Виды повреждений, критерии работоспособности и расчета

Общие сведения и классификация

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

 

 

Опора качения обычно состоит из: корпуса, подшипника качения, устройства для закрепления подшипника на валу и в корпусе, защитных и смазочных устройств подшипника. Подшипники качения (рис. 14.1) состоят из: наружного и внутреннего колец с дорожками качения; шариков или роликов (тел качения), которые катятся по дорожкам качения; сепаратора, разделяющего и направляющего шарики или ролики, обеспечивающего их правильную работу. В некоторых подшипниках качения для уменьшения их габаритов отсутствует одно или оба кольца, а в некоторых отсутствует сепаратор.

По сравнению с подшипниками скольжения (в данной работе они не рассматриваются, так как имеют ограниченное применение) подшипники качения имеют следующие достоинства: малые моменты сил трения, значительно меньшие пусковые моменты, небольшой нагрев, незначительный расход смазочных материалов, простое обслуживание. Эти преимущества подшипников качения обеспечивают им широкое распространение в различных областях машиностроения и приборостроения. Подшипники качения стандартизованы, производство их сосредоточено на специализированных заводах. Принцип массового изготовления подшипников качения позволяет их выпускать высокого качества при сравнительно небольшой стоимости.

Подшипники качения имеют следующие недостатки: меньшая долговечность при больших угловых скоростях и при больших нагрузках; ограниченная способность воспринимать ударные и динамические нагрузки; большие радиальные габариты при высоких нагрузках.

По форме тел качения различают: шариковые (рис. 14.1 – 1, 2, 3, 8)и роликовые (рис. 14.1 – 4, 5, 6, 7)подшипники. Роликоподшипники в зависимости от формы роликов различают: с цилиндрическими короткими (рис. 14.1 – 4)и длинными роликами, с коническими роликами (рис. 14.1 – 5), сбочкообразными роликами (рис. 14.1 – б), с игольчатыми роликами (рис. 14.1 – 7), то есть с длинными цилиндрическими роликами малого диаметра.

По числу рядов тел качения подшипники различают одно- (рис. 14.1 – 1, 3, 4, 5), двух- (рис. 14.1 – 2, 6)и многорядные.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки различают подшипники: радиальные, воспринимающие только радиальную нагрузку (рис. 14.1 – 4, 7); радиальные, но воспринимающие также и некоторую осевую нагрузку (рис. 14.1 -1, 2, 6); упорные, воспринимающие только осевую нагрузку (рис. 14.1 – 8);радиально-упорные, основная нагрузка радиальная и частично осевая (рис. 14.1 — 3,5) иупорно-радиальные, воспринимающие в основном осевую нагрузку и частично радиальную.

 

 

Рис. 14.1. Виды подшипников качения

 

По конструктивному и эксплуатационному признаку подшипники качения подразделяются на несамоустанавливающиеся (рис. 14.1 – 1,3, 4, 5, 7, 8) и самоустанавливающиеся сферические (рис. 14.1 – 2, 6).

Шарикоподшипники работают лучше, чем роликоподшипники при больших угловых скоростях, обладают большей самоустанавливаемостью и все они могут воспринимать осевую нагрузку. Роликоподшипники по сравнению с шарикоподшипниками при тех же габаритных размерах обладают большей грузоподъемностью. Однако потери на трение в роликовых подшипниках больше, чем в шариковых: значения коэффициента трения для шарикоподшипников = 0,001...0,004, для роликоподшипников = 0,0025...0,01. Роликовые подшипники более чувствительны к перекосу валов, чем шариковые.

 

Рис. 14.2. Размерные серии подшипников качения

 

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники делятся на семь серий диаметров и ширин: сверхлегкую, особо легкую, легкую, легкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжелую. Примерное соотношение между габаритами различных серий для подшипников качения одного и того же внутреннего диаметра показано на рис. 14.2. По классам точности изготавливают: 0 (нормального класса); 6 (повышенного); 5 (высокого); 4 (особо высокого) и 2 (сверхвысокого). От точности изготовления зависит работоспособность подшипника, но одновременно возрастает его стоимость:

Класс точности ………………………………………..………..0 6 5 4 2

Относительный коэффициент стоимости (приближенно) .... 1 1,3 2 4 10

Все подшипники качения изготовляют из высокопрочных подшипниковых сталей ШХ15, ШХ15СГ, 18ХГТ и др., с термообработкой, обеспечивающей высокую твердость. Работоспособность подшипника существенно зависит от качества сепаратора. Большинство сепараторов выполняют штампованными из стальной ленты. При повышенных окружных скоростях (более 10...15 м/с) применяют массивные сепараторы из латуни, бронзы, дюралюминия или пластмассы (рис. 14.1 – 3).

Подшипники качения маркируют нанесением на торец колец ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные особенности, класс точности и др.

Две первые цифры справа обозначают его внутренний диаметр d. Для подшипников с d = 20...495 мм размер внутреннего диаметра определяется умножением указанных двух цифр на 5. Так, например, подшипник 7309 имеет d = 45 мм.

Третья цифра справа обозначает серию подшипника. Особо легкая серия обозначается цифрой 1, легкая – 2, средняя – 3, тяжелая – 4, легкая широкая – 5, средняя широкая – 6 и т. д.

Например, подшипник 7309 – средней серии.

Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника:

Радиальный шариковый однорядный 0*

Радиальный шариковый сферический 1

Радиальный с короткими цилиндрическими роликами 2

Радиальный роликовый сферический 3

Радиальный роликовый с длинными роликами или игольчатый 4

Радиальный роликовый с витыми роликами 5

Радиально-упорный шариковый 6

Роликовый конический 7

Упорный шариковый 8

Упорный роликовый 9

*Если после 0 слева нет цифр, то 0 в условном обозначении подшипника не проставляется.

 

В предыдущем примере подшипник 7309 – роликовый конический.

Пятаяилипятая или шестая цифрысправа обозначают отклонение конструкции подшипника от основного типа.

Седьмая цифрасправа – серию ширины.

Цифры, стоящие через тире впереди цифр условного обозначения подшипника, указывает его класс точности.

Примеры обозначения подшипников: 4 – 2208 – подшипник роликовый с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии, d = 40 мм, четвертого класса точности; 211 – подшипник шариковый радиальный, легкой серии, с d = 55 мм, нормальным классом точности.

 

Потеря работоспособности подшипников качения вызывается следующими причинами.

Усталостное выкрашиваниерабочих поверхностей деталей, вызываемое переменными напряжениями, наблюдается у подшипников после длительного времени их работы в нормальных условиях.

Износ колеци тел качения при работе подшипников в абразивной среде и недостаточной защите их от грязи (транспортные, сельскохозяйственные, горные, строительные и т. п. машины).

Раскалывание колец и тел качениясвязано с ударными и вибрационными перегрузками, неправильным монтажом, вызывающим перекосы колец, заклинивание тел качения и т. п. При нормальных условиях эксплуатации этот вид разрушения не наблюдается.

Остаточные деформациина беговых дорожках в виде лунок и вмятин наблюдаются у тяжело нагруженных тихоходных подшипников.

Современный расчет подшипников качения базируется только на двух критериях:

1. Расчет на статическую грузоподъемность по остаточным
деформациям.

2. Расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию.

Расчеты по другим критериям не разработаны, так как эти критерии связаны с рядом случайных факторов, трудно поддающихся учету.

При проектировании машин подшипники качения подбирают из числа стандартных по условным формулам. Методика подбора стандартных подшипников гостирована.

Различают подбор подшипников по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивания), и по статической грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.