12.2. Основные типы подшипников

Шариковые радиальные однорядные подшипники предназначены для восприятия радиальной и осевой ( до 70% от неиспользованной радиальной нагрузки) являются самыми массовыми и дешевыми подшипниками. Они могут фиксировать валы в обе стороны, допуская взаимный перекос колец до 8’. Другие основные типы подшипников и их характеристики представлены в справочной литературе [1].

12.3. Материалы для подшипников

1. Кольца и тела качения подшипников работают в условиях высоких контактных напряжений и, поэтому, должны иметь высокую прочность, структурную однородность и твердость. Их изготавливают из специальных подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15СГ, ШХ15СГ-Ш и др. Твердость рабочих поверхностей 63…67HRC.

2. Рабочие поверхности у подшипников шлифуются до 10…12 классов шероховатости.

3. Сепараторы подшипников изготавливаются из мягкой углеродистой стали. При высоких скоростях тел качения применяют массивные сепараторы из бронзы, латуни, алюминиевых сплавов, металлокерамики, полиамидов и других пластмасс.

12.4. Распределение нагрузки между телами качения (задача Штрибека)

- При решении этой задачи полагают, что подшипник изготовлен идеально, зазоры, натяги и силы трения отсутствуют.

Пренебрегают деформациями вала и корпуса, где установлен подшипник, а также его колец и тел качения.

- Под действием радиальной силы тела качения нагружаются неравномерно, закон распределения нагрузки по телам качения – косинусоидальный (рис. 102).

Рис.102

Из условия равновесия следует:

где –сила, действующая на наиболее нагруженное тело качения, - угол между смежными телами качения, , z – число тел качения. Найти силы нельзя, так как задача статически неопредилимая.

Принимается, что сближение между кольцом и телами качения также подчиняется закону косинуса: .

Чтобы связать сближения с нагрузками используем закон сближения тел под нагрузкой, вытекающий из задачи Герца: , где С – постоянная, зависящая от упругих свойств контактирующих тел и их геометрии.

Тогда имеем:

или

Подставив выражения для сил в условие равновесия и выполнив очевидные преобразования, получаем:

где i – номер тела качения, n- половина тел качения в подшипнике. Из этой формулы находим силу, действующую на наиболее нагруженное тело качения:

где , а . При заданном z, K=const,

Для радиального шарикового подшипника , а для роликового подшипника . При для шарикового и роликового подшипников полагают , т.е. сила, действующая со стороны наиболее нагруженного тела качения при приложении радиальной нагрузки

Отметим, что контактные напряжения на внутреннем кольце подшипника больше, чем на наружном, так как внутренне кольцо выпуклое, а наружное – вогнутое. Более благоприятно, если вращается внутреннее кольцо, т.к. в этом случае, число циклов напряжений в опасной точке а будет меньше, чем в точке в.

12.5. Кинематика подшипников качения

Рассматривая подшипник как планетарный механизм, в котором водилом является сепаратор, а тела качения сателлитами (рис. 103), в соответствие с теоремой Виллиса можно записать:

где - частоты вращения соответственно внутреннего, наружного колец и сепаратора, - диаметр окружности, проходящей через центры тел качения, и - диаметры дорожек качения наружного и внутреннего колец, – диаметр тела качения (средний диаметр для конического ролика в роликовом подшипнике).

Рис. 103

Если неподвижно наружное кольцо подшипника , то

Если неподвижно внутреннее кольцо подшипника , то

Число циклов нагружения в наиболее опасно нагруженной точке на неподвижном кольце равно . Из полученных формул видно, что при постоянном направлении нагрузки работа подшипника с неподвижным наружным кольцом ( ) более благоприятна, чем с неподвижным внутренним кольцом, так как число повторных циклов нагружения в опасной точке А (рис.103б) в этом случае будет меньше при меньших контактных напряжениях. В расчетах это учитывается коэффициентом вращения Y.