Как найти кпд подшипника

Конструирование подшипниковых узлов



Работоспособность подшипников качения зависит не только от правильного их подбора, но и от рациональности конструкции подшипникового узла и его элементов – сопряжение поверхностей подшипника с валом и корпусом, смазка, уплотнительные устройства и др.

Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от направления и величины действующих на него сил, частоты вращения, режима работы, необходимого ресурса, допустимых размеров, стоимости и особенностей монтажа. При выборе типа подшипника вначале рассматривают возможность применения наиболее дешевых и простых в эксплуатации подшипников – шариковых радиальных однорядных. Выбор других типов подшипников должен быть обоснован (самоустанавливаемость, условия монтажа, требование жесткости и т. п.).

Если нет особых требований к частоте и точности вращения, принимают подшипники класса точности 0.

Шариковые подшипники обеспечивают бόльшую точность вращения, менее требовательны к смазыванию, но имеют меньшую грузоподъемность и жесткость, чем роликовые.

Для малых нагрузок и больших частот вращения принимают шариковые радиальные однорядные подшипники легких размерных серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая частота вращения у них меньше.
При одновременном действии значительных радиальных и осевых сил выясняют, достаточно ли одного подшипника в опоре, или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельным подшипником (рис. 1).

В опорах вала, расположенных в разных корпусах, применяют сферические подшипники, допускающие значительные перекосы колец и компенсации погрешностей монтажа.

При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники.

Подшипники устанавливают в жестких корпусах, стремясь избежать перекосов колец, которые могут возникнуть вследствие неправильной обработки посадочных мест или при монтаже.

Целесообразно конструировать опоры качения так, чтобы относительно линий действия радиальных нагрузок вращалось внутреннее кольцо подшипника, поскольку число циклов нагружения при этом почти в два раза меньше по сравнению со случаем вращения наружного кольца.
Вращающееся относительно нагрузки внутреннее кольцо подшипника соединяют с валом посадкой с натягом во избежание его проворачивания и обкатывания по посадочной поверхности. Для этого применяют поля допусков вала: k6, m6, n6.

Обозначение полей допусков диаметра отверстия подшипника в соответствии с классами точности: L0, L6, L5, L4, L2.
Пример обозначения посадки подшипника качения класса точности 0 на вал:

Ø50L0/k6.

Установку неподвижных относительно нагрузки колец подшипника осуществляют с зазором для облегчения осевых перемещений колец при регулировании зазоров в подшипнике, а также при тепловых деформациях валов. Для этого применяют поля допусков отверстия корпуса H7, G7 и др.

Обозначение полей допусков наружного диаметра подшипника в соответствии с классами точности: l0, l6, l5, l4, l2.
Пример обозначения посадки подшипника качения класса 0 в корпус:

Ø90H7/l0.

При конструировании подшипниковых узлов стремятся к тому, чтобы вал с опорами представлял собой статически определимую систему. В статически неопределимых системах возможно нагружение опор силами, во много раз превышающими внешние расчетные нагрузки. Поэтому в большинстве случаев валы устанавливают на двух опорах.

По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на плавающие и фиксирующие.
Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении для компенсации его удлинения (укорочения) при температурных деформациях. Они воспринимают только радиальную силу. В качестве плавающих опор применяют шариковые и роликовые радиальные подшипники.

Фиксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном направлении или в обоих направлениях. Они воспринимают радиальную и осевую силы. В качестве фиксирующих опор применяют шариковые и роликовые подшипники. На рисунке 3 показаны основные схемы осевого фиксирования валов.

На схемах 1 и 2 одна опора фиксирующая, вторая плавающая. Фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях. В опоре может быть установлен один (схема 1) или два (схема 2) подшипника, которые закрепляют в осевом направлении с двух сторон как на валу, так и в корпусе.

В плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника закреплено с двух сторон на валу, а наружное – свободно перемещается в корпусе вдоль оси.

В таком виде вал с опорами представляет собой статически определимую систему и может быть представлен в виде балки с одной шарнирно-неподвижной, а другой – шарнирно-подвижной опорами.

Схемы 1 и 2 применяют при любом возможном расстоянии между опорами вала.

На схеме 1 вал фиксируется одним радиальным подшипником. Осевую фиксацию по этой схеме применяют, например, для приводных валов ленточных и цепных транспортеров, для валов цилиндрических зубчатых передач и т. п.

Пример конструкции опор вала, установленных по схеме 1, приведен на рис. 3.

На схеме 2 (рис. 3 ) вал фиксируется двумя подшипниками – радиальными или радиально-упорными. Эта схем характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры; ее применяют для установки валов, червяков, конических шестерен.

Пример конструкции вала, установленного на опорах по схеме 2, приведен на рис. 2 .

При выборе плавающей и фиксирующей опор по схемам 1 и 2 учитывают рекомендации:

1. Подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно, поэтому если вал действует осевая сила, то плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой. При этом всю осевую силу воспринимает подшипник, нагруженный меньшей радиальной силой.

2. При отсутствии осевых сил плавающей выбирают менее нагруженную опору ,чтобы уменьшить сопротивление осевому перемещению подшипника и изнашивание поверхности корпуса.

3. Если входной (выходной) конец вала соединяют с другим валом муфтой, то фиксирующей принимают опору вблизи этого конца вала. На схемах 3 и 4 (рис. 3 ) обе опоры фиксирующие, причем каждая опора фиксирует вал только в одном направлении. В опорах таких схем могут быть установлены шариковые и роликовые радиальные или радиально-упорные подшипники.

Схемы 3 и 4 применяют с определенными ограничениями по расстоянию l между опорами. Связано это с изменением зазоров в подшипниках при температурных деформациях валов.

На схеме 3, называемой схемой установки подшипников «враспор», в сечениях вала между опорами действует напряжение сжатия от осевых сил. Чтобы не происходило защемление тел качения вследствие нагрева при работе, предусматривают осевой зазор а (см. рис. 3). Величина зазора должна быть несколько большей ожидаемой тепловой деформации подшипника и вала.
Из опыта известно, что в узлах с радиальными шарикоподшипниками при l ≤ 300 мм а = 0,2…0,5 мм.

Требуемый зазор а создают при сборке с помощью набора тонких металлических прокладок, устанавливаемых между корпусом и крышкой подшипника. Для радиальных подшипников рекомендуется l ≤ 10d_n, где d_n – диаметр цапфы.

В опорах схемы 3 могут быть применены и радиально-упорные подшипники, которые более чувствительны к изменению осевых зазоров вследствие температурных деформаций вала. Для таких подшипников рекомендуется l ≤ (6…8) d_n, при этом меньшее значение относится к роликовым, бόльшие – к шариковым радиально-упорным подшипникам. Регулировку осевого зазора при сборке выполняют при помощи тонких (толщиной 0,05, 0,1 мм.).

На схеме 4 (рис. 3), называемой схемой «врастяжку», возможность защемления тел качения подшипников вследствие температурной деформации уменьшается, как как в этой схеме при удлинении вала осевой зазор в подшипнике увеличивается. По этой причине расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в схеме враспор l ≤ (8…10) d_n. Меньшие значения – для роликовых, большие – для шариковых подшипников.
Для шариковых радиальных подшипников l ≤ 12 d_n.

В некоторых конструкциях применяю так называемые плавающие валы, обе опоры которых плавающие. Осевая фиксация вала в этом случае осуществляется не опорами, а какими-либо другими элементами конструкции, например зубьями шевронных колес или торцовыми шайбами.

Для облегчения сборки и регулировки в некоторых конструкциях подшипниковых узлов применяют чугунные стаканы, с помощью которых создают самостоятельные сборочные комплекты вала с подшипниками. Так, в подшипниковом узле вала-шестерни конической передачи установка стакана является обязательной. В этой конструкции регулировку подшипников осуществляют с помощью круглой шлицевой гайки, которую стопорят многолапчатой шайбой, а регулировку конического зацепления производят с помощью тонких прокладок.

В зависимости от осевой нагрузки, частоты вращения и принятой конструкции подшипникового узла (внутреннее кольцо подшипника на валу крепят разными способами (рис. 5) – упором в заплечик вала (а), концевой шайбой (б) круглой шлицевой шайкой (в).

Наружное кольцо подшипника закрепляют упором в торец крышки подшипника, между торцом крышки и упорным заплечиком корпуса, или упорны плоским пружинным кольцом 1 (рис.6, б) и др. В конструкциях с разъемными корпусами применяют цельные кольца 3 большого сечения и закладные крышки 2 (рис. 6, в).

***



Смазывание подшипников качения

Смазочные материалы в подшипниках уменьшают трение и шум, выполняют охлаждающую функцию, отводя тепло от деталей, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметичность подшипникового узла, защищают детали подшипника от коррозии, а также смывают с тел качения и колец продукты различные загрязнения и продукты износа.
Для смазывания подшипников качения применяют пластичные, жидкие и твердые смазочные материалы, свойства которых описаны здесь.

Пластичные смазочные материалы применяют для подшипников качения при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с. Корпус подшипникового узла заполняют смазочным материалом в объеме 40…70% его свободного пространства. В некоторых случаях применяются подшипники закрытого типа, в которых смазочный материал, заложенный при сборке на заводе-изготовителе, сохраняется в течение всего срока эксплуатации.
Пластичные смазочные материалы экономичны, хорошо защищают подшипник от коррозии, не требуют сложных уплотнений, длительное время сохраняют свои физические свойства и не требуют замены.

Для подшипников общего назначения применяют пластичные смазочные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, различные солидолы и др.

Жидкие смазочные материалы (нефтяные масла и др.) используют для подшипников при окружных скоростях вала свыше 10 м/с. В зависимости от условий работы применяют различные способы подачи масла в подшипники (масляная ванна, капельное смазывание, разбрызгивание и др.). При частоте вращения вала до 3000 об/мин уровень масла должен быть ниже центра нижнего тела качения подшипника во избежание значительных гидравлических потерь. В редукторах и коробках передач часто применяют подачу масла разбрызгиванием из масляной ванны одним из быстровращающихся колес или специальными разбрызгивающими крыльчатками. Для защиты подшипников от избытка масла применяют маслоотражательные кольца (рис. 2).

Нефтяные масла более стабильны, обладают значительно меньшим внутренним трением, чем пластичные смазочные материалы, могут работать при относительно низких температурах. Однако такие смазочные материалы нуждаются в уплотнении узлов, чтобы избежать утечек и потерь.

Твердые смазочные материалы обычно применяют для подшипников, работающих в особых условиях. Например, при температурах до 300 ˚С применяют коллоидальный графит, а при работе в вакууме – дисульфид молибдена. Твердые смазочные материалы, в отличие от пластичных и жидких, не выполняют охлаждающих, моющих и защитных функций.

На практике стремятся смазывать подшипники качения тем же смазочным материалом, которым смазывается весь механизм (редуктор, коробка передач и т. п.). Периодичность замены смазочного материала устанавливают в зависимости от условий работы. При рабочей температуре до 50 ˚С масло следует менять один раз в год и проверять состояние тел качения и рабочих поверхностей колец подшипника.

***

КПД подшипников качения

В подшипниках качения имеют место потери энергии, которые обусловлены наличием трения качения между телами качения и кольцами, а также трение скольжение между телами качения и сепаратором, между элементами подшипника и уплотнениями. Кроме того, часть энергии теряется из-за преодоления гидравлического сопротивления смазочного материала, обладающего высокой вязкостью. Тем не менее, энергетические потери в подшипниках качения невелики, и обычно не превышают 0,005…0,1 % для одной пары подшипников, т. е. КПД такой пары составляет η = 0,99…0,995. Это несколько выше КПД подшипников скольжения.

***

Уплотнительные устройства

Для защиты от попадания в подшипник влаги и загрязнений, а также для предотвращения утечек смазочного материала подшипниковые узлы снабжают уплотнительными устройствами различной конструкции.

Широкое распространение получили манжетные уплотнения (рис. 4). Их применяют при окружных скоростях до 15 м/с. Они достаточно надежны, обладают хорошими уплотняющими свойствами.

Щелевые уплотнения (рис. 2) применяют для подшипниковых узлов, работающих в чистой среде при скоростях до 5 м/с. Зазоры в них заполняют пластичным смазочным материалом.

Лабиринтные уплотнения (рис. 7) являются бесконтактными, они пригодны для скоростей до 30 м/с. Уплотняющий эффект в лабиринтных уплотнениях создается чередованием радиальных и осевых зазоров, которые образуют длинную узкую извилистую щель. Зазор в лабиринте заполняют пластичным смазочным материалом независимо от вида смазочного материала подшипника. Радиальные зазоры получают изготовлением деталей при посадке H11/d11.

Центробежные уплотнения применяют при окружных скоростях свыше 0,5 м/с. При смазывании подшипника пластичным смазочным материалом с внутренней стороны корпуса устанавливают маслосбрасывающие кольца 2 (см. рис. 2) так, чтобы они выступали за стенку корпуса. Попадающее из картера на кольца во время работы жидкое горячее масло отбрасывается центробежной силой и не попадает в полость размещения пластичного смазочного материала, не вымывает его.

В ответственных конструкциях применяют комбинированные уплотнения в различных сочетаниях, например, лабиринтно-щелевое уплотнение (рис. 8).

***

Монтаж и демонтаж подшипников

При выполнении разборочных и сборочных работ с подшипниковыми узлами следует выполнять определенные требования, предотвращающие повреждение или поломку деталей.

Перед монтажем подшипники тщательно два-три раза промывают в 6 % -ном растворе нефтяного масла, в бензине или в горячем (70…75 ˚С) антикоррозионном водном растворе и проверяют на легкость вращения колец. Посадочные поверхности вала и корпуса промывают в керосине и насухо протирают чистыми салфетками.

Для облегчения установки подшипника вал слегка смазывают, а подшипник предварительно нагревают до 80…90 ˚С в горячем нефтяном масле или с помощью электроиндукционной установки. Силу запрессовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируют с натягом (рис. 9).
Передача монтажных усилий через тела качения недопустима.

Демонтируют подшипники при помощи специальных съемников (рис. 10), исключающих удары по деталям. Во избежание поломки деталей или появления вмятин на дорожках качения при демонтаже подшипник захватывают за внутреннее кольцо при демонтаже с вала, и за наружное кольцо при демонтаже из корпуса.

***



Детали машин

Условный расчет подшипников скольжения

Критерием работоспособности опор скольжения является износостойкость – сопротивление изнашиванию и заеданию.

Условный расчет подшипников скольжения проводят по среднему давлению q на рабочую поверхность и удельной работе qv сил трения, где v – окружная скорость поверхности цапфы.

Расчет по среднему давлению q обеспечивает достаточную износостойкость, а расчет по удельной работе сил трения qv – нормальный тепловой режим и отсутствие заедания.

Для подшипников, работающих в режиме несовершенной смазки, условный расчет является основным, его выполняют в большинстве случаев, как проверочный; для подшипников, работающих в условиях жидкостной смазки – как основание для выбора материала вкладыша.

При условном расчете должны быть выполнены условия:

где R_r – радиальная сила, действующая на подшипник, Н;
А – площадь проекции поверхности цапфы на диаметральную плоскость, мм 2 .

Для шипа или шейки А = dl .
Здесь d и l – диаметр и длина шипа (шейки), которые определяют при расчете и конструировании вала.
Для большинства подшипников скольжения l = (0,6…0,9) d .

Значения [q] и [qv] зависят от материала вкладыша:

Момент трения скольжения Т_ск на цапфе вала определяют по формуле:

где f_c = коэффициент трения скольжения в подшипнике при несовершенной смазке:
f_c = 0,10…0,15 – для стали по бронзам и антифрикционному чугуну;
f_c = 0,05…0,10 – для стали по баббиту.

Расчет подпятников аналогичен расчету подшипников, при этом площадь опорной поверхности пяты зависит от ее конструкции. При неудовлетворительном результате расчет повторяют, изменяя размеры цапфы или принимая другой материал вкладышей.

КПД подшипников скольжения

КПД подшипников скольжения зависит от потерь на трение при контакте поверхностей скольжения. В условиях полужидкостной смазки КПД одной пары подшипников принимают:
— для вкладышей из чугуна – η = 0,95…0,96;
— для вкладышей из бронзы – η = 0,97…0,98;
— с баббитовой заливкой – η = 0,98…0,99;
— для вкладышей из древеснослоистых пластиков при смазывании водой – η = 0,98.

В условиях жидкостной смазки сопротивление вращению определяется только внутренним трением смазочной жидкости. Поскольку это трение сравнительно мало, значение КПД в этом случае принимают равным η = 0,995…0,999.

Гидродинамический расчет подшипников скольжения

Гидродинамический расчет подшипников скольжения производится для определения необходимых свойств смазочного материала и требуемой толщины зазора между вкладышем и валом при заданных нагрузочных и скоростных режимах вала из условия обеспечения жидкостной смазки.

Для обеспечения жидкостной смазки должны соблюдаться условия:

• Зазор между поверхностями трения должен соответствовать требуемому размеру их шероховатости, т. е. смазочный материал должен полностью разделять трущиеся поверхности (обычно принимают одну из стандартных посадок с зазором: Н7/f7; H8/e8; H8/d9 и др.).
• Масло необходимой вязкости должно надежно заполнять зазор и непрерывно пополняться.
• Частота вращения вала должна быть достаточной для создания необходимой гидродинамической поддерживающей силы за счет заклинивания смазочного материала.
  В качестве примера можно привести работу подшипников скольжения, применяемых для коленчатых валов двигателей (коренных и шатунных вкладышей). Детали этих узлов испытывают мощнейшие внешние нагрузки, и, тем не менее, служат годами, не подвергаясь изнашиванию. Причина простая — при достаточном давлении (обусловленном исправностью системы смазки и частотой вращения коленвала) после пуска двигателя коленчатый вал буквально всплывает в масляном слое между вкладышами и шейками, и практически не подвержен сухому трению, поскольку не касается поверхностей вкладышей. Поэтому при правильном уходе за смазочной системой двигателя вкладыши и коленчатый вал могут служить очень долго.

Расчет подшипников скольжения, работающих при жидкостной смазке, проводят на основе гидродинамической теории смазки с решением дифференциальных уравнений. Эта теория доказывает, что гидродинамическое давление может возникнуть при относительном движении только в клиновом зазоре, масляный слой в котором способен воспринимать всю нагрузку. Толщина h масляного слоя в самом узком месте зависит от режима работы подшипника. Чем больше вязкость смазочного материала и частота вращения вала, тем больше толщина масляного слоя. С увеличением нагрузки толщина масляного слоя уменьшается.

При установившемся режиме работы толщина слоя h должна быть больше суммы шероховатостей поверхностей цапфы Rz₁ и вкладыша Rz₂ :

где К ≤ 2 – коэффициент запаса толщины масляного слоя, учитывающий изгиб цапфы, неточности изготовления и сборки.

Рабочие поверхности цапф обрабатывают тонким точением ( Rz = 1,6…6,3 мкм), шлифованием ( Rz = 0,8…3,3 мкм), полированием ( Rz = 0,05…0,8 мкм).

Рабочие поверхности вкладышей протягивают, растачивают, шабрят ( Rz = 1,6…10 мкм).

Гидродинамический расчет подшипников скольжения, работающих в режиме жидкостной смазки, является основным. Его выполняют, как проверочный, определяя значение минимальной толщины масляного слоя, средней температуры и расхода смазочного материала.
При назначении стандартной посадки следует стремиться к выбору минимальных диаметральных зазоров из числа допустимых: при этом лучше центрируется вал, меньше расход смазочного материала, больше запас на износ поверхностей.

При расчетах учитывают, что температура подшипника во время работы должна быть не выше 60…75 ˚С.

Источник

Детали машин

Конструирование подшипниковых узлов

Работоспособность подшипников качения зависит не только от правильного их подбора, но и от рациональности конструкции подшипникового узла и его элементов – сопряжение поверхностей подшипника с валом и корпусом, смазка, уплотнительные устройства и др.

Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от направления и величины действующих на него сил, частоты вращения, режима работы, необходимого ресурса, допустимых размеров, стоимости и особенностей монтажа. При выборе типа подшипника вначале рассматривают возможность применения наиболее дешевых и простых в эксплуатации подшипников – шариковых радиальных однорядных. Выбор других типов подшипников должен быть обоснован (самоустанавливаемость, условия монтажа, требование жесткости и т. п.).

Если нет особых требований к частоте и точности вращения, принимают подшипники класса точности 0.

Шариковые подшипники обеспечивают бόльшую точность вращения, менее требовательны к смазыванию, но имеют меньшую грузоподъемность и жесткость, чем роликовые.

Для малых нагрузок и больших частот вращения принимают шариковые радиальные однорядные подшипники легких размерных серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая частота вращения у них меньше.
При одновременном действии значительных радиальных и осевых сил выясняют, достаточно ли одного подшипника в опоре, или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельным подшипником (рис. 1).

В опорах вала, расположенных в разных корпусах, применяют сферические подшипники, допускающие значительные перекосы колец и компенсации погрешностей монтажа.

При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники.

Подшипники устанавливают в жестких корпусах, стремясь избежать перекосов колец, которые могут возникнуть вследствие неправильной обработки посадочных мест или при монтаже.

Целесообразно конструировать опоры качения так, чтобы относительно линий действия радиальных нагрузок вращалось внутреннее кольцо подшипника, поскольку число циклов нагружения при этом почти в два раза меньше по сравнению со случаем вращения наружного кольца.
Вращающееся относительно нагрузки внутреннее кольцо подшипника соединяют с валом посадкой с натягом во избежание его проворачивания и обкатывания по посадочной поверхности. Для этого применяют поля допусков вала: k6 , m6 , n6 .

Обозначение полей допусков диаметра отверстия подшипника в соответствии с классами точности: L0 , L6 , L5 , L4 , L2 .
Пример обозначения посадки подшипника качения класса точности 0 на вал:

Установку неподвижных относительно нагрузки колец подшипника осуществляют с зазором для облегчения осевых перемещений колец при регулировании зазоров в подшипнике, а также при тепловых деформациях валов. Для этого применяют поля допусков отверстия корпуса H7 , G7 и др.

Обозначение полей допусков наружного диаметра подшипника в соответствии с классами точности: l0 , l6 , l5 , l4 , l2 .
Пример обозначения посадки подшипника качения класса 0 в корпус:

При конструировании подшипниковых узлов стремятся к тому, чтобы вал с опорами представлял собой статически определимую систему. В статически неопределимых системах возможно нагружение опор силами, во много раз превышающими внешние расчетные нагрузки. Поэтому в большинстве случаев валы устанавливают на двух опорах.

По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на плавающие и фиксирующие.
Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении для компенсации его удлинения (укорочения) при температурных деформациях. Они воспринимают только радиальную силу. В качестве плавающих опор применяют шариковые и роликовые радиальные подшипники.

Фиксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном направлении или в обоих направлениях. Они воспринимают радиальную и осевую силы. В качестве фиксирующих опор применяют шариковые и роликовые подшипники. На рисунке 3 показаны основные схемы осевого фиксирования валов.

На схемах 1 и 2 одна опора фиксирующая, вторая плавающая. Фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях. В опоре может быть установлен один (схема 1) или два (схема 2) подшипника, которые закрепляют в осевом направлении с двух сторон как на валу, так и в корпусе.

В плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника закреплено с двух сторон на валу, а наружное – свободно перемещается в корпусе вдоль оси.

В таком виде вал с опорами представляет собой статически определимую систему и может быть представлен в виде балки с одной шарнирно-неподвижной, а другой – шарнирно-подвижной опорами.

Схемы 1 и 2 применяют при любом возможном расстоянии между опорами вала.

На схеме 1 вал фиксируется одним радиальным подшипником. Осевую фиксацию по этой схеме применяют, например, для приводных валов ленточных и цепных транспортеров, для валов цилиндрических зубчатых передач и т. п.

Пример конструкции опор вала, установленных по схеме 1, приведен на рис. 3.

На схеме 2 (рис. 3 ) вал фиксируется двумя подшипниками – радиальными или радиально-упорными. Эта схем характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры; ее применяют для установки валов, червяков, конических шестерен.

Пример конструкции вала, установленного на опорах по схеме 2, приведен на рис. 2 .

При выборе плавающей и фиксирующей опор по схемам 1 и 2 учитывают рекомендации:

1. Подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно, поэтому если вал действует осевая сила, то плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой. При этом всю осевую силу воспринимает подшипник, нагруженный меньшей радиальной силой.

2. При отсутствии осевых сил плавающей выбирают менее нагруженную опору ,чтобы уменьшить сопротивление осевому перемещению подшипника и изнашивание поверхности корпуса.

3. Если входной (выходной) конец вала соединяют с другим валом муфтой, то фиксирующей принимают опору вблизи этого конца вала. На схемах 3 и 4 (рис. 3 ) обе опоры фиксирующие, причем каждая опора фиксирует вал только в одном направлении. В опорах таких схем могут быть установлены шариковые и роликовые радиальные или радиально-упорные подшипники.

Схемы 3 и 4 применяют с определенными ограничениями по расстоянию l между опорами. Связано это с изменением зазоров в подшипниках при температурных деформациях валов.

На схеме 3, называемой схемой установки подшипников «враспор», в сечениях вала между опорами действует напряжение сжатия от осевых сил. Чтобы не происходило защемление тел качения вследствие нагрева при работе, предусматривают осевой зазор а (см. рис. 3). Величина зазора должна быть несколько большей ожидаемой тепловой деформации подшипника и вала.
Из опыта известно, что в узлах с радиальными шарикоподшипниками при l ≤ 300 мм а = 0,2…0,5 мм.

Требуемый зазор а создают при сборке с помощью набора тонких металлических прокладок, устанавливаемых между корпусом и крышкой подшипника. Для радиальных подшипников рекомендуется l ≤ 10 d_n , где d_n – диаметр цапфы.

В опорах схемы 3 могут быть применены и радиально-упорные подшипники, которые более чувствительны к изменению осевых зазоров вследствие температурных деформаций вала. Для таких подшипников рекомендуется l ≤ (6…8) d_n , при этом меньшее значение относится к роликовым, бόльшие – к шариковым радиально-упорным подшипникам. Регулировку осевого зазора при сборке выполняют при помощи тонких (толщиной 0,05, 0,1 мм.).

На схеме 4 (рис. 3), называемой схемой «врастяжку», возможность защемления тел качения подшипников вследствие температурной деформации уменьшается, как как в этой схеме при удлинении вала осевой зазор в подшипнике увеличивается. По этой причине расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в схеме враспор l ≤ (8…10) d_n . Меньшие значения – для роликовых, большие – для шариковых подшипников.
Для шариковых радиальных подшипников l ≤ 12 d_n .

В некоторых конструкциях применяю так называемые плавающие валы, обе опоры которых плавающие. Осевая фиксация вала в этом случае осуществляется не опорами, а какими-либо другими элементами конструкции, например зубьями шевронных колес или торцовыми шайбами.

Для облегчения сборки и регулировки в некоторых конструкциях подшипниковых узлов применяют чугунные стаканы, с помощью которых создают самостоятельные сборочные комплекты вала с подшипниками. Так, в подшипниковом узле вала-шестерни конической передачи установка стакана является обязательной. В этой конструкции регулировку подшипников осуществляют с помощью круглой шлицевой гайки, которую стопорят многолапчатой шайбой, а регулировку конического зацепления производят с помощью тонких прокладок.

В зависимости от осевой нагрузки, частоты вращения и принятой конструкции подшипникового узла (внутреннее кольцо подшипника на валу крепят разными способами (рис. 5) — упором в заплечик вала (а), концевой шайбой (б) круглой шлицевой шайкой (в).

Наружное кольцо подшипника закрепляют упором в торец крышки подшипника, между торцом крышки и упорным заплечиком корпуса, или упорны плоским пружинным кольцом 1 (рис.6, б) и др. В конструкциях с разъемными корпусами применяют цельные кольца 3 большого сечения и закладные крышки 2 (рис. 6, в).

Смазывание подшипников качения

Смазочные материалы в подшипниках уменьшают трение и шум, выполняют охлаждающую функцию, отводя тепло от деталей, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметичность подшипникового узла, защищают детали подшипника от коррозии, а также смывают с тел качения и колец продукты различные загрязнения и продукты износа.
Для смазывания подшипников качения применяют пластичные, жидкие и твердые смазочные материалы, свойства которых описаны здесь.

Пластичные смазочные материалы применяют для подшипников качения при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с. Корпус подшипникового узла заполняют смазочным материалом в объеме 40…70% его свободного пространства. В некоторых случаях применяются подшипники закрытого типа, в которых смазочный материал, заложенный при сборке на заводе-изготовителе, сохраняется в течение всего срока эксплуатации.
Пластичные смазочные материалы экономичны, хорошо защищают подшипник от коррозии, не требуют сложных уплотнений, длительное время сохраняют свои физические свойства и не требуют замены.

Для подшипников общего назначения применяют пластичные смазочные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, различные солидолы и др.

Жидкие смазочные материалы (нефтяные масла и др.) используют для подшипников при окружных скоростях вала свыше 10 м/с. В зависимости от условий работы применяют различные способы подачи масла в подшипники (масляная ванна, капельное смазывание, разбрызгивание и др.). При частоте вращения вала до 3000 об/мин уровень масла должен быть ниже центра нижнего тела качения подшипника во избежание значительных гидравлических потерь. В редукторах и коробках передач часто применяют подачу масла разбрызгиванием из масляной ванны одним из быстровращающихся колес или специальными разбрызгивающими крыльчатками. Для защиты подшипников от избытка масла применяют маслоотражательные кольца (рис. 2).

Нефтяные масла более стабильны, обладают значительно меньшим внутренним трением, чем пластичные смазочные материалы, могут работать при относительно низких температурах. Однако такие смазочные материалы нуждаются в уплотнении узлов, чтобы избежать утечек и потерь.

Твердые смазочные материалы обычно применяют для подшипников, работающих в особых условиях. Например, при температурах до 300 ˚С применяют коллоидальный графит, а при работе в вакууме — дисульфид молибдена. Твердые смазочные материалы, в отличие от пластичных и жидких, не выполняют охлаждающих, моющих и защитных функций.

На практике стремятся смазывать подшипники качения тем же смазочным материалом, которым смазывается весь механизм (редуктор, коробка передач и т. п.). Периодичность замены смазочного материала устанавливают в зависимости от условий работы. При рабочей температуре до 50 ˚С масло следует менять один раз в год и проверять состояние тел качения и рабочих поверхностей колец подшипника.

КПД подшипников качения

В подшипниках качения имеют место потери энергии, которые обусловлены наличием трения качения между телами качения и кольцами, а также трение скольжение между телами качения и сепаратором, между элементами подшипника и уплотнениями. Кроме того, часть энергии теряется из-за преодоления гидравлического сопротивления смазочного материала, обладающего высокой вязкостью. Тем не менее, энергетические потери в подшипниках качения невелики, и обычно не превышают 0,005…0,1 % для одной пары подшипников, т. е. КПД такой пары составляет η = 0,99…0,995. Это несколько выше КПД подшипников скольжения.

Уплотнительные устройства

Для защиты от попадания в подшипник влаги и загрязнений, а также для предотвращения утечек смазочного материала подшипниковые узлы снабжают уплотнительными устройствами различной конструкции.

Широкое распространение получили манжетные уплотнения (рис. 4). Их применяют при окружных скоростях до 15 м/с. Они достаточно надежны, обладают хорошими уплотняющими свойствами.

Щелевые уплотнения (рис. 2) применяют для подшипниковых узлов, работающих в чистой среде при скоростях до 5 м/с. Зазоры в них заполняют пластичным смазочным материалом.

Лабиринтные уплотнения (рис. 7) являются бесконтактными, они пригодны для скоростей до 30 м/с. Уплотняющий эффект в лабиринтных уплотнениях создается чередованием радиальных и осевых зазоров, которые образуют длинную узкую извилистую щель. Зазор в лабиринте заполняют пластичным смазочным материалом независимо от вида смазочного материала подшипника. Радиальные зазоры получают изготовлением деталей при посадке H11/d11 .

Центробежные уплотнения применяют при окружных скоростях свыше 0,5 м/с. При смазывании подшипника пластичным смазочным материалом с внутренней стороны корпуса устанавливают маслосбрасывающие кольца 2 (см. рис. 2) так, чтобы они выступали за стенку корпуса. Попадающее из картера на кольца во время работы жидкое горячее масло отбрасывается центробежной силой и не попадает в полость размещения пластичного смазочного материала, не вымывает его.

В ответственных конструкциях применяют комбинированные уплотнения в различных сочетаниях, например, лабиринтно-щелевое уплотнение (рис. 8).

Монтаж и демонтаж подшипников

При выполнении разборочных и сборочных работ с подшипниковыми узлами следует выполнять определенные требования, предотвращающие повреждение или поломку деталей.

Перед монтажем подшипники тщательно два-три раза промывают в 6 % -ном растворе нефтяного масла, в бензине или в горячем (70…75 ˚С) антикоррозионном водном растворе и проверяют на легкость вращения колец. Посадочные поверхности вала и корпуса промывают в керосине и насухо протирают чистыми салфетками.

Для облегчения установки подшипника вал слегка смазывают, а подшипник предварительно нагревают до 80…90 ˚С в горячем нефтяном масле или с помощью электроиндукционной установки. Силу запрессовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируют с натягом (рис. 9).
Передача монтажных усилий через тела качения недопустима.

Демонтируют подшипники при помощи специальных съемников (рис. 10), исключающих удары по деталям. Во избежание поломки деталей или появления вмятин на дорожках качения при демонтаже подшипник захватывают за внутреннее кольцо при демонтаже с вала, и за наружное кольцо при демонтаже из корпуса.

Источник

Смазывание
подшипников. Смазочные
материалы в подшипниках умень­шают
трение и шум, отводят выделяемую теплоту,
защищают подшипник от
коррозии, заполняют зазоры в уплотнениях,
обеспечивая герметизацию подшипникового
узла.

Применяют пластичные,
жидкие и твердые смазочные материалы
(см. § 28.4).

Пластичные
смазочные
материалы (солидолы, консталины и др.)
применяют
для подшипников качения при окружной
скорости по­верхности вала до 10 м/с.
Корпус подшипникового узла заполняют
смазочным
материалом в объеме половины его
свободного простран­ства.

Применяются
подшипники закрытого типа (например,
шариковый радиальный
однорядный, тип 8000), в которых пластичный
смазочный материал,
заложенный при сборке на заводе-изготовителе,
сохраняет­ся в течение всего срока
эксплуатации.

Жидкие
смазочные
материалы (минеральные масла и др.)
исполь­зуют
для подшипников при окружных скоростях
вала свыше 8 м/с. В
зависимости от условий работы применяют
различные способы подачи масла
в подшипники (масляная ванна, капельное
смазывание и др.). При
частоте вращения вала до 3000 мин^-1
уровень масла должен быть не
выше центра нижнего тела качения
подшипника во избежание значительных
гидравлических потерь. В редукторах и
коробках передач часто
применяют подачу масла разбрызгиванием
из масляной ванны одним
из быстровращающихся колес или
специальными крыльчат­ками.

Минеральные
масла более стабильны, обладают
значительно меньшим внутренним
трением, чем
пластичные смазочные материалы, могут
работать
при весьма низких температурах.

Твердые
смазочные
материалы применяют для подшипников,
ра­ботающих
при температурах до 300⁰
С (коллоидальный графит) или в вакууме
(дисульфид молибдена).

На
практике стремятся смазывать подшипники
качения тем же смазочным
материалом, которым смазывают детали
передач. Периодич­ность
замены смазочного материала устанавливают
в зависимости от условий
работы.

КПД.
В
подшипниках качения наряду с трением
качения наблюда­ется
трение скольжения тел качения о сепаратор,
а также скольжение в
уплотнениях и в
смазочном
материале. Для одной пары подшипников
качения
принимают КПД η
= 0,99…0,995.

Уплотнительные
устройства. Для
защиты от загрязнения извне и для
предупреждения
вытекания смазочного материала
подшипниковые
узлы снабжают
уплотнительными устройствами.

Широкое распространение
получили манжетные
уплотнения
(см.
рис. 29.21). Их применяют при окружных
скоростях до 15 м/с. Они надежны
и обладают хорошими уплотняющими
свойствами.

Щелевые
уплотнения
(см. рис. 29.20) применяют для подшипнико­вых
узлов, работающих в чистой среде при
скоростях до 5 м/с. Зазоры в них заполняют
пластичным смазочным материалом.

Лабиринтные
уплотнения
(рис. 29.24). Уплотняющий эффект созда­ется
чередованием радиальных и осевых
зазоров, которые образуют длинную
узкую извилистую щель. Являясь
бесконтактными, они при-

Рис.
29.24. Лабиринтное Рис.
29.25. Комбинированное

уплотнение уплотнение

годны для работы
при скоростях до 30 м/с. Зазор в лабиринте
за­полняют
пластичным смазочным материалом
независимо от вида сма­зочного
материала подшипника. Радиальные зазоры
получают изготов­лением
деталей по посадке H11/d11.

Центробежные
уплотнения
применяют при окружных скоростях свыше
0,5 м/с. При смазывании подшипника
пластичным смазочным материалом
с внутренней стороны корпуса устанавливают
маслосбра-сывающие
кольца 2 (см.
рис. 29.20) так, чтобы они выступали за
стенку
корпуса. Попадающее из картера на кольца
во время работы жидкое горячее масло
отбрасывается центробежной силой и не
попа­дает
в полость размещения пластичного
смазочного материала, не вымывает его.

В
ответственных конструкциях применяют
комбинированные
уплот­нения
в различных сочетаниях, например
лабиринтно-щелевое уплот­нение
(рис. 29.25).

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #