Материалы, применяемые для изготовления подшипников
Основными материалами для колец и тел качения подшипников являются шарикоподшипниковые, высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ. Число в обозначении марки указывает на среднее содержание хрома в десятых долях процента. Среднее содержание углерода 1—1,1%. Сталь ШХ15СГ содержит дополнительно кремний и марганец.
Широко применяют также цементируемые, легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А.
Твердость колец и роликов (кроме витых и длинных цилиндрических) обычно НRС 60—65, шариков — НRС 62—66.
Для работы в условиях высоких температур применяют теплостойкие стали 95X18, ЭИ347Ш и др. При требовании немагнитности—бериллиевую бронзу.
Сепараторы массовых подшипников изготовляют из мягкой, углеродистой стали методом штамповки. Для высокоскоростных подшипников применяют массивные сепараторы из антифрикционных бронз, анодированного дюралюминия, металлокерамики, текстолита, пластифицированной древесины, полиамидов. В специальных случаях применяют пластмассовые сепараторы с металлическим каркасом.
В условиях ударных нагрузок и высоких требованиям к бесшумности работы начинают применять тела качения из пластмасс. При этом резко снижаются требования к твердости колец и их можно изготовлять из легких сплавов.
4 Объекты изучения и инструменты
Работа ведется с комплектом различных конструкций подшипников качения. Измерительный инструмент - штангенциркуль.
5 Порядок выполнения работы
5.1 Получить от преподавателя два подшипника и штангенциркуль.
Выполнить эскизы подшипников.
Дать расшифровку условного обозначения подшипника.
5.4 Дать краткую характеристику подшипника, отметив, какие нагрузки предназначен воспринимать подшипник; допускает ли подшипник перекосы вала в корпусе и в каких пределах; дать сравнительную характеристику подшипников по грузоподъемности.
6 Контрольные вопросы
Чем отличаются подшипники качения от подшипников скольжения?
Сравните шариковые и роликовые подшипники.
Какие типы подшипников не допускают осевую нагрузку?
Какие типы подшипников не допускают перекосы?
Особенность сборки шариковых подшипников.
Какие типы подшипников наиболее распространены?
Какими причинами ограничена быстроходность упорных подшипников?
Когда следует применять сферические подшипники?
Из каких деталей состоят подшипники качения?
Могут ли шариковые подшипники воспринимать комбинированную (радиальную и осевую) нагрузку?
Укажите причины потери работоспособности подшипниками качения
До какой твердости закаливают кольца подшипников качения?
До какой твердости закаливают тела качения?
Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в шариковом радиальном однорядном подшипнике?
Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в шариковом радиальном сферическом подшипнике?
Допустимый угол перекоса колец в упорном шариковом однорядном подшипнике?
Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в радиально-упорном роликовом коническом подшипнике?
Допустимый угол перекоса внутреннего кольца относительно наружного в радиально-упорном шариковом подшипнике?
Из какого материала изготавливают кольца и тела подшипников качения?
Из какого материала изготавливают сепараторы подшипников качения? От чего зависит выбор материала?
Когда тела качения изготавливают из пластмассы?
Когда применяют игольчатые подшипники
Потери на трение в шариковом радиальном однорядном подшипнике
Потери на трение в шариковом радиальном однорядном подшипнике
Потери на трение в радиальном однорядном подшипнике с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на наружном кольце?
Когда применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами без буртиков на наружном кольце?
Какую смазку применяют для подшипников качения?
Какие подшипники наиболее быстроходные?
В каком подшипнике отсутствует сепаратор?
Как распределяется радиальная нагрузка между телами качения? Какое тело качения является наиболее нагруженным?
ОТЧЕТ ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
1 ВЫПОЛНИТЬ ЭСКИЗЫ ПОДШИПНИКОВ (РАЗРЕЗ)
1.1 № 1.2 №
2 РАСШИФРОВАТЬ НОМЕРА ПОДШИПНИКОВ
2.1 № 2.2 №
3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДШИПНИКА
3.1 №
3.2 №
Подпись преподавателя______________ /________________ /
Дата
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ПОДШИПНИКОВЫХ ОПОР
Цель работы - изучить основные узлы и рекомендации по проектированию и расчету подшипниковых опор. Настоящая работа выполняется после изучения конструкции и основных характеристик подшипников качения и является ее продолжением.
1.КОНСТРУКТИВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ПОДШИПНИКОВЫМ
УЗЛАМ
При проектировании подшипниковых узлов необходимо учитывать величину и направление нагрузки, расстояние между опорами, условия эксплуатации (температуру, запыленность, влажность), частоту вращения колец, требуемую долговечность и стоимость подшипника.
Большое значение имеют условия монтажа. Неправильный монтаж подшипникового узла может привести к снижению его долговечности или даже преждевременному выходу из строя.
Поэтому необходимо правильно назначить посадки на внутренние и наружные кольца подшипников (на вал и в корпусе), а также выбрать способ их крепления.
По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на "плавающие" и "фиксирующие". "Плавающие" опоры допускают осевое перемещение вала. "Фиксирующие " опоры могут фиксировать осевое положение вала в одном или обоих направлениях. Как "плавающие" так и "фиксирующие" опоры могут выполняться с одним или двумя подшипниками.
В зависимости от величины направления нагрузки и требований к жесткости опоры могут применяться различные сочетания "плавающих" и "фиксирующих" опор, т.е. конструктивные различные схемы подшипниковых узлов.
1.1. Обе опоры "плавающие" (рис.1).
Фиксация осевого положения вала осуществляется каким-либо другим элементом конструкции, например, зубьями шевронных зубчатых колес.
"Плавающие" опоры способствуют самоустановке вала в осевом направлении и выравниванию нагрузки по обеим половинам зубьев шевронных колес. "Плавающим" следует выполнять вал, опоры которого несут наименьшую нагрузку. Это уменьшает силы трения между корпусом и наружным кольцом подшипника и не препятствует его осевому смещению.
В качестве "плавающих" опор целесообразно применять роликовые подшипники с цилиндрическими роликами без бортов на наружных кольцах (рис. 1). Наружные кольца подшипников закрепляют в корпусе, в осевом направлении вал может
Рис.1 Обе опоры вала выполнены «плавающими»
перемещаться вместе с наружными кольцами. Если грузоподъемность однорядных подшипников недостаточна, то применяют сферические двухрядные шарикоподшипники, между наружными кольцами которых и крышками оставляют зазор.
Большинство подшипниковых узлов выполняют с возможностью фиксации вала в осевом направлении. При этом фиксирующий подшипник жестко закрепляется в корпусе и может воспринимать радиальные и двухсторонние осевые нагрузки.
В "фиксирующих" опорах используются подшипники, кольца
Рис.2 Обе опоры вала выполнены
«фиксирующими»
которых не могут смещаться относительно друг друга в осевом направлении хотя бы в одну сторону. Роликовые подшипники с цилиндрическими роликами без бортов на наружных кольцах в «фиксирующих» опорах не применяются. Также следует учитывать, что радиальные однорядные шарикоподшипники обладают сравнительно низкой осевой жесткостью и поэтому их нельзя применять там, где требуется точная фиксация вала.
1.2. Обе опоры «фиксирующие» (рис. 2). Причем каждая из
опор ограничивает перемещение вала только в одном направлении.
Схема применяется при небольших расстояниях между опорами
(l/d < 12), где (1-расстояние между опорами; d- диаметр вала.)
По этой схеме в каждой из опор устанавливают по одному подшипнику.
Для малонагруженных в осевом направлении узлов, не несущих значительную радиальную нагрузку, применяют роликоподшипники с цилиндрическими роликами с одним бур- том на внутреннем кольце (рис. 2). Во избежание заклинивания роликов между наружным кольцом правого подшипника и крышкой предусмотрен зазор «К».
Рассмотренные конструкции подшипниковых узлов широко применяют в редукторах с цилиндрическими зубчатыми колесами.
Рис.3
Опоры с подшипниками регулируемого
типа
Если узел монтируют на подшипниках регулируемого типа (шариковые радиально - упорные (рис. 3) или конические роликовые (рис. 4)), то их устанавливают «внатяг» или «враспор». При этом схема «внатяг» предпочтительнее, так как в этом случае при одинаковом расстоянии между опорами величина опорной базы становится больше (размер L).
В процессе регулировки подшипника вал устанавливают с определенной величиной «осевой игры», допустимые пределы которой весьма малы и зависят от конструкции подшипника и узла, режима работы, температуры и требований к жесткости опор.
Подшипники с меньшими углами контакта (β=12°) более чувствительны к изменениям «осевой игры», поэтому их не рекомендуется применять в опорах выполненных по схеме (рис. 2).
1.3. Одна опора вала «фиксирующая», вторая -«плавающая» (рис. 4).
Схема используется при расстояниях между опорами более
12d (l/d > 12)
По этой схеме на одной из опор устанавливают враспор два радиально-упорных шарико - или роликоподшипника. Другую опору в этом случае делают «плавающей» с радиальным шарикоподшипником (рис. 4,5). Регулировка сдвоенных
Рис.4 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с шарикоподшипниками
подшипников в процессе эксплуатации затруднена, поэтому их целесообразно устанавливать с точными дистанционными кольцами. Если на узел действуют значительные осевые нагрузки переменного направления и возможно значительное тепловое удлинение вала, то используют конструкцию узла с упорным двойным подшипником в сочетании с двумя плавающими радиальными (рис. 6). Такая конструкция обладает большой жесткостью фиксации вала в осевом направлении. Осевой зазор в упорных двойных подшипниках также необходимо тщательно регулировать.
В тех случаях, когда возможны нарушения соосности (при значительных прогибах вала или отдельно стоящих корпусах) следует применять сферические шарикоподшипники (рис. 7).
Достоинства схемы (рис. 5):
а) не требуется точное расположение посадочных мест под подшипники по длине, что особенно важно при установке опор в отдельных корпуса;
б) расстояние между опорами может быть сколь угодно большим, так как даже значительные температурные деформации вала будут компенсироваться «плавающей» опорой;
в) при применении в «фиксирующей» двух конических роликоподшипников с большими углами конуса или упорных подшипников можно обеспечить более высокую, чем в других схемах осевую жесткость опоры. При монтаже эти подшипники должны быть обязательно отрегулированы.
Недостаток заключается в сложности конструкции крепления подшипников на валах и в корпусах.
Рис.5 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с роликоподшипниками
2 КРЕПЛЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ НА ВАЛАХ И В КОРПУСАХ
Наиболее простые способы крепления применяют в опорах с односторонней фиксацией вала (по схеме 2). В этом случае внутренние кольца подшипника обычно устанавливают с упором в заплечики вала или упорные кольца, а наружные кольца зажимают крышками (рис. 3,8). При этом необходимая осевая игра подшипников устанавливается за счет набора прокладок между крышкой и корпусом (стаканом редуктора).
В «фиксирующих» опорах двухстороннего действия внутренние и наружные кольца подшипников закрепляются на валу и в корпусе с двух сторон (рис. 4,5,6).
В «плавающих» опорах во избежание случайного аварийного схода подшипник также рекомендуется закреплять на валу с двух сторон (рис. 1). Во всех случаях способ крепления колец подшипников выбирают с учетом величины и направления передаваемой нагрузки, способа регулировки и других особенностей конструкции узла.
Рис.6 Схема установки вала в опорах при значительной осевой нагрузке
3.КОНСТРУИРОВАНИЕ ОПОРНЫХ УЗЛОВ РЕДУКТОРА.
3.1. Редукторы с цилиндрическим прямозубыми колесами. В редукторах этого типа осевые усилия отсутствуют, однако при их работе могут возникать случайные осевые толчки, поэтому рекомендуется одну опору делать «фиксирующей», другую «плавающей».
Такой способ установки допустим при любом расстоянии между опорами. Подшипники устанавливают «враспор», предусмотрев необходимый зазор между крышкой и подшипником.
В тяжелых редукторах применяют двухрядные конические роликоподшипники.
3.2. Редукторы с цилиндрическими косозубыми и шевронными колесами.
В редукторах с косозубыми колесами всегда действует осевая нагрузка, возрастающая с увеличением наклона угла зубьев. При угле наклона зубьев β < 9° конструкция подшипникового узла может быть такой же, как при прямозубых цилиндрических колесах (в этом случае можно установить радиальные шарикоподшипники), а при β > 9° устанавливают радиально-упорные подшипники (шариковые иди роликовые). В передачах с шевронными колесами постоянно действующие силы отсутствуют. В этих редукторах подшипники на более нагруженных валах (тихоходных) фиксируют в осевом направлении. Остальные валы делают «плавающими», чтобы у них была возможность самоустанавливаться по колесу тихоходного вала.
Рис.7 Схема установки вала с использованием «плавающей» (левая) и «фиксирующей» (правая) опор с шарикоподшипниками сферическими