Лекция_Подшипники

Тема. Валы и оси, опоры, муфты

ЛЕКЦИЯПодшипники

1. Общие сведения и разновидности подшипников

2. Подшипники скольжения

3. Подшипники качения

Учебные вопросы

1. Общие сведения и разновидности подшипников

Основные понятия

Подшипник – часть опоры, непосредственно взаимодействующей с цапфой вала или оси.
Подшипники служат опорами для валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала

Основные понятия

Основные понятия

Классификация

Классификация подшипников по направлению силовой нагрузки, воспринимаемой подшипником:
радиальные воспринимают нагрузку, направленную перпендикулярно (по радиусу) к оси вращения;
упорные воспринимают нагрузку, направленную вдоль оси вращения (упорные подшипники иногда называют подпятниками);
радиально-упорные воспринимают одновременно и радиальную, и осевую нагрузки, при этом величина радиальной нагрузки обычно существенно больше осевой;
упорно-радиальные так же, как и предыдущие, воспринимают и радиальную, и осевую нагрузки, но в этом случае величина радиальной нагрузки значительно меньше осевой.

Классификация

Классификация

В зависимости от вида трения:
подшипники качения;
подшипники скольжения.

2. Подшипники скольжения

Область применения

в высокоскоростных машинах, когда долговечность подшипников качения резко сокращается;
для валов, когда по условиям сборки требуются разъёмные подшипники;
при работе в химически агрессивных средах и воде, в которых подшипники качения неработоспособны;
для валов, воспринимающих ударные и вибрационные нагрузки;
при близко расположенных валах, когда требуются малые радиальные размеры подшипников;
в тихоходных малоответственных механизмах и машинах.

Конструкции

Область применения

Для правильной работы подшипников без износа поверхности цапфы и втулки должны быть разделены слоем смазки достаточной толщины. В зависимости от режима работы подшипника в нём может быть: жидкостное трение, когда рабочие поверхности вала и вкладыша разделены слоем масла, толщина которого больше суммы высот шероховатости поверхностей; при этом масло воспринимает внешнюю нагрузку, изолируя вал от вкладыша, предотвращая их износ; полужидкостное трение, когда неровности вала и вкладыша могут касаться друг друга и в этих местах происходит их схватывание и отрыв частиц вкладыша.

Достоинства

Надежно работают в высокоскоростных приводах;
Способны воспринимать большие ударные и вибрационные нагрузки;
Бесшумность работы;
Сравнительно малые радиальные размеры;
  Разъемные подшипники допускают установку на шейки коленчатых валов;
Простота конструкции;
Возможность работы в водной, абразивной и коррозионно-активной среде (при соответствующем подборе материалов и изготовлении);
Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию.

Недостатки

В процессе работы требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазыванию и опасности перегрева; перерыв в подаче смазочного материала ведет к выходу из строя подшипника.
Имеют сравнительно большие осевые размеры.
Значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке.
Большой расход смазочного материала.

Классификация

По виду нагрузки: статические и динамические.
По направлению воспринимаемых нагрузок: радиальный, упорный и радиально-упорный. 

Классификация

Классификация

Классификация

Подшипники скольжения по конструктивным признакам делятся на неразъёмные (глухие) и разъёмные.

Материалы

Требования:
низкий коэффициент трения в паре с материалом вала (как правило, сталью);
износостойкость;
усталостная прочность при пульсирующих нагрузках;
высокая теплопроводность;
хорошая прирабатываемость;
хорошая смачиваемость маслом.

Материалы

Смазочные материалы

Маслянистость – способность смазочного материала образовывать на поверхности трения устойчивые адсорбированные пленки.
Вязкость – объемное свойство смазочного материала оказывать сопротивление относительному перемещению его слоев.
Смазочные материалы могут быть жидкими, пластичными (густыми), твердыми и газообразными.

Критерии работоспособности

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.
Основным критерием работоспособности опор скольжения является износостойкость – сопротивление изнашиванию и заеданию.
Для оценки работоспособности и надежности подшипников, работающих в режиме несовершенной смазки служат
среднее давление на трущихся поверхностях pm,
удельная работа сил трения pm· u (u – окружная скорость поверхности цапфы).

Критерии работоспособности

Расчет по среднему давлению гарантирует невыдавливаемость смазки, а расчет по удельной работе сил трения – нормальный тепловой режим и отсутствие заедания.

3. Подшипники качения

Конструкция

1. Наружное кольцо, обычно устанавливаемое в корпусе, и потому неподвижное;
2. Внутреннее кольцо, обычно насаживаемое на цапфу вала, и вращающееся вместе с ней;
3. Тела качения (шарики, ролики или другие), обкатывающиеся при работе подшипника по беговым дорожкам наружного и внутреннего колец.
4. Сепаратор, предотвращающий в процессе работы подшипника набегание тел качения друг на друга.

Достоинства

малые потери на трение (приведённый к цапфе вала коэффициент трения подшипников качения в зависимости от типа подшипника и других его характеристик составляет f = 1,5·10–3 – 6·10–3);
малые габариты в осевом направлении;
низкая стоимость при высокой степени взаимозаменяемости;
малый пусковой момент сопротивления, практически одинаковый с моментом, действующим в процессе установившегося движения;
малый расход смазочных материалов и, следовательно, малый объём работ по обслуживанию;
пониженные требования к материалу и качеству обработки цапф.

Недостатки

высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малых площадей контакта между телами качения и беговыми дорожками колец подшипника;
большие габариты в радиальном направлении;
малая надёжность в высокоскоростных приводах.
 

Классификация

1. По форме тел качения – шариковые, роликовые с цилиндрическими, коническими или бочкообразными роликами, игольчатые.
 

Основные формы тел качения, применяемые в подшипниках:
шарик (а);
ролики – цилиндрический (б);
конический (в);
бочкообразный (г);
игольчатый (д);
витой (е)

Классификация

Классификация

Классификация

Классификация

Классификация

Классификация

Классификация

2. По количеству рядов тел качения – однорядные, двухрядные, трёх- и более рядные.
 

Классификация

3. По направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, предназначенные для восприятия нагрузки, перпендикулярной оси вращения, радиально-упорные (радиальная и осевая нагрузки, причём радиальная нагрузка больше осевой), упорно-радиальные (радиальная и осевая нагрузки, но радиальная нагрузка меньше осевой), упорные (только под осевую нагрузку), комбинированные (радиальная и осевая нагрузки воспринимаются разными телами качения).
4. По самоустанавливаемости – несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся.
5. По габаритным размерам (серии диаметров и ширин) – особо лёгкая, лёгкая, лёгкая широкая, средняя, средняя широкая, тяжелая серии.

 

Классификация

Классификация

Серии диаметров и ширин подшипников качения: 1 – особо лёгкая;
2 – лёгкая; 3 – лёгкая широкая; 4 – средняя; 5 – средняя широкая; 6 – тяжёлая

Классификация

6. По точности изготовления – для подшипников качения стандартом (ГОСТ 520-71) предусмотрены 5 классов точности (Р0, Р6, Р5, Р4, Р2); класс точности указывается перед номером подшипника, при этом буква «Р» может опускаться (Р4-205 или 4-205), а нулевой класс (подшипники общего назначения) может не указываться вообще.
7. По конструктивным особенностям – с защитными шайбами, с упорным бортом на наружном кольце, с канавкой на наружном кольце, с составными кольцами и др.

 

Виды разрушения

Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и дорожек качения колец в виде раковин или отслаивания (шелушения) вследствие циклического контактного нагружения. Усталостное выкрашивание является основным видом разрушения подшипников, обычно наблюдается после длительной работы и сопровождается стуком и вибрациями.
Пластические деформации на дорожках качения (вмятины) вследствие действия ударных нагрузок или больших статических нагрузок без вращения.
Задиры рабочих поверхностей качения при недостаточном смазывании или слишком малых зазорах из-за неправильного монтажа.
Абразивный износ вследствие плохой защиты подшипника от попадания пыли. Применение совершенных конструкций уплотнений подшипниковых узлов уменьшает износ рабочих поверхностей подшипника.
Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор тел качения. Этот вид разрушения является основной причиной потери работоспособности быстроходных подшипников.
Раскалывание колец и тел качения из-за перекосов при монтаже или при больших динамических нагрузках.

Виды разрушения

Виды разрушения

Виды разрушения

Расчет на долговечность выполняют для подшипников, вращающихся с угловой скоростью.
Не вращающиеся подшипники или медленно вращающиеся рассчитывают на статическую грузоподъемность.

При выборе типа подшипника рекомендуется вначале рассмотреть возможность применения радиальных однорядных шарико-подшипников, как наиболее дешевых и простых в эксплуатации.
При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники.

Расчет (подбор) на долговечность

Долговечность – количество миллионов оборотов (L) одного кольца подшипника относительно другого либо число моточасов работы (Lh) до появления усталостного разрушения.
Базовая долговечность – долговечность большинства из одновременно испытанных подшипников. В общем машиностроении и при стандартных испытаниях подшипников обычно используется 90 % базовая долговечность L10, то есть долговечность, которую имеют не менее 90 % участвующих в испытаниях подшипников. Базовая долговечность обеспечивается при базовой динамической грузоподъёмности – нагрузка, которую выдерживает подшипник при сохранении базовой долговечности .
В стандартах для каждого конкретного подшипника указывается обычно базовая динамическая грузоподъёмность C и предельно допустимая статическая нагрузка C0.
Под статической понимается нагрузка, действующая на подшипник при относительной частоте вращения колец до 10 оборотов в минуту.

Расчет (подбор) на долговечность

Эквивалентная динамическая нагрузка – постоянная однонаправленная нагрузка, при которой подшипник имеет такую же долговечность, как и в реальных условиях работы

Расчет (подбор) на долговечность

Динамическая грузоподъёмность подшипника


где величина p – показатель степени кривой усталости; для шариковых подшипников p = 3, для роликовых – p = 10/3.

По известной требуемой величине грузоподъёмности подшипник может быть выбран из соответствующего каталога, при этом грузоподъёмность выбранного подшипника должна быть не меньше требуемой.