Лабораторная работа №10.Разработка программного модуля на примере расчета и построения подшипников качения
Расчёт подшипников на долговечность производится исходя из их динамической грузоподъёмности.
Динамической грузоподъёмностью радиальных и радиально-упорных подшипников называется постоянная радиальная нагрузка, которую группа идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом сможет выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в часах.
- Рис.3.1. Изображение подшипников качения в разрезе
- Канавки на упругом кольцевом кольце
- 3.1.2. Обозначение нормальных габаритных размеров подшипников качения
- Подшипники с лезвиями или уплотнениями
- Подшипники с канавкой на упругом кольце
- Стабилизация работы при более высоких температурах
- Замена динамической радиальной нагрузки
- Запасная статическая статическая нагрузка
- Подшипники шариковые радиальные однорядные (гост 8338-75)
- Пластиковые смазки для уплотненных подшипников
- Долговечность смазки в герметичных подшипниках
- Разновидности
- Подшипники качения
- Виды подшипников качения
- Размеры
- Классы точности
- Обозначения
- Подшипники скольжения
- Виды подшипников скольжения
- Размеры подшипников скольжения
- Конструктивные особенности и материалы
- Основные требования
- Как делают
Рис.3.1. Изображение подшипников качения в разрезе
Его основной характеристикой является скорость вращения, которая больше, чем у других типов подшипников. Радиальные шарикоподшипники: однорядный шарикоподшипник, это самый популярный из этого семейства, поскольку он задействован во многих приложениях. Радиальные шариковые подшипники состоят из внутреннего кольца и наружного кольца, а также прецизионной камеры для шариков.
Эти подшипники в первую очередь предназначены для выдерживания радиальных и осевых нагрузок в любом направлении и позволяют работать на относительно высокой скорости. Наиболее популярными применениями для этого типа подшипников являются редукторы для различных типов транспортных средств.
Долговечность подшипника определяется как срок службы до появления признаков контактной усталости металла на любом из колец или тел качения.
Под расчётным сроком службы понимают срок службы партии подшипников, в которых не менее 90% одинаковых подшипников, при одной и той же нагрузке и частоте вращения должны обработать без появления на рабочих поверхностях раковин и отслаивания.
Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники выдерживают большие радиальные нагрузки в обоих направлениях, так как линия нагрузки образует угол с геометрической осью подшипника. Основное применение этого типа — в колесах легковых автомобилей, поэтому у нас есть специальные ссылки, чье внешнее кольцо включило изменения в дизайн, чтобы улучшить его интеграцию с окончательным приложением.
Радиально-упорные шарикоподшипники имеют принципиальную особенность, когда грузовая линия действия между шариками и опорными дорожками образует угол с осью подшипника. По этой причине диапазоны подшипников внутреннего и наружного колец смещены в осевом направлении друг от друга, что позволяет выдерживать большие радиальные нагрузки в обоих направлениях.
Зависимость между номинальной долговечностью (расчётным сроком службы), динамической грузоподъёмностью и действующей на подшипник нагрузкой определяется формулой
где: L — номинальная долговечность, млн.оборотов;
C — динамическая грузоподъёмность;
Четырехточечные радиально-упорные шарикоподшипники состоят из одной радиальной линии и предназначены для выдерживания осевых нагрузок в обоих направлениях. Радиальная нагрузка может быть адаптирована к определенному уровню осевой нагрузки. Поскольку эти подшипники требуют меньшего аксиального пространства, они являются очень привлекательным выбором, если у вас ограниченное пространство.
Они представляют собой двухрядные шарикоподшипники, предназначенные для работы с высокими скоростями вращения и низким уровнем шума, технически отличающиеся тем, что они состоят из одного внутреннего кольца. Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники представляют собой однорядные радиально-упорные шарикоподшипники. Беговые дорожки в этих подшипниках позволяют передавать осевые нагрузки, действующие в обоих направлениях.
P – эквивалентная динамическая нагрузка;
p – показатель степени в формуле долговечности (для шариковых подшипниковp=3, для роликовыхp= 10/3 или 3,33).
Эквивалентной динамической нагрузкой для радиальных шариковых и радиально – упорных подшипников называется постоянная радиальная нагрузка, которая при приложении её к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и неподвижным наружным обеспечивает такой же расчётный срок службы, как при действительных условиях нагружения и вращения. Для этих типов подшипников эквивалентная динамическая нагрузка определяется по формуле:
Двухсторонние радиально-упорные шарикоподшипники занимают гораздо меньшее осевое пространство, чем двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники. Внутреннее кольцо из двух частей позволяет заполнить мяч большим количеством шариков, придавая подшипнику больший вес. Эти подшипники являются съемными, но внешнее кольцо и заполненная корзина могут быть собраны отдельно.
Канавки на упругом кольцевом кольце
Двухсторонние радиально-упорные шарикоподшипники предназначены для перевозки преимущественно осевых нагрузок, а их зазор в корпусе аналогичен радиальным подшипникам. Подшипники с внешним диаметром более 160 мм выполнены с двумя канавками на упругом кольце во внешнем кольце для облегчения сборки и предотвращения искажения внешнего кольца. Размеры пазов приведены в таблице ниже.
где: F r – постоянная по величине и направлению радиальная нагрузка, Н;
F a — постоянная по величине и направлению осевая нагрузка, Н;
X — коэффициент радиальной нагрузки;
Y — коэффициент осевой нагрузки;
V – коэффициент вращения (V=1);
К б – коэффициент безопасности;
К T – температурный коэффициент.
Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники обычно снабжены массивной латунной клеткой. Они также могут быть оснащены армированной стекловолокном полиамидной корзиной. Двухсторонние радиально-упорные шарикоподшипники могут приспосабливаться в ограниченной степени к опрокидыванию колец путем выравнивания наружного кольца с внутренним кольцом. Коэффициенты, влияющие на выравнивание этих подшипников, такие же, как у обычных однорядных шарикоподшипников. Любая степень качания увеличивает уровень вибрации во время работы подшипника.
Эквивалентная динамическая нагрузка для подшипников, не обладающих осевой или
радиальной нагрузкой может быть определена по формулам (3.3) и (3.4):
3.1.2. Обозначение нормальных габаритных размеров подшипников качения
Сочетание двунаправленных двунаправленных шарикоподшипников в системе с другими радиальными подшипниками для работы в качестве осевых подшипников требует радиального зазора в фитинге, в то время как выравнивание внешнего кольца невозможно. Однорядные подшипники скольжения имеют относительно глубокие ступени в обоих кольцах, не имеют канала для ввода шара и неразделимы. Оптимальный размер шаров и их соответствие беговой дорожке обеспечивают эти подшипники высокой грузоподъемностью.
Подшипники с лезвиями или уплотнениями
Эти подшипники могут переносить осевые и радиальные нагрузки в обоих направлениях и могут использоваться даже на высоких скоростях. Они изготавливаются в широком диапазоне типов и являются наиболее широко используемыми типами роликовых подшипников. Однорядные шарикоподшипники с уплотнением на одной или обеих сторонах изготавливаются в версиях с защитными пластинами или с прокладками.
Рис.3.1. Изображение подшипников качения в разрезе:
а). подшипник шариковый радиальный;
б). подшипник шариковый радиально-упорный;
в). подшипник шариковый двухрядный сферический;
г). подшипник роликовый радиальный;
д). подшипник роликовый радиально-упорный.
d – диаметр отверстия внутреннего кольца радиального и радиально-упорного подшипника и «тугого» кольца одинарного упорного подшипника;
Защитные пластины являются бесконтактными. В герметичных подшипниках уплотнительные кольца из вулканизированной резины на металлическом арматурном кольце обеспечивают эффективное контактное уплотнение. Подшипники изготавливаются в формованном плече на внутреннем кольце или с краевой кромкой внутреннего кольца. Прокладки и уплотнительные кольца закрепляются в канавке наружного кольца и являются несмываемыми. Подшипники, уплотненные с обеих сторон, заполнены пластиковой смазкой, свойства которой обычно обеспечивают смазку на весь срок службы подшипника при нормальных рабочих условиях.
d 1 – диаметр отверстия свободного кольца упорного подшипника;
D – внешний диаметр наружного кольца радиального и радиально-упорного подшипника и свободного кольца упорного подшипника;
B – ширина колец радиальных и радиально-упорных подшипников или ширина внутреннего кольца, если ширины колец не одинаковы;
В подшипниках такая смазка не может быть дополнена. Подшипники с различной смазкой поставляются по специальному заказу. Подшипники, запечатанные с обеих сторон и заполненные консистентной смазкой, отличными от стандартных, обозначены соответствующими символами. Первые две буквы указывают диапазон рабочих температур, а третий обозначает название консистентной смазки.
Подшипники с канавкой на упругом кольце
Однорядные шарикоподшипники с рифленым канавкой на упругом монтажном кольце легко закрепляются в корпусе и не требуют большого пространства для монтажа. Кольца для подшипников с канавкой на кольце поставляются отдельно. Однорядные однорядные шарикоподшипники с щелевым кольцом также могут поставляться в виде пластин или уплотнений. Такие подшипники поставляются по специальному заказу.
T – монтажная высота роликового радиально-упорного конического подшипника;
H — высота упорного подшипника.
Размеры тел качения для основных типов подшипников можно определить по следующим формулам:
d Т = 0,3*(D —d ) для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников;
d Т = 0,25*(D —d );
Для конкретных случаев узлов производятся некоторые подшипники с другими типами корзин. Это подшипники с массивной клеткой из полиамида или массивной текстолитовой корзиной. Доставка этих подшипников должна быть согласована заранее. Однорядные шарикоподшипники в базовом исполнении имеют нормальный радиальный зазор, который не обозначен в обозначении подшипника.
Стабилизация работы при более высоких температурах
Стандартные версии стандартных однорядных шарикоподшипников имеют нормальный уровень вибрации, который проверяется изготовителем. Специальные подшипники имеют подшипники с низкой вибрацией. Стабилизированные подшипники поставляются по специальному заказу. Для однорядных шарикоподшипников допускается только незначительное вмешательство между кольцами подшипников, поэтому отклонение поверхности сиденья должно быть как можно меньше. Наклонение вызывает дополнительную нагрузку на подшипник и сокращает срок службы подшипника.
l = (1,5+1,7)*d Т для серий лёгкой, широкой и средней широкой иl =d Т у всех остальных серий радиальных подшипников с короткими цилиндрическими роликами,
где d Т — диаметр тела качения (шарика или ролика);
l – длина ролика.
Для шарикоподшипников:
S – толщина кольцаS = 0,15*(D —d ),
Замена динамической радиальной нагрузки
Допустимые значения опрокидывания при нормальных рабочих условиях приведены в таблице.
Запасная статическая статическая нагрузка
Обозначения подшипников для базовых и популярных версий подшипников приведены в таблицах размеров. Значения наиболее часто используемых символов для обычных однорядных шарикоподшипников приведены в таблице ниже.
Однорядные однорядные шарикоподшипники поставляются в виде герметичных подшипников — с уплотнениями или с защитными пластинами — и открыты. Открытые подшипники, которые также изготавливаются в герметичной версии, могут иметь выемки в кольцевой поверхности.
d 1 – ось шарикаd 1 = 0,5*(D +d ) .
Таблица 3.2
Подшипники шариковые радиальные однорядные (гост 8338-75)
Легкая серия | Средняя серия Уплотнения, встроенные в выемки во внешнем кольце, обеспечивают правильный контакт с выбором, который не сопровождается деформацией наружного кольца. Доступные уплотнительные элементы описаны ниже. Защитные пластины. В основном предназначены для ротационных корпусов внутренних колец, установленных на наружном кольце, образуют узкий зазор с внутренним кольцом из листовой стали, которые доступны в стандартной комплектации — за исключением некоторых размеров — с удлинителем в отверстии для защиты от загрязнения и материалов для мусора без потерь на трение. Бесконтактные уплотнения. | ||||||||||||
Обозначение | Размеры, мм | Грузоподъемность, кН | Обозначение | Размеры, мм | Грузоподъемность, кН | ||||||||
d Они имеют лучшие характеристики уплотнения, чем защитные экраны образуют очень узкий зазор с периферией внутреннего кольца. Они имеют лучшие характеристики уплотнения, чем бесконтактные уплотнения изготовлены из акрилонитрилбутадиенового каучука и армированы стальным листом. Они изготовлены из стального армированного каучука-бутадиен-акрилонитрил-бутадиенового каучука. Они остаются опасными даже после охлаждения. Соблюдайте меры предосторожности, содержащиеся в главе. Пластиковые смазки для уплотненных подшипниковОбычно используется в приложениях, где требования к уплотнению превышают возможности стандартных методов уплотнения, таких как удерживание масла, которые выделяются из подшипника с внешними уплотнительными элементами в следующих аспектах: они занимают меньше места в осевом направлении, упрощают сборку, чтобы избежать дорогостоящей обработки поверхности вала, Герметизирующая губа опирается на периферию внутреннего кольца. Цельное, подпружиненное радиальное уплотнение вала из акрилонитрилбутадиенового каучука. Герметичные подшипники с обеих сторон смазываются на весь жизненный цикл и практически не требуют технического обслуживания. | D | В | r | С | С 0 | d | D | В | r | С Долговечность смазки в герметичных подшипникахОни заполнены одной из следующих пластиковых смазок. Технические характеристики отдельных смазок приведены в таблице 3. Для специального заполнения смазки указывает соответствующий суффикс в маркировке. Перед заказом проверьте наличие подшипников специальной смазкой. Горизонтальная ось вращения вращающегося внутреннего кольца низкая рабочая температура рабочей нагрузки в зеленой зоне для смазки стационарной машины низкие уровни вибрации. В случае, отличном от представленных условий эксплуатации, стабильность смазки, считанной с графика, должна быть скорректирована. | С 0 | ||
Подшипником называют особый узел, представляющий собой часть опоры для поддержки вала и предназначенный для вращения или качения последнего без потери энергии на трение. Существует несколько разновидностей подобных конструктивных элементов. При этом размеры подшипников в большинстве случаев регулируются ГОСТ.
Разновидности
Узлы этого типа используются в промышленности и других отраслях народного хозяйства очень широко. Существуют гидростатические, газостатические, магнитные и другие группы подшипников. Однако самыми распространенными разновидностями являются узлы скольжения и качения. По воспринимаемой нагрузке обе этих группы подразделяются на:
-
радиально-упорные.
радиальные;
Подшипники качения
Основными элементами узлов этого типа являются шарики или ролики, расположенные на определенном расстоянии друг от друга в специальной обойме, называемой сепаратором. В процессе работы подшипника они катятся по беговым дорожкам двух колец, одно из которых в большинстве случаев статично. Узлы этого типа используются в промышленности чаще всего. Дело в том, что в сравнении с подшипниками скольжения они имеют целый ряд преимуществ. К таковым можно отнести в первую очередь небольшое трение и незначительный расход смазки. Простота эксплуатации и монтажа — это также то, чем отличаются такие подшипники. Стандарты (размеры их регулирует ГОСТ) таких узлов представлены в специальных таблицах. Поэтому найти подходящий в том или ином случае подшипник особого труда не составит. Узел этого типа можно подобрать абсолютно к любой типовой конструкции.
Чувствительность к вибрационным и ударным нагрузкам — единственный недостаток, которым отличаются такие подшипники. Стандарты при их изготовлении должны соблюдаться обязательно. Иначе слишком долго они не прослужат.
Виды подшипников качения
Помимо воспринимаемой нагрузки, узлы этого типа классифицируются на группы по следующим признакам:
Форме тел качения. В этом плане различают шариковые и роликовые подшипники. Тела качения последнего вида при этом могут быть коническими, цилиндрическими, игольчатыми, витыми, бочкообразными и т. д.
По способности самоустановления. В данном случае различают сферические и несамоустанавливающиеся подшипники.
По количеству тел качения. Существуют однорядные и двухрядные подшипники.
По размерам. Все выпускаемые на сегодняшний день подшипники по этому признаку подразделяются на несколько серий.
В зависимости от серии при одном и том же внутреннем диаметре, ширина подшипника и его наружный D могут меняться. Использоваться подшипники качения могут при сборке автомобилей, велосипедов, ветряков и т. д.
Размеры
Габариты узлов этого типа определяет ГОСТ 3478-79. При его соблюдении получаются очень прочные и долговечные подшипники. Стандарты эти распространяются на все разновидности узлов качения, за исключением моделей специального назначения, имеющих особую конструкцию. В последнем случае узлы могут изготавливаться самых разных габаритов, наиболее подходящих для той или иной конструкции.
Узнать стандартные размеры подшипников каждой серии можно, как уже упоминалось, по специальным таблицам, в которых указываются внешний и внутренний диаметры, наименьшие предельные габариты (Rmin), а также номинальная ширина внутреннего и наружного колец (В). В качестве примера ниже приводим вашему вниманию таблицу для серии подшипников диаметров 8 (сокращенную).
Размер B для серий | |||||||||
1 для серии 7, 1.5 — для серий 1-6 |
Более подробные таблицы можно найти в специализированной литературе. Также имеются стандарты подшипников в Компасе — графическом редакторе, предназначенном для автоматизированного проектирования (в конструкторской библиотеке). Существуют таблицы для разных диаметров узлов.
Классы точности
Стандартные размеры подшипников качения, таким образом, можно узнать из специальных таблиц. Однако в некоторых случаях допускаются некоторые отклонения в габаритах от ГОСТ. По классу точности подшипники качения подразделяются на:
нормальные «0»;
повышенной точности «6»;
высокой «5»;
особовысокой «4»;
сверхвысокой «2».
Узлы, предназначенные для разных конструкций, могут иметь строго определенные допустимые отклонения. Так, к примеру, стандарты подшипников для велосипеда (608 типа) такие:
допуски шариков — 0/-0.005;
внутренней дорожки — +0.0001/-0.0003;
внешней дорожки — +0.0001/-0.0005.
Обозначения
Стандарты подшипников качения при их изготовлении соблюдаются обязательно. Для того чтобы потребитель мог видеть, что за узел перед ним и для каких целей его можно использовать, применяются специальные маркировки. Обозначаются подшипники качения обычно гравированным набором цифр. Иногда стандартные маркировки включают в себя и буквы. При этом:
Первые цифра или буква указывают на тип подшипника.
Следующие две цифры определяют серии узла. Первая указывает на группу ширины или высоты, вторая — диаметра.
Последние две цифры представляют собой код диаметра отверстия. Если умножить его на 5, можно получить величину d в мм.
Стандартные размеры подшипников 66414 (посадки в данном случае выбирают по ГОСТ 3325-85), к примеру, такие:
-
ширина — 42 мм;
масса — 5.74 кг.
Подшипники скольжения
Узлы этого типа состоят из двух основных элементов: прочного корпуса и вкладыша, между которыми находятся специальные смазывающие вещества. К основным достоинствам таких подшипников относят прежде всего небольшие диаметры, а также возможность делать их разъемными и использовать для валов очень сложной конструкции. Недостатками узлов этой разновидности считаются не слишком долгий срок службы и необходимость применения дорогостоящих смазок.
Виды подшипников скольжения
На настоящий момент существуют узлы этой группы:
высокоскоростные;
разъемные (используются, к примеру, в коленчатых валах);
прецизионных машин, точно направляющие валы и дающие возможность регулировки зазора;
дешевых тихоходных механизмов;
предназначенные для работы в особых условиях (воде, агрессивных средах).
В зависимости от режима работы в подшипнике такого типа может быть жидкостное или полужидкостное трение. В первом случае рабочие поверхности корпуса и вала разделены довольно-таки толстым слоем масла. При полужидкостном трении к жидкостному добавляется граничное (через тончайшую масляную пленку, образованную молекулярными связями).
Размеры подшипников скольжения
Габариты узлов этой группы определяются ГОСТ 2795. Данные из специальных таблиц — это также то, что обязательно учитывают, изготавливая такие подшипники. Стандарты в данном случае распространяются на такие параметры, как:
-
размер фаски (С);
допуски (предельные отклонения).
наружный и внутренний диаметр;
В таблице ниже (сокращенной) представлены стандартные размеры подшипников скольжения разных рядов.
D для рядов | L для рядов | |||||
Конструктивные особенности и материалы
Стандарты подшипников скольжения, таким образом, строго определены ГОСТ. Предъявляются некоторые требования и к качеству используемых для их изготовления материалов. скольжения, как уже упоминалось, может быть цельным или разъемным. В последнем случае для соединения частей используются специальные шпильки или болты. Вкладыш подшипника скольжения выполняется в виде втулки. В неразъемном узле он может быть изготовлен из двух половинок. На валы, подверженные деформациям, монтируют обычно самоустанавливающиеся подшипники скольжения.
Для изготовления узлов этого типа могут использоваться следующие материалы:
чугун (для корпуса);
бронза, чугун или пластмасса (для втулок).
В некоторых случаях, но конечно же, очень редко, втулки изготавливаются из дерева либо даже из ДСП.
Основные требования
Таким образом, подшипники стандарты (а вернее, их соблюдение) позволяют изготавливать максимально качественные, долговечные и с отличными эксплуатационными характеристиками. Требования к узлам этой группы предъявляются следующие:
Материалы и конструкция подшипников скольжения должны быть такими, чтобы обеспечить минимальный между корпусом и втулкой.
Прочность и жесткость узла должны быть такими, чтобы он мог выдерживать любые необходимые нагрузки.
Приветствуется максимальная простота конструкции подшипника. При его монтаже не должно возникать никаких сложностей.
Изготавливать подшипники следует таким образом, чтобы их поверхность имела достаточную для отвода возникающего в процессе работы тепла площадь.
Как делают
Изготавливают подшипники скольжения и качения на специализированных крупных предприятиях, в состав которых обычно входит два основных цеха: термический и механический. Сборочные линии таких заводов чаще всего работают в автоматическом режиме. Кроме них, в цехах устанавливаются также современные станки напыления.
В нашей стране наибольшей популярностью пользуются узлы, произведенные на отечественных заводах, а также в Швейцарии (SKF). Стандарты подшипников SKF такие же, как и у российских.