Опоры (стр. 2 из 3)

По форме тел качения различают шариковые и роликовые подшипники. Последние могут быть с цилиндрическими (а), коническими (б), бочкообразными (в) и игольчатыми (г) роликами (см. рис. 2).

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники бывают радиальные (рис. 3, а), радиально-упорные (рис. 3, б) и упорные (рис. 3, в); по числу рядов тел качения – одно-, двух- и четырехрядные; по способности самоустанавливаться – не- и самоустанавливаемые.

Подшипники с одинаковым диаметром (d) внутреннего кольца подразделяются в зависимости от диаметра наружного кольца на следующие серии: сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую. В зависимости от ширины кольца (В) подшипники делят на узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

Подшипники разных типов, размеров и серий имеют различные грузоподъемность и быстроходность. Подшипники более тяжелых серий менее быстроходны, но имеют более высокую грузоподъемность. Шариковые подшипники имеют большую быстроходность по сравнению с роликовыми подшипниками, однако последние обладают большей грузоподъемностью.

При высокой частоте вращения и действии небольших нагрузок целесообразно использовать подшипники сверхлегкой и особо легкой серий. Для восприятия повышенных нагрузок при высокой частоте вращения используют подшипники легкой серии. Наиболее часто применяют на практике подшипники легкой и средней серий, нормальные по ширине.

Подшипники изготавливаются следующих классов точности в порядке ее повышения: 0 (нормальный), 6 (повышенный), 5 (высокий), 4 (особо высокий), 2 (сверхвысокий).

Выбор класса точности подшипника производится в зависимости от требований, предъявляемых к механизму. Например, подшипники класса 0 используются в механизмах, к точности которых особых требований не предъявляют; подшипники класса 6 применяют в тех случаях, когда потери на трение в опорах должны быть минимальны; классы 5, 4 и 2 предназначены для механизмов, точность которых является основной характеристикой функционирования. Увеличение точности подшипника приводит к росту его стоимости:

Класс точности	0	6	5	4	2
Сравнительная стоимость	1	1,92	10	20	100

Чаще всего используют подшипники нормальной точности – класса 0.

Шариковый радиальный однорядный подшипник (см. рис. 2, а) является наиболее распространенным. Он предназначен для радиальной нагрузки, но может воспринимать и осевую в пределах 70% от неиспользованной радиальной допускает перекос осей колец не более 0,25°. При равных габаритных размерах из всех конструкций подшипников качения он имеет минимальные потери на трение и возможность наибольшей скорости вращения. Подшипник обеспечивает осевое фиксирование вала в двух направлениях.

Радиально-упорные подшипники (рис. 3, б) воспринимают радиальную и осевую нагрузку (косозубые, конические и червячные передачи), действующую на вал. Одинарный подшипник может воспринимать чисто осевую нагрузку, действующую в одном направлении. Подшипники, смонтированные попарно, воспринимают осевые усилия, действующие в обоих направлениях.

Рис. 3

Шариковые радиальные 2-рядные сферические подшипники могут работать при значительном перекосе до 3° осей внутреннего и наружного колец, обладают способностью самоустанавливания оси вала относительно корпуса. Величина осевой нагрузки, действующей одновременно с радиальной, не должна превышать 20% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки.

Тела качения и кольца подшипников качения изготавливают из высокоуглеродистых шарикоподшипниковых хромистых сталей ШХ9, ШХ15 с термообработкой до твердости 60 … 65 HRC_э и последующим шлифованием и полированием, в некоторых случаях используют стали других марок (нержавеющие, жаропрочные и др.); сепараторы делают из низкоуглеродистой мягкой листовой стали, массивные сепараторы – из бронзы, латуни, алюминиевых и магниевых сплавов, пластмасс. При антикоррозионных и антимагнитных требованиях детали подшипников выполняются из беррилиевой бронзы БрБ-2, нержавеющих немагнитных сталей.

Уменьшение радиальных размеров подшипников возможно как за счет минимизации размеров тел качения (игольчатые подшипники), так и за счет исключения из классической конструкции подшипника внутреннего и наружного колец. Применяются стандартные игольчатые подшипники, состоящие только из тел качения, расположенных в массивном сепараторе; нестандартные насыпные шарикоподшипники, в которых отсутствует сепаратор, роль внутреннего и наружного колец таких подшипников выполняют цапфа вала и неподвижная крышка корпуса, параметры твердости и точности которых должны соответствовать таким же параметрам колец стандартных подшипников.

В подшипниках качения смазка уменьшает трение, шум, отводит тепло, защищает подшипник от коррозии, заполняет зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметизацию подшипникового узла. Применяют жидкие, консистентные и твердые смазки.

Жидкие смазки используют при окружной скорости вала выше 10 м/с. Чаще всего применяют минеральные масла: приборное МВП, индустриальное 12 (веретенное), индустриальное 20 и масла с антифрикционными присадками (дисульфит молибдена, графита).

Консистентные смазки (густые мази) применяют при окружной скорости вала до 10 м/с. Корпус подшипникового узла заполняют смазкой в объеме 1/3 его свободного пространства. Наилучшими признаны литиевые смазки: Литол-24, Циатим-221, Циатим-201 и др. Они хорошо удерживаются в узлах трения и не требуют сложных уплотнений, их не рекомендуют применять при большом тепловыделении

Твердые смазки используются в вакууме и специальных средах (графит, дисульфит молибдена, нитрат бора). При повышенных температурах (140 … 275 °С) возможно применение массивных сепараторов из самосмазывающихся пластмасс (Вилан, Тесам-4, фторопласты). Ресурс подшипника определяется временем до повреждения перемычек сепаратора.

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).