Подшипники качения. Общая характеристика. Основные конструкции

Подшипники качения являются основным видом опор вращающихся (качающихся) деталей. Подшипник состоит из наружного 1 и внутрен­него 2 колен, между которыми расположены тела качения 3. Для пре­дохранения тел качения от соприкосновения между собой их отделяют друг от друга сепаратором 4, который существенно уменьшает потери на трение (рис. 25.2).

Подшипники качения стандартизованы, их изготовляют в услови­ях высокоспециализированного массового производства подшипниковые заводы. Поэтому инженеру крайне редко приходится проектировать подшипники качения. Несравненно чаще требуется подобрать подшип­ник для узла опоры, спроектировать корпус опоры, обеспечивая тех­нологичность, контроле- и ремонтопригодность узла, а также оце­нить остаточную долговечность подшипника при модернизации или форсировании режима работы оборудования.

Классификация. Подшипники качения классифицируют по ниже перечисленным признакам.

I. По форме тел качения подразделяют на:

шариковые;

роликовые с короткими цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми роликами.

Рис. 25.2. Шарикоподшипники

Рис. 25.3. Роликоподшипники

II. По направлению воспринимаемых относительно оси вала сил разделяют на типы:

радиальные (рис. 25.2 а, 25.3 а), воспринимающие преимущественно радиальные нагрузки, действующие перпендикулярно оси вращения подшипника;

радиально-упорные (рис. 25.2 б, 25.3 б), воспринимающие одновре­менно действующие радиальные и осевые нагрузки;

упорно-радиальные, воспринимающие осевые нагрузки при одновременном действии незначительной радиальной нагрузки;

упорные, воспринимающие только осевые силы.

Ш. По способности самоустановки подразделяют на несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся, допускающие поворот оси внутрен­него кольца по отношению к оси наружного кольца.

IV. По числу рядов тел качения, расположенных по ширине, делят не однородные (рис. 25.2; 25.3), двухрядные, четырехрядные и многорядные.

Основными потребительскими (внешними) характеристиками подшипников являются грузоподъемность, быстроходность, масса, габа­риты, потери энергии.

Подшипники одного и того же диаметра отверстия подразделяют по наружному диаметру и ширине на серии: сверхлегкую, особо легкую, легкую, легкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжелую.

Для особо высокой частоты вращения и легких нагрузок це­лесообразно использовать под­шипники сверхлегкой и особо легкой серий. Для восприятия повышенных и тяжелых нагрузок при высокой частоте вращения используют подшипники легкой серии, а при недостаточной их грузоподъемности размещают в одной опоре по два подшипника.

Кроме стандартных под­шипников, по специальному обо­снованию изготовляют особые подшипники.

Достоинства и недостатки подшипников. Подшипники качения имеют ряд достоинств по сравнению с подшипниками скольже­ния: меньшие (в 2-3 раза) осевые размеры; меньшее трение и сопро­тивление пуску под нагрузкой и вращению при небольших и средних частотах вращения, постоянство сопротивления вращению; простоту технического обслуживания и подачи смазочного материала; низкую стоимость и взаимозаменяемость.

Недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения следующие: большие радиальные размеры; малая радиальная жесткость и, как следствие, склонность к возникновению колебаний вала из-за ритмичного прокатывания через нагруженную зону опоры; более сложный монтаж; большее сопротивление вращении (из-за трения между телами качения, кольцами, сепаратором и гид­равлических потерь) при высоких частотах вращения и, как следствие, низкая долговечность (из-за перегрева).

Промышленность изготовляет подшипники качения пяти классов точности: 0, 6; 5; 4 и 2. Обозначения даны в порядке повышения точности, определяемой допусками на изготовление элементов, а также нормами плавности вращения (хода).

Основные размеры подшипников установлены ГОСТ 3478-79 (СТ СЭВ 402-76). В них входят: внутренний d и наружный D диа­метры, ширина B (высота Н) и радиус r фасок колец.

Материалы деталей подшипников. Кольца и тела качения подшип­ников изготовляют в основном из шарикоподшипниковых высокоуглеро­дистых хромистых сталей ШХ15 и ШХ15СГ, ШХ20СГ, а также цементу­емых легированных сталей 18ХГТ, 20Х2Н4А и др. При рабочей темпе­ратуре до 100 °С тела качения и кольца имеют обычно твердость 60-64 HRC, шарики – 62-65 HRC.

Кольца и тела качения подшипников, работающих при повышенных температурах (до 500 °С), в агрессивных средах, изготовляют из жаропрочных и коррозионно-стойких сталей.

Сепараторы подшипников подвержены интенсивному изнашиванию из-за трения скольжения с телами качения и кольцами, поэтому се­параторы изготовляют из антифрикционных материалов. Сепараторы массовых подшипников изготовляют штамповкой из мягкой углеродис­той стали, обладающей неплохими антифрикционными свойствами. Се­параторы высокоскоростных подшипников выполняют массивными из текстолита, фторопласта, дуралюмина, латуни и бронзы (материалы перечислены в порядке увеличения быстроходности подшипника) .

Основные типы подшипников и их характеристики приведены в справочниках.

25.3. Динамическая грузоподъемность подшипников качения.
Выбор подшипников и определение их ресурса

Динамическая грузоподъемность подшипников. Расчет удобнее выполнять по действующей нагрузке R.

(25.6)

где L – номинальная долговечность подшипника, млн. оборотов; С – динамическая грузоподъемность, Н; R – эквивалентная нагруз­ка, Н; q – показатель степени кривой усталости подшипника;

– расчетная долговечность подшипника, млн. оборотов; n – частота вращения кольца, мин^-1; L_h – расчетная долговечность подшипника, ч.

Под динамической грузоподъемностью С радиальных и радиально-упорных подшипников понимают (по договоренности) постоянную радиальную нагрузку (в ньютонах), которую подшипник с неподвижным наружным кольцом может воспринимать в течение номинальной долговечности в 1 млн. оборотов. Динамическая грузоподъемность упорных и упорно-радиальных подшипников – постоянная центральная осевая нагрузка (в ньютонах), которую подшипник может воспринимать в тече­ние номинальной долговечности в 1 млн. оборотов одного из колец.

Принимают q = 3 (m = 9) для шарикоподшипников и q = 3.33 (m= 6.66) для роликоподшипников.

Эквивалентную нагрузку для подбора подшипников определяют с учетом особенности их работы в эксплуатационных условиях:

(25.7)

где V – коэффициент вращения (V= 1 при вращении внутреннего кольца, V=1.2 при вращении наружного кольца); K_б – коэффициент безопасности, учитывающий влияние на долговечность подшипников ха­рактера внешних нагрузок; K_T – температурный коэффициент; F_r – радиальная сила; F_а– осевая сила; x – коэффициент радиальной нагрузки; y – коэффициент осевой нагрузки.