2. Проверка долговечности подшипников

Для предварительно выбранных подшипников производится определение их долговечности расчетным путем и выполняется заключение о возможности использования в заданных условиях. Ниже подробно освещен алгоритм расчета, включающий в себя следующие необходимые действия:

а) составление расчетной схемы;

б) определение реакций опор;

в) определение эквивалентной динамической нагрузки;

г) вычисление расчетного ресурса;

д) оценку пригодности предварительно выбранного подшипника.

2.1. Составление расчетной схемы вала

При составлении расчетной схемы вала производится схематизация конструкции, опор и действующих нагрузок. Собственный вес валов, деталей передач и т.д. обычно не учитываются. Подшипники, одновременно воспринимающие осевые и радиальные нагрузки, заменяют шарнирно - неподвижными опорами, а подшипники, воспринимающие только радиальные нагрузки, шарнирно - подвижными.

Силы на валы передаются через насаженные на валы детали: зубчатые колеса, звездочки, шкивы, муфты и т.д. Полагают, что эти детали передают силы, и моменты валу на середине ширины своей рабочей части, например, зубчатого обода или обода шкивов. Пример расчетной схемы приведен на рис.2.1.

Рис.2.1. Расчетная схема вала

Важнейшим моментом составления расчетной схемы вала является определение направлений приложенных сил и точек приложения реакций опор. В табл.2.1. перечислены силы, источником которых является та или иная передача. Некоторые рекомендации по правильному определению направления этих сил изложены ниже.

Окружная сила Ft: направление этой силы всегда совпадает с направлением вращения ведомого элемента передачи (колеса).

Радиальная сила Fr: направлена по радиусу к центру шестерни (червяка) или колеса. Исключение из этого правила может составлять коническая передача с круговым зубом [3, с. 57].

Осевая сила Fa: направление этой силы однозначно можно указать только для прямозубой конической передачи - она направлена от вершины конуса к основанию. Во всех других случаях ее направление зависит от сочетания двух факторов - направления вращения элемента передачи и направления наклона зубьев или направления витков червяка. Более подробная информация приведена, например, в [5, с. 383].

Таблица 2.1

Силы, действующие на валы

Источник силы	Окруж­ная Ft	Радиальная Fr	Осевая Fa	Сила давления на вал Fn	Сила от несоосности валов FM
Цилиндрическая прямозубая передача	+	+	-	-	-
Цилиндрическая косозубая передача	+	+	+	-	-
Шевронная передача	+	+	-	-	-
Коническая прямозубая передача	+	+	+	-	-
Коническая передача с круговым зубом	+	+	+	-	-
Червячная передача	+	+	+	-	-
Ременная передача	-	-	-	+	-
Цепная передача	-	-	-	+	-
Муфта	-	-	-	-	+

Сила давления на вал Fn: в ременных и цепных передачах эту силу полагают исправленной по линии центров шкивов или звездочек в сторону смежного элемента от расположенного на рассматриваемом валу элемента.

Сила от несоосности валов FM: направление этой силы в отношении окружной силы Ft может быть любым, что зависит от случайных неточностей монтажа. На расчетной схеме силу FM направляют так, чтобы она увеличивала напряжение деформации (худший случай), т.е. противоположно Ft.

Cилы в передачах определяются при их проектном расчете. Для вычисления Fм рекомендуются следующие соотношения:

1. ведущие и ведомые валы одноступенчатых редукторов и ведущие валы многоступенчатых редукторов Fм=125 H;

2. ведомые валы многоступенчатых редукторов Fм=250 H,

где Т - момент кручения на валу, Hм.

Действующие нагрузки направляются вдоль координатных осей, которые указываются рядом с расчетной схемой вала. Указываются значения этих нагрузок и диаметр делительной (начальной) окружности или средний диаметр для конических передач. На расчетной схеме указываются расстояния точки приложения действующих нагрузок до опор L1 (рис.2.1) и между опорами L, взятыми с эскизной компоновки.

Если нагрузки, действующие на вал и приведенные к оси вала, расположены в различных плоскостях, то их следует разложить на составляющие, лежащие в двух взаимно перпендикулярных плоскостях, и в каждой из этих плоскостей определять опорные реакции. Для радиальных подшипников (рис. 2.2) эта точка располагается на середине ширины подшипника, и расчет опорных реакций ведется по размеру L.

При определении радиальной реакции радиально - упорного подшипника (рис.2.3) следует иметь в виду, что точка приложения реакции находится в месте пересечения нормали к середине поверхности контакта тела качения с наружным кольцом и оси вала, т.е. на расстоянии a от торца кольца подшипника. Расстояние а может быть определено графически или по одной из следующих формул :

• для радиально - упорных шарикоподшипников

a  B / 2 + (d + D)  tg / 4 , мм

• для конических роликоподшипников

а  Т / 2 + ( d + D )  е / 6 , мм

Рис.2.2

Значения d , D , B , T , e и  для радиально - упорных шарикоподшипников выбирают по ГОСТ 831-75 и для роликовых конических подшипников по ГОСТ 27365-87 .

Рис.2.3