

23

2,5

2,5

1,1

56,1

32,5

2309

32309

42309

45

100

25

2,5

2,5

72,1

41,5

2310

32310

42310

50

110О

27

3

3

1,6

88,0

52,0

2311

32311

42311

55

120

29

3

3

1,7

102,0

67,0

2312

32312

42312

60

130

31

3,5

3,5

2,4

123,0

76,5

2313

32313

42313

65

140

33

3,5

3,5

2,5

138,0

85,0

2314

32314

42314

70

150

35

3,5

3,5

2,3

151,0

102,0

2315

32315

42315

75

160

37

3,5

3,5

2,4

183,0

125,0

2316

32316

42316

80

170

39

3,5

3,5

2,3

190,0

125,0

Примечания: 1. s* — допустимое осевое смещение колец из среднего положения.

2. Пример обозначения подшипника 2207: «Подшипник 2207 ГОСТ8328-75»

 

Таблица 19. Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами с одним бортом

на наружном кольце (из ГОСТ 8328—75)

 

Обозна-

чение

Размеры, мм

Грузоподъемность, кН

d

D

В

r

r1

s*

Сr

C0r

Легкая серия

12204

20

47

14

1,5

1

1,0

14,7

7,35

12205

25

52

15

1,5

1

1,1

16,8

8,8

12206