Подшипники качения. Общие сведения и классификация

Подшипники качения – готовый узел, основными элементами являются тела качения, установленные между кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга сепаратором; одно из колец неподвижно. Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения.

Основные типы подшипников

Рисунок 1 - Классификация подшипников качения

Достоинства:

1. Сравнительно малая стоимость вследствие массового производства.

2. Малые потери на трение и незначительный нагрев при работе.

3. Высокая степень взаимозаменяемости.

4. Малый расход дефицитных цветных металлов при изготовлении и смазочного материала при эксплуатации.

5. Малые габариты, простота монтажа и эксплуатации.

Недостатки:

1. Большие радиальные размеры.

2. Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.

3. Большое сопротивление вращению, шум и низкая долговечность при высоких частотах вращения.

По форме тел качения подшипники качения разделяются на шариковые и роликовые по направлению воспринимаемой нагрузке – на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

Наиболее широко распространены радиальные шариковые подшипники – они наиболее простые и дешевые, допускают небольшие перекосы вала и могут воспринимать осевые нагрузки.

По нагрузочной способности (или по габаритам) подшипники разделяют на семь серий диаметров и ширин: сверхлегкую, особолегкую, легкую, легкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжелую.

По классам точности: О (нормального); 6 (повышенного); 5 (высокого); 4 (особо высокого) и 2 (сверхвысокого). По числу тел качения: одно-, двух- и многорядные.

По способности самоустановки: самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся.

Для деталей подшипника применяют специальные подшипниковые стали с термообработкой, сепараторы делают штампованными из стальной плиты.

Распределение нагрузки между телами качения

По условию равновесия.

Fr=F₀+2F₁cos +2F₂cos +2F_n cos ,

где =360⁰/z; z –число шариков.

Рисунок 2 - Распределение нагрузки между телами качения

Установлено, что

F₁= F₀cos^3/2 , …, F_n =cos^3/2n ,

или F_n =5Frcos^3/2 n /z.

Распределение нагрузки в значительной степени зависит от размера зазора в подшипнике и точности геометрической нормы его деталей.

Смазка подшипника

Смазка уменьшает трение, снижает контактные напряжения, защищает от коррозии, способствует охлаждению подшипника. Для смазки подшипников качения применяют пластичные (густые) мази и жидкие масла. Жидкая смазка более эффективна для охлаждения и уменьшения потерь. Излишнее количество смазки ухудшает работу подшипника.

Подшипниковые узлы необходимо тщательно защищать от попадания пыли и грязи, иначе резко снижается долговечность.

Практический подбор подшипников качения

Критерии работоспособности и расчета

Можно отметить следующие основные причины потери работоспособности подшипников качения: усталостное выкрашивание, износ, разрушение сепараторов, раскольцевание тел качения, остаточные деформации.

Расчет подшипников базируется только на двух критериях:

1). Расчет на статическую грузоподъемность по остаточным деформациям;

2). Расчет на ресурс (долговечность) по усталостному выкрашиванию, или расчет по динамической грузоподъемности.

Выбор подшипника по динамической грузоподъемности С (по заданному ресурсу) выполняют при частоте вращения n≥10мин^-1. При n=1…10мин^-1 в расчете принимают n=10мин^-1.

Условие подбора:

С (потребная) ≤ С (паспортная).

Динамическая грузоподъемность и ресурс связаны зависимостью.

L=a₁a₂(C/F)^р или С=Р ,

где L – ресурс, млн.оборотов; F – эквивалентная нагрузка; р=3 для шариковых и р=10/3 для роликовых подшипников; а₁ – коэффициент надежности; а₂ – обобщенный коэффициент влияния качества материала и условий эксплуатации.

Иногда ресурс удобно считать в часах:

Lh=L·10⁶/(60n)

Проверку пригодности подшипника возможно вести по ресурсу, при этом:

L_h > L_{h заданное}

Эквивалентная динамическая нагрузка

Это такая условная постоянная радиальная нагрузка Fr, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и с неподвижным наружным обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник имеет при действительных условиях нагружения и вращения.

F=(XVFr+YFa)К_БК_т, (1)

где Fr, Fa – радиальная и осевая нагрузки; X, Y – коэффициенты радиальной и осевой

нагрузки; V – коэффициент вращения; К_Б – коэффициент безопасности;

К_т – температурный коэффициент.

При переменном режиме нагрузки расчет ведется по эквивалентной нагрузке F_e:

F_E=

где F_i - по формуле (1), для каждого уровня нагрузки.

При частоте вращения n<1 мин^-1 для подбора подшипников используют статическую грузоподъемность.

Условие подбора:

F₀<C₀

Где F₀ – эквивалентная статическая нагрузка.

,

где F_r и F_a – радиальная и осевая нагрузки.

X₀ и Y₀ – коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок из каталога.