№8 (Лабораторные работы)

Министерство образования и науки Российской ФедерацииГосударственное образовательное учреждение высшего образованияМосковский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана(МГТУ им. Н.Э.Баумана)Климов В.Н, Еремеев А.И., Потапцев И.С.Исследование моментов тренияв приборных шарикоподшипникахМетодические указания к лабораторной работе №8по курсу «Основы конструирования приборов»Переработаныпод редакцией И.С. Потапцева2010 г.Цель работы:Изучение конструкций приборных шарикоподшипников. Экспериментальное исследование моментов трения в шарикоподшипниках.Конструкция, классификация и условные обозначения.Шарикоподшипники (ш/п; подшипники) являются одним из основных типов опорприборных устройств благодаря своим достоинствам и высокой степени взаимозаменяемости.

Момент сопротивления вращению (момент трения) в шарикоподшипниках в 4…10 разменьше, чем в подшипниках скольжения при сопоставимых нагрузках и условиях эксплуатации. Кроме того, в прецизионных ш/п момент трения вообще регламентирован и не можетбыть больше определенной величины.Элементы конструкции стандартного шарикоподшипника представлены на рис. 1.Рис. 1. Элементы конструкции стандартного шарикоподшипника.Стандартный шарикоподшипник состоит из внутреннего и наружного колец и определенного числа шариков между ними, помещенных в сепаратор. Сепаратор служит дляравномерного распределения шариков по окружности, а также для удержания смазки и других целей.

Кольца и шарики изготавливают из специальных легированных шарикоподшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ. 18ХГТ и 20Х2Н4А. Для специальных условий эксплуатации детали подшипников, по согласованию с потребителями, могут быть изготовлены из других марок сталей и сплавов (например, нержавеющих, немагнитных, жаропрочных, которые после соответствующей обработки приобретают необходимую твердость).2Сепараторы изготавливают из стали, латуни, бронзы, текстолита, фторопластовой композиции и других специальных материалов.Шарикоподшипники могут быть классифицированы по различным признакам:по направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, радиально-упорные, упорные;по числу рядов шариков – одно-, двух-, четырех- и многорядные;по частоте вращения – тихоходные и быстроходные;по точности изготовления поверхности беговых дорожек колец и величине моментовтрения – 5 классов точности: 0; 6; 5; 4; 2 в порядке возрастания точности.Существуют и другие признаки классификации ш/п.Стандартные подшипники основных типов изготавливают следующими размернымисериями: сверхлегкая, особо легкая, легкая широкая и др.

Подшипники этих серий имеютодин и тот же внутренний диаметр, но наружный диаметр и ширина их различны.Условные обозначения основных типов подшипников предусмотрены ГОСТом и устанавливают буквенно-числовые обозначения по следующим признакам:внутренний диаметр подшипника;серии диаметров и ширин;тип подшипника;конструктивная разновидность.Порядок расположения знаков и пример расшифровки условного обозначения шарикоподшипника приведен ниже225 1000095ЮТШ1Дополнительные знаки (буквы и цифры) для указания материала деталей подшипника, конструктивныеизменения, специальные конструктивные требования,температуру отпуска колец, виды смазочных материалов,шумность подшипника и др.Внутренний диаметр подшипникаСерия диаметровЦифра «ноль» для внутреннего диаметра менее 10 ммТип подшипникаКонструктивная разновидностьСерия ширинКласс точности подшипникаРяд радиального зазораРяд момента тренияМомент трения в шарикоподшипнике.В приборостроении одним из критериев качества шарикоподшипника является величинамомента трения.

Момент трения шарикоподшипника зависит от большого числа независимых факторов, ввиду чего его точное вычисление невозможно и он определяется на основании эмпирических зависимостей.В общем случае момент трения в шарикоподшипнике складывается из следующих основных составляющих:- трение качения шариков по дорожкам качения;- трение скольжения шариков о сепаратор;3- трения, связанный с сопротивлением смазки.Кроме того, в той или иной степени присутствуют трение сепаратора о направляющиеборта кольца при базировании сепаратора по борту внутреннего или наружного кольца, трение скольжения-верчения шариков о дорожки качения, и др.Величина момента трения шарикоподшипника зависит от величины и направления действующих сил, от степени приработки подшипника, от размеров подшипника, а также отточности и качества изготовления шариков и беговых дорожек колец (дорожек качения).Значительное влияние на момент трения оказывает загрязнение рабочих поверхностей шарикоподшипника.Увеличение момента трения с ростом скорости вращения (при скоростях, не превышающих предельные) обычно бывает мало и во внимание не принимается.На практике для определения момента трения шарикоподшипников пользуются эмпирическими формулами, которые дают приблизительно осредненное значение момента тренияпри трогании.Для приборных шарикоподшипников при радиальной и осевой нагрузках пользуютсяформулой:Mtr=M0+(1,25Fr+1,5Fa)*f*Do/Dw,где: Mtr – момент трения, Нмм;M0 – собственный момент ненагруженного подшипника, Нмм;Fr – радиальная нагрузка на подшипник, Н;Fa – осевая нагрузка на подшипник, Н;f - коэффициент трения качения, мм;Do – диаметр окружности центров шариков, мм (Do=(D+d)/2);Dw – диаметр шариков, мм.Собственный момент трения подшипника M0 зависит от размеров и качества изготовления (класса точности) подшипника.

Для подшипников 0-го и 6-го класса точности его можнорассчитать по эмпирической формуле М0=0,04Dо. для подшипников 5-го, 4-го и 2-го классаточности он регламентирован и приводится в соответствующих таблицах.Коэффициент трения качения зависит от класса точности подшипника и условий нагружения и колеблется в пределах f=0,002…0,02 мм.Методы измерения момента сопротивления вращению шарикоподшипниковИзмерение момента сопротивления вращению приборных шарикоподшипников производится на специальных установках, конструкция которых зависит от положения оси вращения шарикоподшипников, частоты вращения, способа нагружения, метода измерения и т.д.Основными методами измерений являются следующие:- измерение динамических моментов сопротивления вращению в шарикоподшипникахметодом полного выбега при вертикальном и горизонтальном положении оси;- измерение момента трогания при вертикальном положении оси;- измерение момента сопротивления вращению при горизонтальном положении оси.В зависимости от конструкции установки измерения могут производиться для одногошарикоподшипника или пары шарикоподшипников как без нагрузки, так и при различныхусловиях нагружения, наличия или отсутствия смазки и разных скоростях.В настоящей лабораторной работе студентам предлагается практически определить моментсопротивления вращению шарикоподшипников методом полного выбега.4Первая методика заключается в том, что вращающаяся часть опорного узла разгоняется доопределенной начальной скорости и регистрируется число полных оборотов и время, за которое происходит ее полный останов.

При этом момент сопротивления вращению шарикоподшипника вычисляется по формулеМtr = (4*π*N*J) / T2(2)где N - полное число оборотов до останова;J - момент инерции вращающейся части кг⋅м2;T - время от начала измерения до полного останова, сек.Описание лабораторной установкиИспытуемый шарикоподшипник 4 свободно устанавливается наружным кольцом в сменнойоправке 3 на общем основании 1. Внутреннее кольцо шарикоподшипника крепится на специальной оправке (валике) 5 гайкой 7.

На этой же оправке с помощью гайки 7 крепится кодовый диск 6 измерительной системы, смонтированной на кронштейне. Измерительная системавключает в себя кодовый диск 6 с прорезями или отверстиями, излучателя 9 и приемникасветовой энергии 10.Рис3. Схема установкиТарированные грузы №1, №2 и другие создают нагрузку на шарикоподшипник (моментинерции этих грузов обязательно должен учитываться в расчетах момента сопротивлениявращению Мсв (динамического момента вращения) по формуле (2).5Последовательность выполнения работы.1.Изучите основные теоретические сведения о шарикоподшипниках, описание лабораторной установки и порядок выполнения работы. Ознакомьтесь с конструкциями различных типов шарикоподшипников на демонстрационных стендах.2.Запишите основные формулы, начертите схему установки, подготовьте необходимыетаблицы для оформления отчета.3.Получите у преподавателя комплект шарикоподшипников для экспериментального исследования.

Занести данные в таблицу 2.4.Подберите специальную оправку 5 по внутреннему диаметру шарикоподшипника(промывку, сушку, очистку и смазку шарикоподшипников проводить по указанию преподавателя).5.Установите испытуемый шарикоподшипник 4 в сменную оправку 3.6.Полученную сборку установите в колонке основания 2.7.Осторожно установите на место кодовый диск 6.8.С помощью регулировочных винтов выставьте основание примерно в горизонтальноеположение (на глаз).9.Включите питание установки тумблером блока управления, нажмите кнопку «СБРОС»и придайте вращение подвижному узлу установки.