Гидростатические и гидродинамические подшипники.

Распространены два способа создания «поддерживающего» давления:

статический (гидростатический) и гидродинамический. В соответствии с этим различают гидростатический и гидродинамический подшипники жидкостного трения. В гидростатических подшипниках давление в поддерживающем слое смазочного материала создают насосом, подающим материал в зазор между цапфой и подшипником. Эти подшипники требуют для нормальной работы сложной гидросистемы. Гидродинамические подшипники получили большее распространение. В них смазочный материал следует подавать только в зону низкого давления откуда вращающейся цапфой он нагнетается вниз, образуя клиновой поддерживающий слой. Проходя через узкий участок радиального зазора, часть смазочного материала удаляется в торцовый зазор между цапфой и подшипником. Другая его часть вытекает в торцовый зазор поверх цапфы, охлаждая подшипник. Удельная нагрузка на подшипник p=F_r/(ld).

 

73. Конструкции подшипников скольжения и материалы деталей. Подшипники скольжения состоят из двух основных частей: корпуса и подшипниковой втулки (вкладыша). Применение вкладышей позволяет изготовлять детали корпусов из дешевых материалов и облегчает ремонт. В малогабаритных и неответственных подшипниках вкладыши иногда отсутствуют, их назначение в этом случае выполняют корпуса. Наиболее распространены опоры с неподвижной осью б) и с подвижной осью в) В механизмах используют опоры на центрах и опоры на кернах г, д)Керны изготовляют в форме цилиндрических осей диаметром 0,25...2 мм, их конические концы закругляют по сферической поверхности радиусом r к = 0,01...0,2 мм. Опоры механизмов и машин условно можно подразделить на автономные и встроенные. Автономные опоры изготовляют по стандартам в разъемном и неразъемном исполнениях. Подшипники с неразъемным корпусом сравнительно просты и дешевы, но сложны при монтаже. Это ограничивает область их использования. Разъемные подшипники широко применяются в различных конструкциях. Он состоит из: корпуса 1, крышки 2, вкладыша 3, крепежных болтов с гайками 4 и масленки 5. Подшипниковые вкладыши выполняют цилиндрическими без бурта для радиальной нагрузки или с буртом для восприятия осевой и радиальной сил. Их изготовляют неразъемными и разъемными Разъем вкладыша рекомендуется выполнять в плоскости, перпендикулярной радиальной нагрузке., а разъем корпуса — ступенчатым. Уступ в ступенчатом разъеме препятствует поперечному сдвигу крышки относительно корпуса подшипника. Смазывание осуществляют различными смазочными материалами с помощью колпачковых или капельных масленок.

Расчет подшипников скольжения

Расчет подшипников скольжения производится по тем же формулам, что и расчет цапф, так как размеры вкладыша определяются размерами шипа или шейки.

Размеры вкладыша проверяются на удельное давление

p = R / ld = [p] кг/см²

и нагрев

pv? [pv] кгм/сек*см²

Величины [р] и [рv] берутся по табл. 171 и 172.

Таблица 171. Средние допускаемые удельные давления [р] для цапф.

Таблица 172. Допускаемые значения условного коэффициента [рv] на нагрев.

 

61. Подшипники качения. Общие сведения. Классификация.

74. Общие сведения Классификация подшипников качения. Подшипники качения являются наиболее распространенным видом опор деталей механизмов и машин. В отличие от подшипников скольжения в них реализовано трение качения между деталями: наружным 1 и внутренним 2 кольцами, телами качения 3, расположенными между кольцами. Для предохранения тел качения от соприкосновения между собой их отделяют друг от друга сепаратором 4.

Тела качения перемещаются по тщательно обработанным беговым дорожкам А, выполненным на кольцах. Преимущества подшипников качения перед подшипниками скольжения:1)малые осевые габариты, 2)малое сопротивление пуску и вращению, 3)простота обслуживания, 4)низкая стоимость, 5)взаимозаменяемость. Недостатки: 1)большие радиальные габариты и сложный монтаж, 2)меньшая радиальная жесткость,3)низкая долговечность при высоких оборотах (из-за перегрева) и др. Классификация подшипников. 1)По форме тел качения подшипники подразделяют на шариковые и роликовые по форме роликов а)с коротким и и длинными   цилиндрическими  роликами, б)с коническими в)бочкообразными г) игольчатыми д)и витыми роликами). 2)По направлению воспринимаемых сил подшипники разделяют на: а) радиальные, воспринимающие преимущественно радиальные нагрузки, б) радиально-упорные, воспринимают действие радиальных и осевых нагрузок; в)упорно-радиальные, воспринимают осевую нагрузку при незначительной радиальной нагрузке; г) упорные, воспринимающие только осевые силы По способности самоустанавливаться подшипники подразделяют на не самоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся, допускающие поворот оси внутреннего кольца по отношению к оси наружного кольца. По числу рядов тел качения различают подшипники однорядные, двухрядные и четырехрядные. Подшипники одного и того же диаметра отверстия подразделяют на серии: по габаритным размерам наружного диаметра сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую, а в зависимости от ширины они подразделяются на: особо узкую, узкую, нормальную, широкую, особо широкую.

75. Статическая грузоподъёмность подшипников. Статической грузоподъемностью подшипника называют нагрузку Со (радиальную и осевую), которая вызывает общую остаточную деформацию наиболее нагруженного тела качения. Значения С _о для подшипников различных типов и серий даны в справочниках. Если подшипник нагрузить одновременно радиальной F_r  и осевой F_a силами, и принять, что осевая сила равномерно распределена между телами качения, то используя схему нагружения, можем найти величину статической эквивалентной нагрузки по формуле F_сэ=x₀F_r+Y₀F_a, где Х ₀ и У ₀ коэффициенты радиальной и осевой сил. Значения коэффициентов Х_о и Y _о для подшипников различных типов приведены в справочниках. Для любого подшипника одинаковая статическая эквивалентная нагрузка может быть получена при различных соотношениях сил F_r и F_a Подшипник подбирают из условия F_сэ≤C₀ если F_сэ>F_r при F_сэ≤F_r принимают F_сэ=F_r.

 

76. Динамическая грузоподъемность подшипников. Под динамической грузоподъемностью С подшипников понимают постоянную радиальную нагрузку (в Н), которую подшипник с одним неподвижным кольцом может воспринимать в течение номинальной долговечности в один миллион оборотов. Учитывая условие прочностной надежности подшипника долговечность подшипника можно представить в виде L=(C/F)^q≤L_p, где L — номинальная долговечность подшипника (млн. оборотов); С - динамиче­ская грузоподъемность (Н); q — показатель степени кривой усталости подшипника; Lp = 6 — расчетная долговечность подшипника, (млн. оборотов) п — частота вращения кольца, (мин-1); Lh — расчетная долговечность подшипника, (час). Показатель степени q = 3 — для шарикоподшипников и q = 3,33 — для роликоподшипников. Значения динамических грузоподъемностей С для подшипников различных типов и серий приведены в справочниках.

Подшипники качения делятся:

• по форме тел качения: - на шариковые и роликовые с цилиндрическими (короткими и длинными),
  витыми, игольчатыми, бочкообразными и коническими роликами;
• по числу рядов тел качения - на одно-, двух- и четырехрядные;
• по способу компенсации перекосов вала - на несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся;
• по способности воспринимать нагрузку преимущественно того или иного направления
  - на радиальные, радиально-упорные и упорные;
• по габаритам при одинаковом внутреннем диаметре - на серии: сверхлегкую, особолегкую, легкую, среднюю и тяжелую;
• по ширине подшипника - на узкие, нормальные, широкие и особоширокие.

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения мал и близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения (/^0,0015...0,006). При этом упрощаются система смазки и обслуживание подшипника, уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке (например, в периоды пусков, резких изменений нагрузок и скоростей). Конструкция подшипников качения позволяет изготовлять их в массовых количествах как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость производства. Отмеченные основные качества подшипников качения обеспечили им широкое распространение. Производство подшипников качения ведущими промышленными странами исчисляется сотнями миллионов штук в год.
К недостаткам подшипников качения следует отнести отсутствие разъемных конструкций, сравнительно большие радиальные габариты, ограниченную быстроходность, связанную с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и пр.), низкую работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах (например, в воде).
На рис. 16.13 изображены основные типы подшипников качения. По форме тел качения они разделяются на шариковые и роликовые, по направлению воспринимаемой нагрузки — на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.
Радиальные шариковые подшипники (7, рис. 16.13)—наиболее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до V40) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.
Радиальные роликовые подшипники (4, рис. 16.13) благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с комбинированными (бочкообразными) роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально- упорными шариковыми 3 и роликовыми 5 подшипниками.

62. Типы подшипников качения. Выбор и расчет.

Подшипники качения разделяются на радиальные подшипники и упорные подшипники. Далее подшипники разделяются на шариковые и роликовые подшипники в зависимости от типов элементов качения, далее подшипники классифицируются в зависимости от разницы в их конструкции или предназначения.

I. Радиальные подшипники

1. Шариковые подшипники

Радиально-упорные подшипники
Радиальные шариковые подшипники
Самоустанавливающиеся подшипники
Подшипники с трех- и четырехточечным контактом
Подшипники для подшипниковых узлов
Магнетные подшипники

2. Роликовые подшипники

Цилиндрические роликоподшипники
Игольчатые роликоподшипники
Подшипники с длинными роликами
Конические роликоподшипники
Сферические роликоподшипники

II. Упорные подшипники

1. Шариковые подшипники

Упорные подшипники
Упорно-радиальные подшипники

2. Роликовые подшипники

Цилиндрические упорные подшипники
Игольчатые упорные подшипники
Конические упорные подшипники
Сферические упорные пдшипники

III.Специальные подшипники

Автомобильные подшипники для сцеплений, водяных насосов, ступичные
Железнодорожные буксовые подшипники
Подшипники канатных блоков кранов
Опорно-поворотные устройства
Подшипники для цепных конвейеров

Определение радиальных реакций. Вал на подшипниках, установленных по одному в опоре, условно рассматривают как балку на шарнирно-подвижных опорах или как балку с одной шарнирно-подвижной и одной шарнирно-неподвижной опорой. Радиальную реакцию F_r подшипника считают приложенной к оси вала в точке пересечения с ней нормалей, проведенных через середины контактных площадок. Для радиальных подшипников эта точка расположена на середине ширины подшипника. Для радиально-упорных подшипников расстояние а между этой точкой и торцом подшипника может быть определено графически (рис. 25) или аналитически:
подшипники шариковые радиально-упорные однорядные

a=0,5[B+0,5(d+D))tgα];

подшипники роликовые конические однорядные

a=0,5(T+(d+D)е/з].

Ширину В кольца, монтажную высоту Т, коэффициент е осевого нагружения, угол

 

Рис.25.Расположение точки приложения
радиальной реакции в радиально-упорных
подшипниках

α контакта, а также диаметры d и D принимают по каталогу.
Реакции опор определяют из уравнения равновесия: сумма моментов внешних сил относительно рассматриваемой опоры и момента реакции в другой опоре равна нулю.

В ряде случаев направление вращения может быть переменным или неопределенным, причем изменение направления вращения может привести к изменению не только направления, но и значений реакций опор. При установке на концы валов соединительных муфт направление силы на вал от муфты неизвестно. В таких случаях при расчете реакций рассматривают наиболее опасный вариант. Возможная ошибка при этом приводит к повышению надежности.

 

63. Конструкции узлов. Уплотнительные устройства. Посадки подшипников на вал и в корпус. Монтаж и демонтаж подшипников. Смазка подшипников качения.

Выборконструкции уплотнительных устройств определяется видом и параметрами уплотняемой среды (давлением, температурой), скоростью и направлением перемещения уплотняемых деталей.

Правильный выбор уплотнительных устройств для подшипниковых узлов повышает долговечность и надежность работы машин. Уплотнения обеспечивают герметичность, предотвращают утечку смазочного материала и проникновение сквозь него пыли, газов, влаги и других посторонних веществ, тем самым предохраняя подшипниковый узел от быстрого износа.

Уплотнительные устройства по принципу действия и конструкции бывают различных типов.

В подшипниковых узлах сельскохозяйственных машин применяют уплотнения контактного типа, в которых уплотнение осуществляется контактом (при трении) между неподвижным уплотнением и валом или между подвижным элементом и корпусом. В устройствах этого типа уплотняющие элементы изготавливают из эластичного или твердого материала (резины, войлока, фетра, кожи и т. п.). По величине максимальной окружной скорости, определяемой на уплотняемой поверхности, по максимальной температуре в подшипниковом узле при наиболее неблагоприятных условиях его работы подшипниковые узлы делят на пять групп. В них используют контактные уплотняющие устройства с эластичными трущимися элементами, качественность и износостойкость которых увеличивается с увеличением 'Групп.

ПОЛЯ ДОПУСКОВ И ПОСАДКИ

 

Установлены следующие обозначения полей допусков на посадочные диаметры колец подшипника по классам точности (ГОСТ 3325-85):

- для среднего диаметра отверстия подшипников - Ldm, L0, L6,..., L2, LT, где L - обозначение основного отклонения среднего диаметра отверстия подшипника. Ldm - общее обозначение поля допуска средний диаметр dm отверстия подшипника (рис. 33); L0, L6,..., L2, LT - обозначение полей допусков для среднего диаметра отверстия по классам точности 0, 6,..., 2, подшипников (ГОСТ 520-89);

 

Рис. 33. Схема расположения полей допусков на средние наружный диаметр и диаметр отверстия подшипника

- для среднего наружного диаметра подшипников - lDm, l0, l6,..., l2., lT, где l -обозначение основного отклонения для среднего наружного диаметра подшипника; lDm - общее обозначение поля допуска для среднего наружного диаметра Dm подшип­ника (рис. 33); l0, l6,..., l2, lT - обозначе­ние полей допусков для среднего наруж­ного диаметра по классам точности 0, 6,..., 2, T подшипников (ГОСТ 520-89).

Установлены поля допусков для диамет­ров посадочных поверхностей валов и кор­пусов (табл. 81), а для соединения подшип­ников с валами (осями) и корпусами - по­садки (табл. 82), определяемые сочетания­ми полей допусков на сопрягаемые детали в зависимости от классов точности под­шипников. Выбор посадок подшипников качения на вал и в отверстие корпуса осу­ществляют в соответствии с требованиями к точности и необходимой плотности со­единения колец с посадочными поверхно­стями.

Условные обозначения посадок под­шипников указывают на сборочных черте­жах и в нормативно-технической докумен­тации.

Пример обозначения посадки подшипника качения класса точности 0 на вал с номи­нальным диаметром 50мм, с полем допус­ка k6 по ГОСТ 25347-82:

Ø50L0lk6 или Ø50L0-k6;

то же в отверстие корпуса с номинальным диаметром 90мм, с полем допуска Н7:

Ø90Н7ll0 или Ø90H7-l0.

Допускается на сборочных. чертежах подшипниковых узлов указывать только размер, поле допуска или предельные отклонения сопряженной с подшипником детали: Ø50k6; Ø90H7.