Подшипники качения
Подшипники качения
Классификация и область применения подшипников качения
1. Шариковый радиальный - самый массовый, распространенный и дешевый тип. Воспринимает радиальные и небольшие осевые нагрузки (до 70% от неиспользованной радиальной). Применять следует везде, где это возможно.
Рис. 46
2. Шариковый сферический - самоустанавливающийся тип. Воспринимает радиальные и незначительные осевые нагрузки (до 20% от неиспользованной радиальной). Применяется там, где оси опор смежные или при гибких длинных валах, имеющих большой прогиб.
3. Шариковый радиально-упорный. Воспринимает радиальные и значительные осевые нагрузки. Имеет глубокие канавки; разъемный - устанавливается попарно. Применяется там, где осевые нагрузки сравнительно велики.
4. Роликовый цилиндрический - воспринимает только радиальные, но, благодаря линейному контакту, большие по величине нагрузки. Применяется там, где нет осевых нагрузок.
Рекомендуемые материалы
5. Роликовый сферический - воспринимает очень большие радиальные и довольно большие осевые нагрузки. Самоустанавливающийся тип. Применяется там же, где тип (2), но при больших нагрузках.
6. Роликовый конический - воспринимает большие радиальные и большие осевые нагрузки, универсальный, разъемный тип подшипника. Рекомендуется, в частности, для конических зубчатых передач. Устанавливается попарно, при износе регулируется осевой зазор, для чего под фланцами крышек предусматривается набор регулировочных прокладок или устанавливаются регулировочные гайки.
7. Роликовый с витыми роликами (тип ХАЯТ) - воспринимает только радиальные нагрузки, хорошо сопротивляется удару благодаря упругим роликам, изготовленным из плотно навитой проволоки прямоугольного сечения. Не обладает высокой точностью, поэтому применяется для тихоходных валов грубой центровки.
8. Игольчатой - воспринимает только радиальные нагрузки. Отличается очень малыми радиальными габаритами, может работать без одной обоймы или вообще без обойм, не имеет сепаратора, иголки укладываются вплотную одна к другой. Предельное число оборотов меньше, чем у других подшипников.
9. Шариковый упорный - воспринимает только осевые нагрузки. Устанавливается в паре с другим подшипником, воспринимающим радиальную нагрузку.
Материал и термообработка подшипников качения
Обоймы (кольца) подшипников и тела качения изготавливаются из высокохромистой и высокоуглеродистой стали типа ШХ-15 с закалкой до весьма высокой твердости HRC = 50-66. Сталь этого типа после закалки приобретает очень высокие механические свойства, не становясь при этом хрупкой.
Точность изготовления и посадки подшипников качения
Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - 0 (знак не выбивается); для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: 6 - повышенная, 4 - высокая,
2 - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). Стоимость высокоточных подшипников намного превосходит стоимость нормальных.
Для установки подшипников на шейках валов и в корпусе применяются посадки промежуточного типа:
- если вращается вал, то на валу – m6 или k6 или js6, а в корпусе – H6 или H7 ;
- если вращается корпус, а вал (ось) неподвижны, то на валу – h6 или h8 , а в корпусе – M7 или K7 или Js 7.
Более тугие посадки затрудняют монтаж и демонтаж подшипников и могут служить причиной защемления тел качения, поэтому не могут быть рекомендованы; более свободные посадки не обеспечивают удержания от вращения подшипниковых колец.
Система обозначения подшипников качения
На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.
В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.
Серии:
1. Особо легкая.
2. Легкая.
3. Средняя.
4. Тяжелая.
5.Легкая широкая.
6.Средняя широкая.
Рис. 47
Две крайние цифры номера справа, умноженные на пять, выражают диаметр шейки вала d в мм; третья цифра справа выражает номер серии; четвертая цифра справа выражает тип подшипника, так: отсутствие цифры (нуль) - шариковый радиальный, единица - шариковый сферический, два - роликовый цилиндрический, …,семь - роликовый конический.
Пятая и другие цифры справа, если они есть, означают конструктивные особенности данного типа.
Распределение нагрузки на теле качения подшипника
Рис. 48
Задача распределения нагрузки на тела качения статически неопределимая и решается на основе совместности деформации системы:
Для шарикоподшипника:
. . . . . . . . . . . .
Для роликоподшипника:
. . . . . . . . . . .
Из вышеприведенных соображений можно сделать выводы:
1. Нагрузку воспринимают только нижние тела качения, a верхние и боковые - не воспринимают.
2. Наибольшая нагрузка приходится на центральный шарик или ролик; решение задачи показывает, что он несет нагрузку в 4 - б раз большую средней, которая имела бы место, если бы все тела качения воспринимали нагрузку поровну.
Особенности кинематики подшипников качения
Подшипники можно рассматривать как планетарный ряд с двумя вариантами привода:
1) вращается внутреннее кольцо,
2) вращается наружное кольцо.
Рис. 49
Мгновенный центр скоростей (МЦС) лежит в точке контакта тела качения с неподвижным кольцом, построение планов скоростей показывает, что при равных угловых скоростях - w: 
, так как 
; ; 
.
Это значит, что скорость центра тела качения (сепаратора), а, следовательно, и угловые скорости вращения тел качения во втором случае больше, чем в первом, а, следовательно, больше и износ всех элементов подшипника. Это обстоятельство в расчетной формуле для подшипников качения учитывается особым коэффициентом.
Расчет подшипников качения
Статический расчет - только для подшипников, делающих меньше одного оборота, например, подшипников поворотных кранов, грузоподъемных крюков и пр.
R< С0
где R - реакция опоры;
Со - допускаемая статическая грузоподъёмность подшипника (по каталогам подшипников).
Расчет на долговечность (по динамической грузоподъёмности) - основной расчет.
С – паспортная динамическая грузоподъёмность подшипника (каталогам подшипников) – это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение одного миллиона оборотов без появления признаков усталости.
Динамическая грузоподъёмность и ресурс работы подшипника L (в миллионах оборотов) связаны эмпирической формулой 
, (1)
где Р – эквивалентная динамическая нагрузка на подшипник (см. ниже),
p = 3 для шариковых и p =3,33 для роликовых подшипников.
Ресурс подшипника в часах работы
, (2)
где n – частота вращения подшипника (об/мин).
Эквивалентная динамическая нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников:
, (3)
где 
- радиальная нагрузка на опору;
- осевая нагрузка на опору;
V - коэффициент, зависящий от того, какое кольцо вращается: если внутреннее – V = 1; если наружное V= 1,2.
X и Y - табличные коэффициенты, характеризующие способность данного типа подшипника воспринимать радиальную и осевую нагрузку (выбираются по каталогам подшипников).
Кб – коэффициент безопасности, зависящий от характера воспринимаемой нагрузки и степени ответственности механизма в машине(выбирается по справочникам в пределах 1,0-2,5);
KТ - табличный температурный коэффициент, при t < 1000C - Кт = 1.
При практических расчётах, когда задана расчётная долговечность работы подшипника в часах, требуемая динамическая грузоподъёмность определится из выражения
(4)
При переменной нагрузке, которая задается усредненным графиком (рис.), определяется приведенная динамическая эквивалентная нагрузка:
Рекомендуем посмотреть лекцию "19. Структурные изменение в телесистеме Италии".
Например, для графика, указанного на рисунке:
Здесь на графике: Pi, ni, Lhi - нагрузка, число оборотов и долговечность на i-ой ступени графика.
Центробежные силы инерции, действующие в подшипниках качения, определяются известным уравнением 
. При малых и средних угловых скоростях они не очень велики, но сильно возрастают при высоких и сверхвысоких углов их скоростях, становясь главными нагрузками, которые и определяют предельное число оборотов подшипников этого типа.
Для упорных шариковых подшипников центробежные силы составляют большую опасность, чем для других типов, способствуя износу сепараторов.
