М.В.Фомин - Расчет опор с подшипниками качения

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ имени НЭ. БАУМАНА М.В. ФОМИН Справочно-методическое пособие Москва Издательство МГТУ имени Н.З. Баумагз 2ОО1 УДК 628.822.6(031) ББК 34.445 Ф76 Рецензенты: О.П. Лвликов, А.И. Станкевич Ф76 Фомин МЗ. Расчеты опор с подшипниками качения: Справочнометодическое пособие. Мл Изд-во МГТУ им. Н.Э.

Баумана, 2001. 98 с., ил. 1$ВХ 5-7038-1843-5 Приведены сведения, необходимые для выбора подппшников качения по заданным условиям их зксплуатапии. Изложены методы расчетов опор с подшипниками качения в соответствии с мемгосударствениымн стандартами. Приведены уточненные характеристики более 700 типоразмеров наиболее распространенных подшипников и технические требования, предьявляемые к поверхностям, сопрвкеиным с подшипниками.

Даны рекомендании по проектированию опор л типовые примеры расчетов. Для студентов техиичесшш вузов, шокенеров и конструкторов. Табл. 46. Ил. 9. Библногр. 8 наев. УДК 628.822.6(031) ББК 34А45 18ВХ 5-7038-1843-5 Ф МГТУ им. Н.Э, Баумана, 2001 Ю М.В. Фомин, 2001 ПРЕДИСЛОВИЕ Задача по проектированию опор с подшипниками качения является достаточно сложной и имеет, как правило, многовариантные решения.

Выбор типа и размеров подшипника зависит от условий его работы, требуемого ресурса и надежности, от требований к жесткости опоры и точности вращения, стоимости и т.д. Для оптимального решения необходимо знать действующие. нагрузки, свойства и характеристики подшипников. Настоящее пособие содержит основные сведения, необходимые для выбора и расчета опор с подшипниками качения, уточненные характеристики наиболее распространенных стандартных подшипников, освоенных промышленностью (более 700 типоразмеров), и основные технические требования, предъявляемые к поверхностям валов и корпусов, сопряженных с подшипниками. Приведены сведения по рекомендуемым ресурсам подшипннковых узлос для машин и оборудования различного назначения в соответствии с действующими нормативами. Даны рекомендации по определению нагрузок в подшипниках от сил в зацеплении различных передач, а также от сил, возникающих в приводных валах н муфтах.

В основу расчетов и рекомендаций по проектнрованио опор с подшипниками качения положены стандарты 11, 21, введенные в действие с 1 января 1997 г., данные справочника-каталога [31 и разработки сотрудников кафедры «Детали машин» МГТУ нм. Н.Э. Баумана 14-71. Упомянутые выше стандарты имеют аутептнчные тексты соответствующих стандартов 150, Габаритные размеры большинства подшипников качения, выпускаемых в СНГ, соответствуют международным стандартам, однако нх характеристики и значения некоторых расчетных коэффициентов имеют оп- ределенные отличия, которые обусловлены принятой технологией производства подшипников и некоторой спецификой расчетов, Предельные частоты вращения подшипников указаны в таблицах раздела 3 для пластичного смюочного материала (числитель) и жидкого (знаменатель).

Подшипники, отмеченные знаком «~», выпускают опытными партиями. Автор считает своим приятным долгом выразить особую благодарность рецензенту проф. О,П. Леликову за полезные советы, которые были учтены при подготовке настоящего справочнометодического пособия, а также студентке Н. Медведевой. Автор 1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИИ О ПОДШИПНИКАХ КАЧЕШШ Подшипник — это опора нли направляющая, которая воспринимает нагрузки н допускает относительное перемещение деталей механизма в требуемых направлениях. Основными деталями подшшпшков качения являются тела качения (шарики илн ролики), кольца с дорожками качения н сепаратор, который разделяет тела качения. В некоторых конструкциях подшипников сепаратор, одно или оба кольца могут отсутствовать. Основные достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения: меньшие моменты трения во время пусков и остановок, меньшие габаритные размеры в осевом направлении, полная взанмозаменяемость, малая стоимость при массовом производстве, меньшие расходы смазочных материалов.

К недостаткам относят: большие габаритные размеры в радиальном направлении, переменную радиальную жесткость н повышенный уро- вень шума, меньшую способность демпфировать колебания и воспри- нимать ударные нагрузки, ограниченную быстроходность, высокую стоимость при мелкосерийном производстве. 1.1. Классификация и обозначения подшипников 1. По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые и роликовые. В зависимости от формы и относительных размеров различают ролики: короткие и длинные цилиндрические, конические, сферические, игольчатые, полые, витые н др. 2.

По направлению воспринимаемой нагрузкч подшипники делят следузс щим образом: радиальные, которые воспринимают только радиальную или преимущественно радиальную нагрузку; радиально-упорные, предназначенные для восприятия комбинированной нагрузки (радиальной и осевой); упорно-радиальные, которые воспринимают осевую или преимущественно осевую нагрузку; упорные, предназначенные для восприятия только осевой нагрузки. 3. По числу рядов тел качения подшипники делят на однорядные, двухрядные н многорядные. 4. По основному конструктивному признаку различают подшипники на самоустанавливающиеся (сферические), которые допускают работу с взаимным перекосом колец до 4; и несамоустанавливающиеся (допустимый взаимный перекос колец от 1 до 8 ). 5. По соотношению габаритных размеров подшипники разделяют на серии.

При одном и том же посадочном диаметре на вал подшипники одного типа могуг иметь различные наружные диа- ' ' метры и ширину, т.е. различные серии по диаметру и ширине. С увеличением габаритных размеров растет нагрузочная способность подшипника, но снижается предельная частота вращения. б. Для подшипников качения установлены следующие классы точности н их обозначения: нормальный класс точности— О; повышенный — 6; высокий — 5; прецизионный — 4; сверхпрецнзионный — 2.

Более высокий класс точности Т могут иметь радиальные и радиально-упорные шариковые, а также радиальные роликовые подшипники. Роликовые конические могут иметь повышенный класс точности бХ. По заказу потребителя выпускают подшипники с классами точности ниже О: 8 и 7. Класс точности харакгеризует точность размеров и формы деталей подшипников. В зависимости от класса точности при наличии дополнительных технических требований устанавливают три категории подшипников: А, В и С. 7. По специальным техническим требованиям выпускают подшипники теплостойкие, высокоскоростные, малошумные, коррозионно-стойкие, немагнитные, самосмазывающнеся и др.

8. По уровню вибрации различают подшипники с нормальным„пониженным и низким уровнем вибрации. Обозначение подшипника наносят на торцовую поверхность колецили наупаковкудля малых размеров. Основное обозначение может содержать до семи цифр. При отсчете справа налево первые две цифры определяют внутренний диаметр подшипника, третья и седьмая цифры — серию по наружному диаметру и ширине, четвертая цифра — тип (табл. 1.1), пятая и шестая цифры — конструктивную разновидность.

Диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника в диапазоне 20...495 мм определяют умножением двузначного числа условного обозначения на пять. Для других значений диаметров обозначение особое. Слева от основного обозначения через тире указывают класс точности подшипника, если он отличен от нормального, группу радиального зазорв, ряды моментов трения и категорию подшипника при наличии дополнительных технических требований.

Подшипники, изготовленные по специальным техническим требованиям, имеют справа от основного обозначения дополнительные знаки в виде букв и цифр. Буква А, например, обозначает повышенную грузоподъемность подшипника, а буква М вЂ” наличие модифицированного контакта, буквы 1< и Н вЂ” наличие других конструктивных особенностей. Для сокращения обозначений нули левее последней значащей цифры не проставляют. Таблица К! Обоэнвченил типа подшипники Четвертая цифре справа Тнп подшипннкв радиальный шариковый Редикльный шариковый сферический Рвливльный с коротиьмн цилиндрическими роликвьш Рвливльный роликовый сферический Рккнвльный роликовый игольчатый Рвднвльный с витыми роликами Ркливльно-упорный шариковый Роликовый конический Упорный нлн упорно-рвдивльный шариковый Упорный или упорно-радиальный роликовый Например, обозначение 307 соответствуег шариковому радиальному однорядному подшипнику средней серии класса точности 0 с посадочным диаметром на вал 07 х 5 = 35 мм.

Четвертая, пятая, шестая и седьмая цифры слева — нули. 1.2. Основные типы подшипников Шариковые радиальные одиорядные подшипники (табл. 3.1) предназначены в основном для восприятия радиальной нагрузки, но могут воспринимать и осевые в обоих направлениях. Сепаратор обычно штампованный, скрепленный из двух частей заклепками, центрируется по телам качения. Более дорогие массивные сепараторы применяют при повышенных частотах вращения и для крупногабаритных подшипников.

Конструкпгвные разновидности подшипников представлены в табл. 3.2 — 3.5. Подшипники стандартизованы в диапазоне посадочных диаметров иа вал от 1 до 380 мм. Допустимый взаимный перекос осей колец до 8'. Шариковые радиальные двухрядные сферические подшипники (табл. 3.6) допуска!от работу в условиях взаимных перекосов осей колец до 4' из-за сферической поверхности дорожки качения наружного кольца и могут воспринимать осевые силы в обоих направлениях. Подшипники выпускаются с цилиндрическими, а также с коническими отверстиями для установки на валу с помощью закреш!тельных втулок. Сепараторы чаще всего штампованные, Подшипники стандартизованы в диапазоне посадочных диаметров иа пал от 5 до 110 мм. Шариковые радиально-упорные .юлшнпники 1табл. 3.7) !!реди!гзпачены для восприятиа комбинированной нагрузки: ради!льной н односторонней осевой.

Нагрузочная способность этих юдшишшков выше, чеь! у радиальных шариковых, .благодаря большему числу тел качешш„которое удается разместить в подпшпппке из-за налпч!и скоса на наружном или внутреннем кольце. Без осевой нагрузки подшипники работать не могут. Способ. посгь подшипника воспринимать осевую нагрузку зависит от поминального угла контакга а ~угол между нормалью к площадке комп!кта наружного кольца с телом качения и плоскостью вращения подпшппика). С ростом сс осевая грузоподъемность подшипника растет, а предельная частота вращения и допустимая радипльипя нагрузка уменьшаются. Подшипники выполняют с номинальными углами ко!пакта а = 12; 26; 36'. В настоящее время изготовляют подшипники с углами контакта 15, 25 и 36'со скосом па игутреппел! кольце и центрированием сепаратора по наружному кольцу. Это позволяет существенно повысить предельную часто!у вращения вследствие более благопр!итных условий смазки.

Сепараторы для этих подшипников выполняют, как правило, массивными. В диапазоне посадочных диаметров на вал от 3 до 320 мм полппппшки стандартизованы. Допустимый взаимный перекос гц)лсц 4...6'. Шпрпкопьге радиально упорные подшппнпкп сдвоенные примени!от лля восприятия осевых нагрузок обоих направлений и при ограниченных днаметральчых размерах. Подшипники специпльпо кокгплектуют на заводе-изготовителе.

В сл. !ае выхода и! строя одного подпшппика заменяют весь комплект. Для вос- приятия осевых нагрузок обоих направлений используют подшипники, сдвоенные по схемам Х (рис. 1.1, а) или О (рнс. 1.1, б). При больших осевых нагрузках одного направлешгя и стесненных габаритных размерах в радиальном направлении, а также для скоростных опор используют схему Т «тандем» (рис. 1.1, в). Комплекты сдвоенных подшипников, особенно по схеме О, обеспечивают повышенную жесткость опоры при прогибах вала. Возможные схемы комплектации сдвоенных подшипников приведены в табл.