Детали машин и основы конструирования (110

Окончание таблицы 7

1	2	1	2
№158	С10	СЭДА	С24
ВНИИНП-262	С11	ИНДА	С25
ВНИИНП-260	С12	АДС-3	С26
ВНИИНП-281	С13	ФАНОЛ	С27
ФИОЛ-2У	С14	Шеврон	С28
7 5-180206 Е	Т2 С2

Смазка маслом ЦИАТИМ-221

Температура отпуска колец 2500С

Сепаратор из пластичного материала

Основные знаки условного обозначения

подшипника Класс точности 5

Радиальный зазор по7-му ряду

Рис. 2. Пример условного обозначения подшипника дополнительными знаками

2 ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ ПО ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ

2.1 Динамическая грузоподъемность

Основным видом выхода из строя подшипников качения при длительной их работе и значительных нагрузках в нормальных условиях работы является усталостное выкрашивание рабочих поверхностей контактирующих деталей подшипника. Поэтому по ГОСТ 18855–73 подшипники качения с частотой вращения кольца п > 1 об/мин рассчитываются на долговечность по динамической грузоподъемности.

Под динамической грузоподъемностью радиальных и радиально-упорных подшипников понимается такая постоянная радиальная нагрузка, которую может выдержать каждый из

11

идентичных подшипников при неподвижном наружном кольце в течение расчетного срока службы в 1 млн. оборотов внутреннего кольца.

Под динамической грузоподъемностью упорно-радиальных и упорных подшипников понимается такая постоянная центральная чисто осевая нагрузка, которую любой из идентичных подшипников может выдержать в течение расчетного срока службы, исчисляемого в 1 млн. оборотов одного из колец подшипника.

Динамическая грузоподъемность С может быть вычислена для различных типов подшипников по зависимостям, учитывающим конструкцию подшипников, геометрические размеры, точность изготовления, материалы деталей [1, 2, 3].

2.2 Данные, необходимые для подбора подшипников

Для выбора подшипников качения по динамической грузоподъемности необходимо знать:

а) величину и направление нагрузок, действующих на опору вала, для которой подбирается подшипник (принимаются по расчету вала), в кН;

б) полученное расчетом значение посадочного диаметра вала d, мм;

в) характер действующей нагрузки – постоянная, переменная или динамическая;

г) частоту вращения вращающегося кольца подшипника качения п, об/мин;

д) необходимую долговечность подшипника (срок службы) L, выраженную в миллионах оборотов, или Lh, - в ч; для того, чтобы получить более компактным подшипниковый узел, не следует завышать расчетный срок службы подшипника сравнительно с рекомендующимся (табл. 8);

е) характеристику окружающей среды: температуру, влажность, абразивность и т. д.;

ж) особенности конструкции подшипников: самоустановка, крепление стопорными кольцами, наличие уплотнительных шайб закрепительных втулок и т. п.

При проектировании желательно отдавать предпочтение радиальным и упорным шариковым и радиально-упорным коническим подшипникам нормального класса точности О.

12

Таблица 8 Рекомендуемые значения расчетной долговечности для различных

типов машин

Примеры машин и оборудования				Lh , ч
Приборы и аппараты, используемые периодически:
демонстрационная аппаратура, механизмы для закрывания				500
дверей, бытовые приборы
Неответственные механизмы, используемые в течение
коротких периодов времени: механизмы с ручным приводом,				4000 и более
сельскохозяйственные машины, подъемные краны в
сборочных цехах,	легкие конвейеры
Ответственные механизмы, работающие с перерывами:
вспомогательные механизмы на силовых станциях, конвейеры				8000 и более
для поточного производства, лифты, не часто используемые
металлообрабатывающие станки
М ашины для односменной работы с неполной нагрузкой:
стационарные	электродвигатели,	редукторы	общего	12000 и более
назначения, часто используемые металлорежущие станки
М ашины, работающие с полной нагрузкой в одну смену:
машины общего машиностроения, подъемные краны для				Около 20000
режимов Т и ВТ, вентиляторы, распределительные валы
М ашины для круглосуточного использования: компрессоры,
насосы, шахтные подъемники, стационарные электромашины,				40000 и более
судовые приборы
Непрерывно работающие машины с высокой нагрузкой:
оборудование бумажных фабрик, энергетические установки,				100000 и более
шахтные насосы,	оборудование торговых морских судов

2.3 Долговечность подшипника

Долговечность (или ресурс) подшипника – это такое число оборотов (или число часов при постоянной частоте вращения вращающегося кольца), которое подшипник должен проработать до появления первого признака усталостного выкрашивания рабочих поверхностей деталей подшипника (беговых дорожек колец, поверхности тел качения).

Под номинальной долговечностью или расчетным сроком службы понимается срок службы подшипников, в течение которого не менее 90% из данной группы идентичных подшипников должен отработать без признаков усталостного разрушения на контактирующих поверхностях деталей.

Так как номинальный срок службы гарантируется 90% подшипников одного типоразмера, то остальные 10% могут быть

13

отбракованы раньше истечения расчетного срока службы. Однако, поскольку средний ресурс подшипников значительно превышает номинальный и большинство подшипников в механизмах являются недогруженными, то в действительности до срока будет выбраковано подшипников значительно меньше 10%.

Номинальная долговечность подшипников L определяется на основе динамической грузоподъемности С и эквивалентной нагрузки Fэ на опоре вала, которые с долговечностью связаны следующей зависимостью:

	C		Р
L			,	(1)
	FЭ
а долговечность Lэ выраженная в ч, определяется:

L	106		L	,	(2)
h	60		n

где р = 3 – для шарикоподшипников; p 103 – для роликоподшипников;

п – действительная частота вращения вращающегося кольца подшипника, об/мин.

2.4 Эквивалентная нагрузка

Эквивалентной нагрузкой для радиальных и радиально-упор- ных подшипников называют такую постоянную радиальную нагрузку, при приложении которой к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом обеспечивается такая же долговечность, как

ипри действительных условиях нагрузки и вращения.

2.5Расчет эквивалентной нагрузки при постоянном

режиме

Для радиальных шариковых и радиально-упорных шарико- и роликоподшипников эквивалентная нагрузка Fэ, определяется по зависимости:

FЭ		У F		Kб	Kt ,	(3)
	X V Fr
		a

где Fr – суммарная радиальная нагрузка на опоре вала, для которой подбирается подшипник, кН;

FΣα – расчетная осевая нагрузка на той же опоре, кН;

14

X – коэффициент радиальной нагрузки по таблице 9; У – коэффициент осевой нагрузки по таблице 9;

V – коэффициент учитывающий влияние вращения колец;

V= – 1,0 – при вращении внутреннего кольца; V = 1,2 – при

вращении наружного кольца;
Кб – коэффициент безопасности, по таблице 10.
Kt		– коэффициент, учитывающий влияние температуры, при
t ≤ 125oC – Kt = 1,0.
																				Таблица 9
		Значения X и У для радиальных и радиально-упорных
								шарикоподшипников
								Однорядные							Двухрядные
			Тип						F				F					F
подшипника									a		e		a			e		a		e
								V F				V Ri					V R
										i									i
																					е
а			Fa			i Fa
									Х		У		Х		У			Х		У
			C0			C0
1		2				3		4			5	6			7		8			9	10
		0,014									2,30									2,3	0,19
		0,028									1,99									1,99	0,22
		0,056									1,71									1,71	0,26
		0,084									1,55									1,55	0,28
0		0,11						0,56			1,45	1			0		0,56			1,45	0,30
		0,17									1,31									1,31	0,34
		0,28									1,15									1,15	0,38
		0,42									1,04									1,04	0,42
		0,56									1,00									1,00	0,44
						0,014					1,81				2,08					2,94	0,30
						0,029					1,62				1,84					2,63	0,34
						0,057					1,46				1,60					2,37	0,37
						0,086					1,34				1,52					2,18	0,41
12о						0,11		0,45			1,22	1			1,39		0,74			1,98	0,45
						0,17					1,13				1,30					1,84	0,48
						0,29					1,04				1,20					1,69	0,52
						0,43					1,01				1,16					1,64	0,54
						0,57					1,00				1,16					1,62	0,54

15

Окончание таблицы 9

1		2		3	4	5	6	7	8	9	10
				0,015		1,47		1,65		2,39	0,38
				0,029		1,40		1,57		2,28	0,40
				0,058		1,30		1,46		2,11	0,43
15о				0,087	0,44	1,23	1	1,38	0,72	2,00	0,46
				0,12		1,19		1,34		1,93	0,47
				0,17		1,12		1,26		1,82	0,50
				0,29		1,02		1,14		1,68	0,55
				0,44		1,00		1,12		1,63	0,56
				0,58		1,00		1,12		1,63	0,56
18о		19о		20о	0,43	1,00		1,09	0,70	1,63	0,57
24о		25о		26о	0,41	0,87	1	0,92	0,67	1,44	0,68
		30о			0,39	0,76		0,78	0,63	1,24	0,80
35о		36о			0,37	0,66		0,66	0,60	1,07	0,95
		40о			0,35	0,57		0,55	0,57	0,93	1,14
Шарикоподшипники						0,4		0,42		0,65	1,15
самоустанавливающиеся					0,40	сtga	1	сtga	0,65	сtga	tga
Шарикоподшипники					0,50	2,50	-	-	-	-	0,20
радиальные			однорядные
разъемные (магнетные)
	Примечание: Со — статическая грузоподъемность.

Fa

e

Для

однорядных подшипников при

V F

принимается

ri

Х = 1 и У = 0.

Таблица 10

Значения коэффициента безопасности Кб в зависимости

от характера нагрузки

Характер нагрузки на

Кб

Примеры использования

подшипник

1

2

3

Спокойная

нагрузка

без

1,0

Ролики

ленточных

конвейеров;

толчков.

маломощные

кинематические ре-

дукторы и приводы

Легкие

толчки.

Крат-

Прецизионные

зубчатые

передачи,

ковременные перегрузки до

1,0-1,2

металлорежущие

станки

(кроме

125% номинальной (расчет-

строгальных и долбежных); блоки;

ной) нагрузки

электродвигатели

малой

и средней

мощности;

легкие вентиляторы

16

Окончание таблицы 10

		1			2			3
Умеренные				толчки.	1,3-1,5	Буксы	рельсового		подвижного
Вибрационная				нагрузка.		состава; зубчатые передачи 7-й и 8-й
Кратковременная				пере-		степени точности; редукторы всех
грузка до 150% номиналь-						конструкций
ной (расчетной) нагрузки
						Центрифуги; мощные электрические
То	же	в		условиях		машины;		энергетическое		обо-
повышенной надежности					1,5-1,8	рудование
Нагрузки со значительными					1,8-2,5	Зубчатые передачи 9-й степени
толчками		и	вибрацией.			точности. Дробилки и копры;
Кратковременные				пере-		кривошипно-шатунные механизмы,
грузки до 200% номи-						валки прокатных станов, мощные
нальной (расчетной) на-						вентиляторы и эксгаустеры
грузки
Нагрузки с сильными уда-					2,5-3,0	Тяжелые		ковочные		машины;
рами	и	кратковременные				лесопильные		рамы;		рабочие
перегрузки до 300% но-						рольганги у		крупносортных станов,
минальной			(расчетной)			блюмингов и слябингов
нагрузки

Таблица 11

Формулы для расчета осевой нагрузки

	№	Условия нагружения
	1	S1 ≥ S2 ≥ Fa > 0
			Fa1 = S1; Fa2 = S1+Fa
	2	S1 < S2 ; Fa> S1 – S2
	3	S1 < S2 ; Fa≤ S1 – S2	Fa1 = S1 – Fa; Fa2 = S2

Расчетные осевые нагрузки Fai для радиально-упорных подшипников определяются по таблице 11, согласно схемам действия внешних сил и установки подшипников.

Осевые составляющие от радиальных нагрузок S

определяются:
а)	для	радиальных	и	радиально-упорных
шарикоподшипников:
			,	(4)
б) для конических роликовых:
				(5)

17

Значение е принимается согласно таблице 7.

Для роликовых подшипников с короткими роликами

эквивалентная нагрузка определяется по формуле
Fэ = V × Fr i – Кб – Kt .	(6)
При проектировании подшипниковых узлов	и проверочных

расчетах валов необходимо учитывать, что радиальная реакция подшипника приложена в точке, отстоящей на расстоянии а от торца подшипника.

Таблица 12

Значения расстояний а для радиально-упорных подшипников

Тип подшипника

Расчетная формула

Однорядные радиально-упорные

a 0,5 B

tg

шарикоподшипники

d D

2

T

d D e

Однорядные конические

ролико-

a 2

6

подшипники

Двухрядные радиально-упорные

3В

d D

шарикоподшипники

a 0,5

tg

2

2

3T

d D e

Двухрядные конические ролико-

a 4

6

подшипники

При уточненных расчетах е может приниматься в каталоге по таблице соответственно типоразмеру подшипника.

При выборе подшипников серий 2100, 2200, 2300, 2400, 2500, 2600 необходимо сравнить действующую на опоре осевую силу Fa с допустимым значением Fa доп для этих подшипников, которые вычисляются: для серий 2100, 2200, 2300, 2400

[Fадоп] = КА ∙Со ∙ [1,75 – 0,125 – п ∙Кв ∙ (D – d)],	(7)
для серий 2500 и 2600
[Fадоп] = КА Со [1,16 – 0,08 ∙ п ∙ Кв ∙ (D – d)],	(8)

где Со — статическая грузоподъемность подшипника, кН; п — частота вращения вращающегося кольца в об/мин; Кa, Кв — коэффициенты по таблицам 13, 14.

18

	Для		упорных		подшипников			эквивалентная		нагрузка
	рассчитывается по формуле
					Fэ= Fа ∙ Kб ∙ Kt .						(9)
										Таблица 13
				Значения коэффициента КА
	Условия работы				Смазка			Примеры установки			КА
	подшипника
	Постоянная		осевая			Газовые турбины (при-					0
	нагрузка и высокая				Жидкая	менять			радиальные	под-
	температура					шипники			с цилиндричес-
						кими роликами не реко-
						мендуется)
	Переменная		осевая		Пластичная	Тяговые электродвигатели					0,02
	нагрузка	и	уме-
	ренная температура
	Непродолжительная					Главная передача в коробках					0,1
					Жидкая	передач автомобиля
	осевая нагрузка и
					минеральная
	низкая температура
						Вал шестерни заднего хода в					0,2
						коробках			передач авто-
						мобиля
	Случайная		осевая		Пластичная	Блоки,			электротали,		0,2
	нагрузка	и	низкая			кранбалки
	температура
										Таблица 14
				Значения коэффициента Кв
	Размерная серия подшипника								Кв
			100, 200, 500						8,5 ∙ 10-5
			300, 600						7 ∙ 10-5
			400						6 ∙ 10-5

Долговечность подшипников рассчитывается для нормальных условий работы, когда выход подшипника из строя происходит только из-за усталостных процессов в металле колец и тел качения.

Расчетные значения долговечности шарикоподшипников приведены в таблицах 15, 16.

19

Таблица 15 Числовые значения L шарикоподшипников, млн. оборотов

L	C/Fэ	L	C/Fэ	L	C/Fэ	L	C/Fэ
1	2	1	2	1	2	1	2
0,5	0,793	80	4,31	600	8,43	3200	14,7
0,75	0,909	90	4,48	650	8,66	3400	15,0
1	1,0	100	4,64	700	8,88	3600	15,3
1,5	1,14	120	4,93	750	9,09	3800	15,6
2	1,26	140	5,19	800	9,28	4000	15,9
3	1,44	160	5,43	850	9,47	4500	16,5
4	1,59	180	5,65	900	9,65	5000	17,1
5	1,71	200	5,85	950	9,83	5500	17,7
6	1,82	220	6,04	1000	10,0	6000	18,2
8	2,0	240	6,21	1100	10,3	6500	18,7
10	2,15	260	6,38	1200	10,6	7000	19,1
12	2,29	280	6,54	1300	10,9	7500	19,6
14	2,41	300	6,69	1400	11,2	8000	20,0
16	2,52	320	6,84	1500	11,4	8500	20,4
18	2,62	340	6,98	1600	11,7	9000	20,8
20	2,71	360	7,11	1700	11,9	9500	21,2
25	2,92	380	7,24	1800	12,2	10000	21,5
30	3,11	400	7,37	1900	12,4	12000	22,9
35	3,27	420	7,49	2000	12,6	14000	24,1
40	3,42	440	4,61	2200	13,	16000	25,2
45	3,56	460	7,72	2400	13,4	18000	26,2
50	3,68	480	7,83	2600	13,8	20000	27,1
60	3,91	500	7,94	2800	14,1	25000	29,2
70	4,12	550	8,19	3000	14,4	30000	31,1

Таблица 16 Числовые значения долговечности L роликоподшипников,

млн. оборотов

L	C/Fэ	L	C/Fэ	L	C/Fэ	L	C/Fэ
1	2	1	2	1	2	1	2
0,5	0,812	80	3,72	600	6,81	3200	11,3
0,75	0,917	90	3,86	650	6,98	3400	11,5
1	1,0	100	3,98	700	7,14	3600	11,7
1,5	1,13	120	4,20	750	7,29	3800	11,9
2	1,24	140	4,40	800	7,43	4000	12,0

20