Подшипники качения

    Специальные типы подшипников  качения. 

    Шарнирные подшипники предназначены для воспринятия радиальных нагрузок. Изготовляются нескольких конструктивных разновидностей.

    Применяются в основном в узлах с качательным  движением.

    На  кольцах подшипников типа ШС предусматриваются смазочные канавки и отверстия.

    Возможная область применения: подвижные соединения, механизмы управления (в том числе  такие, в которые недопустимы  какие-либо люфты).

    Проволочные подшипники по сравнению с обычным подшипником качения имеет упрощенную конструкцию и значительно меньшую стоимость. В основном применяются проволочные шариковые подшипники, т. е. когда телами качения являются шарики. Изготовляются также подшипники с телами качения — роликами.

    Основные  преимущества проволочных подшипников: экономия дефицитной шарикоподшипниковой  стали; низкая стоимость изготовления, так как кольца (опорные) могут  быть изготовлены из материалов низкой твердости без термообработки шлифования, что особенно существенно для  подшипников крупных размеров (диаметром  несколько метров); простота ремонта  подшипников, которые чаще всего  сводится к замене проволочных колец  и шариков; возможность использования  в качестве опорных деталей подшипников  валов и корпусе из любого материала.

    Область применения: корообдирочные станки ОК-35 и ОК-66 ряда целлюлозно-бумажных комбинатов.

    Многорядный безжелобный подшипник  обладает рядом ценных свойств и считается перспективным. Кольца такого подшипника просты, весьма технологичны и могут изготовляться с высокой степенью точности. Многорядность и спиральное расположение шариков в массивном сепараторе делают такой подшипник весьма жестким и виброустойчивым. Внутренние радиальные зазор у него на 15—25% меньше, чем у обычных однорядных шарикоподшипников.

    Область применения: широко используется в шаберах наката, прессовых, сушильных, каландровых валов многих новых машин.

    Упорный секторный шарикоподшипник служит для небольших углов поворота, применяется в механизмах и машинах, когда требуется обеспечить перемещение по дуге со значительным радиусом.

    Шариковое винтовое соединение может применяться в грузовых винтовых устройствах, облегчать повороты валов, гаек, при совмещении таких опор с деталями, а также в элементах автоматических устройств. Точность вращения достигается весьма высокая. 

     Выбор подшипников качения

 

     Типоразмеры подшипников качения ограничены стандартами. Тип подшипника выбирается с учетом величины и направления  нагрузки, действующей на вал (радиальная, осевая, радиальная и осевая); характера  нагрузки (постоянная, переменная, ударная); частоты вращения; требуемого срока  службы механизма в часах (h); конструктивных особенностей и условий работы механизма. Так, для прямозубых цилиндрических, цилиндрических фрикционных передач  можно использовать радиальные шарикоподшипники; для косозубых цилиндрических, червячных, конических, винтовых передач –  радиально-упорные подшипники.

     Внутренний  диаметр d подшипника подбирают по диаметру вала, рассчитанному или принятому. Основным критерием для выбора серии подшипника при частоте вращения n > 1 об/мин служит динамическая грузоподъемность. Расчет заключается в определении расчетной динамической грузоподъемности С_р и сравнении этой величины с допустимым значением С_adm, приведенным в таблицах для данного подшипника:

     С_р £ С_adm . (4)

     Допустимая  динамическая грузоподъемность представляет собой постоянную радиальную нагрузку, которую подшипник с не вращающимся  наружным кольцом может выдержать  в течение одного миллиона оборотов внутреннего кольца без появления  с вероятностью равной 0,9 признаков  усталостного контактного разрушения. Значения С_adm приведены в таблицах технических характеристик подшипников качения.

     Расчетная динамическая грузоподъемность определяется для шариковых подшипников по формуле

     C_p = F_red , (5)

     где F_red – эквивалентная нагрузка, Н; L – долговечность, выраженная в количестве миллионов оборотов, ее можно выражать через долговечность L_h в часах как

     L = 60n∙L_h∙10^–6 , (6)

     где n – частота вращения вала, об/мин. Под эквивалентной понимают постоянную радиальную нагрузку, одинаково воздействующую на долговечность подшипников, как и реальная нагрузка, действующая при эксплуатации подшипникового узла. Эквивалентная нагрузка F_red для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников равна

     F_red = (VXF_r+YF_a)K_s∙K_t , (7)

     где F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки на подшипнике, Н; Х и Y – безразмерные коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (приведены в таблицах каталогов подшипников); V – кинематический коэффициент, равный 1,0, если в подшипнике вращается внутреннее кольцо, и 1,2 – наружное; К_s – коэффициент динамичности нагрузки (при постоянной нагрузке К_s = 1, при переменной К_s = 1,3 … 1,8, при ударной К_s = 2 … 3); К_t – температурный коэффициент (при t £ 125 °C К_t = 1, при t = 125 … 150 °C К_t = 1,05 … 1,1).

     Выбор подшипника осуществляется в следующей  последовательности: принимают тип  и внутренний диаметр (по валу) подшипника; вычисляют по (7) эквивалентную нагрузку; по заданной долговечности и рассчитанной эквивалентной нагрузке определяют по (5) расчетную динамическую грузоподъемность. Далее по каталогам подбирают  размеры (серию, ширину) подшипника намеченного  типа с учетом того, чтобы при  выбранном диаметре d выполнялось условие (4).

     При намеченном типе и внутреннем диаметре подшипника условие С_p £ C_adm обеспечивается переходом от легких серий подшипника к более тяжелым. Иногда условие (4) обеспечивают изменением типа или внутреннего диаметра подшипника.

     Посадки подшипников. Конструкции  подшипниковых узлов

 

     Подшипник качения является стандартным узлом, характер посадки его на вал и  в корпус обеспечивают путем подгонки соприкасающихся с подшипником поверхностей. Поэтому посадка наружного кольца подшипника в корпус осуществляется всегда в системе вала, а внутреннего кольца на вал – в системе отверстия. Но поле допуска на диаметр d внутреннего кольца расположено не в сторону увеличения номинального размера, как у основного отверстия (поле допуска Н), а наоборот (рис. 4). Это позволяет получить посадки с небольшим натягом, используя для валов поля допусков переходных посадок (j_s, k, m, n).

     При посадке подшипника на вал с большим  зазором не обеспечивается требуемая  точность центрирования, а в случае посадки с большим натягом  уменьшается или полностью исчезает радиальный зазор в подшипнике, что  влияет на точность и плавность вращения, вызывает шум и вибрации во время  работы и может привести из-за перенагружения к быстрому выходу подшипника из строя.

     Для внутреннего кольца подшипника при  вращающемся вале и значительных нагрузках применяют посадку  с полем допуска на вал n6, при малых нагрузках – j_s6, k6. 
 
 

     

     Рис. 4 

     Сопряжение  наружного кольца подшипника со стальным или чугунным корпусом выполняется  по посадке с полем допуска  на отверстие Н7, а при высокой  частоте вращения вала и при изготовлении корпуса из алюминиевых или магниевых  сплавов – по посадке с полем  допуска J_s7.

     При конструировании подшипниковых  узлов необходимо обеспечить центрирование  подшипников в опорах, осевую фиксацию вала, возможность изменения длины  вала без нарушения работы подшипника, удобство монтажа и демонтажа, защиту подшипников от попадания пыли, сохранение смазки, регулировку осевого натяга, соосность отверстий в корпусе, которую проще всего достичь их обработкой (расточкой, шлифовкой) с одного установа. При этом надо учитывать конструктивные особенности подшипников и их размеры, совместимость применяемых материалов, условия эксплуатации и режимы работы.

     Защемление  тел качения могут вызвать  не только радиальные, но и осевые смещения, например, температурные изменения  длины вала. Различают два способа  фиксации валов в осевом направлении. Так, способ фиксации вала подшипниками в корпусе с двух сторон «враспор» (рис. 5, а) применяют при коротких валах, когда тепловые деформации вала и корпуса в осевом направлении  примерно одинаковы. При этом предусматривается  небольшой зазор D = 0,05 … 0,2 мм, величина которого может регулироваться толщиной набора регулировочных прокладок 1. На сборочных чертежах величина этого зазора может не показываться.

     При длинных валах и значительных колебаниях температуры, а также  в тех случаях, когда температурные  удлинения вала больше деформаций корпуса, одна опора вала жестко фиксируется  в корпусе (рис. 5, б), а вторая опора  делается плавающей. 

     Рис. 5 

     Работоспособность подшипниковых узлов зависит  не только от правильного расчета  и выбора подшипников, но также и  от целого ряда сопутствующих факторов, основными из которых являются: тип  выбора смазки и метод ее подвода; конструкция уплотнения и надежность защиты подшипника от попадания грязи  и влаги, от вытекания смазки из корпуса; правильный выбор посадки подшипника и крепления его на валу и в  корпусе; точность посадочных мест по размерам, взаимным биениям, шероховатости; монтаж и регулировка зазоров. Соосность отверстий в корпусе под подшипники достигается их обработкой (расточка, шлифование) с одной установки.

     К дефектам, наиболее часто встречающимся  в эксплуатации, следует отнести  высокую температуру (свыше 80 °С) подшипникового узла; повышенный шум или удары при работе; выбрасывание смазки из корпуса.

 

     Список  литературы

1. Красковский Е.Я., Дружинин Ю.А., Филатова Е.М. Расчет и конструирование механизмов приборов и вычислительных систем: Учебное  пособие. М.: – Высш. шк., 2001. – 480 с.

2. Сурин В.М. Техническая механика: Учебное пособие. – Мн.: БГУИР, 2004. – 292 с.

3. Ванторин  В.Д. Механизмы приборных и вычислительных систем: Учебное пособие. – М.: Высш. шк., 1999. – 415 с.

4. И.С. Старец, «Подшипники качения в новых  машинах целлюлозно-бумажного производства»