Осевые подшипники привода EUK 1 глава

Подшипники качения рассчитываются тогда, когда рассчитаны силы во всех зацеплениях, известны все моменты, действующие на валах, намечены места размещения опор валов и определены реакции опор. Эти реакции (радиальная F_r и осевая F_a составляющие), а также срок службы редуктора являются исходными данными для расчёта подшипников. В результате расчёта выбираются конкретные типоразмеры ("номера") подшипников.

При проектировании подшипникового узла рекомендуется придерживаться следующей методики выбора подшипников [44].

Предварительно выбирают тип подшипника, зная силы, действующие на опору, и по рассчитанному диаметру вала назначают его конкретный типоразмер. При этом если:

F_r >> F_a и F_a» 0, то принимается радиальный подшипник;

F_r>F_a и F_a >0, то принимается радиально-упорный подшипник;

F_r< F_aиF_r> 0,то принимается упорно-радиальный подшипник;

F_r << F_a и F_r » 0, то принимается упорный подшипник в сочетании с радиальным для обеспечения центрирования в радиальном направлении.

Из каталога находится грузоподъёмность динамическаяС и статическая С₀ для выбранного подшипника.

Относительная осевая нагрузка рассчитывается для каждого подшипника F_a/C_o.

Рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка:

− для радиальных, радиально-упорных и упорно-радиальных подшипников

Р_э = (VXF_r + YF_a)К_бК_Т ;

− для упорных подшипников Р_э= F_а К_б К_т,

где V – коэффициент вращения относительного вектора нагрузки (V=1 при вращении внутреннего кольца, V =1,2 про вращении наружного кольца);

X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, зависящие от типа подшипника (определяются по справочной таблице 6.2);

F_r, F_a – радиальная и осевая силы, действующие на опору. При расчете F_a необходимо учитывать величину осевой составляющей F_amin, возникающей в радиально-упорном подшипнике при действии на него радиальной силы.
F_amin = е∙F_r для шариковых подшипников и F_amin= 0,83е∙F_r для роликовых подшипников. Здесь е – параметр осевого нагружения, устанавливающий корреляцию между осевой и радиальной нагрузками.

К_б – коэффициент безопасности (динамический коэффициент), учитывающий влияние динамических условий работы, характерных для данной машины, на долговечность подшипника. К_б = 1 при спокойной нагрузке без толчков; К_б = 1,2 при лёгких толчках и небольших кратковременных перегрузках; К_б = 1,8 при умеренных толчках и средних кратковременных перегрузках; К_б = 2,5 при значительных толчках и двукратных перегрузках;

К_б = 3,5 при сильных ударах и троекратных перегрузках.

К_Т – коэффициент, учитывающий влияние температурного режима работы подшипника на его долговечность. При Т £ 100 °С К_Т =1.

Рассчитывается долговечность подшипников в часах:

L_{h расч} = (С/Р_э)^р·10⁶/60n,

где р =3 для шариковых подшипников; р = 3,3 для роликовых подшипников; n – частота вращения вращающегося кольца.

Вычисляется заданная долговечность работы механизма

L_{h зад} = T·365 ·K_год· 24 ·K_смен ·60 ·n,

где T – заданная или известная из расчёта передач долговечность работы механизма, лет.

Если L_{h расч} ≥ L_{h зад} , то предварительно выбранный подшипник пригоден.

Если L_{h расч} < L_{h зад}, должен быть выбран подшипник более тяжелой серии.

Если L_{h расч}>> L_{h зад}, то необходимо выбрать подшипник более легкой серии или изменить материал вала на более прочный (чтобы уменьшить диаметр вала).

Если в одной опоре устанавливается два одинаковых радиальных или радиально-упорных (упорно-радиальных) подшипника, то эту пару подшипников рассматривают как один двухрядный подшипник.

Тогда:

– при расчете эквивалентной нагрузки значения коэффициентов X и Y принимаются, как для двухрядных подшипников;

– при расчете номинальной долговечности учитывается динамическая грузоподъемность комплекта из двух подшипников: шариковых С_сум = 1,625С; роликовых С_сум = 1,714С.

Рассмотрим расчёт и выбор подшипников ведущего вала мультипликатора EUK привода генератора системы электроснабжения вагона от средней части оси (рис. 6.4).

Привод смонтирован на колёсной оси тележки КВЗ-ЦНИИ. Мультипликатор имеет повышающую коническую передачу U_кон = 2,8. Средний делительный диаметр колеса d₁ = 340 мм. Диметр вала для посадки подшипников 220 мм. Требуемый пробег вагона до капремонта задаётся, как L_треб = 3 млн. км, что при диаметре колеса d_кол = 950 мм соответствует 1,01·10⁹ оборотов колёсной пары. Генератор должен вырабатывать мощность N_ген = 38,4 кВт при скорости вагона V _ваг = 45 км/ч = 12,5 м/с [31].

Рис. 6.4. Мультипликатор EUK и схема вала

Предварительно рассчитаем динамические параметры, которые послужат исходными данными для выбора и расчёта подшипников:

− мощность на ведущем колесе с учётом потерь в конической передаче (примем по табл. 2.7 КПД η_кон = 0,95) N₁ = N_ген/η_кон= 38,4/0,95 = 40,42 ≈ 40,5 кВт;

− частота вращения оси при скорости вагона V _ваг = 45 км/ч

ω₁ =2V _ваг/d_кол ≈ 26,3 c⁻¹;

− вращающий момент на ведущем коническом колесе

M₁ = N₁/ω₁ = 40500/26,3 ≈ 1539 Нм;

− окружная сила в зацеплении F_t = 2 M₁/d₁ = 2·1539/0,34 = 9052 Н; направлена перпендикулярно плоскости рисунка на расчётной схеме;

− угол делительного конуса ведущего колеса

δ₁ = arctg(Z₁/Z₂) = arctg(U_кон) = arctg(2,8) ≈ 70°;

− радиальная сила в зацеплении

F_r2 = F_t tgαcosδ₁= 9052· tg20°·cos70° ≈ 1114 Н;

F_r(А)= (F_{r кол}·l₂ + F_{a кол}·d₁/2)/(l₁+l₂) = (1,114·175+3,063·170)/(95+175) = 2,65 КН.

С учётом рассчитанных реакций опор и характера работы привода целесообразно применить радиально-упорные конические роликовые подшипники. Такие подшипники как раз рекомендовано применять в жёстких двухопорных валах [8]. Они эффективно воспринимают одновременно действующие радиальные и осевые нагрузки, допускают раздельный монтаж колец при сборке и в эксплуатации, что удобно для ремонта и обслуживания привода генератора. Приспособлены для установки враспор – по одному подшипнику в каждой опоре с обратным расположением, как и требуется в нашем случае.

Выбираем для посадочного диаметра 220 мм из таблицы 6.6 подшипник широкой серии 2007144, с наружным диаметром 340 мм, динамической грузоподъёмностью С = 670 КН и углом конуса роликов 13°.

Рассчитываем эквивалентную динамическую нагрузку P_э, действующую на такой подшипник в мультипликаторе EUK: Р_э= (V∙X∙F_r(А)+Y∙F_a(А)) К_б ∙ К_Т.

Здесь коэффициент вращения относительного вектора нагрузки V = 1, поскольку вращается внутреннее кольцо; коэффициент безопасности примем в предположении сильных ударов и троекратных перегрузок, которые могут возникнуть в нештатных ситуациях в подвижном составе К_б = 3,5; коэффициент температурного режима работы К_Т =1 при Т £ 100 °С.

Коэффициенты X и Y находим по таблице 6.2 с учётом параметра осевого нагружения, который для роликовых конических однорядных подшипников равен e =1,5tgα= 1,5tg13° = 0,346. В нашем случае F_a(А)/(VF_r(А)) = 3,063/2,65 =
= 1,1558 > e,поэтому X = 0,40, а Y = 0,4ctgα = 0,4·4,33 = 1,732.

Тогда эквивалентная динамическая нагрузка подшипника Р_э= (1·0,40·2,65+
+ 1,732·3,063) · 3,5·1 = 22,28 КН.

Вычисляем расчетную долговечность выбранного подшипника при работе в мультипликаторе EUK

L_расч = (С/ Р_э)^3,3·10⁶ = (670/22,28)^3,3·10⁶ = 75,5·10⁹ оборотов.

Это значительно больше, чем требуемая долговечность L_треб = 1,01·10⁹ оборотов, поэтому выбранный подшипник 2007144можно назначать для использования в мультипликаторе EUK привода электрогенератора.

Ниже приведены таблицы с параметрами наиболее часто используемых подшипников [32]: шариковые радиальные однорядные (табл.6.3); шариковые радиально-упорные однорядные (табл. 6.4); роликовые радиальные (табл. 6.5); роликовые конические однорядные (табл. 6.6), шариковые упорные (подпятники) (табл. 6.7).

Таблица 6.3 Подшипники шариковые радиальные однорядные, ГОСТ 8338-75, основные размеры, мм
d	D	B	R	Обозначение	С, кН	С0, кН	da, min	Da, max	a
			0,5		2,70	1,50
			0,5		6,55	3,04
			0,5		7,02	3,40
			1,0		9,36	4,50
			1,5		12,7	6,20
			2,0		15,9	7,80
			2,0		30,7	16,6
			0,5		3,12	1,98
			0,5		7,32	3,68
			0,5		7,61	4,00
			1,0		11,2	5,60
			1,5		14,0	6,95
			2,0		22,5	11,4
			2,5		36,4	20,4
			0,5		3,42	2,35
			0,5		7,59	3,99
			0,5		11,2	5,85
			1,5		13,3	6,80
			2,0		19,5	10,0
			2,0		28,1	14,6
			2,5		47,0	26,7
			0,5		4,03	3,00
			0,5		10,4	5,65
			0,5		12,4	6,95
			1,5		15,9	8,50
			2,0		25,5	13,7
			2,5		33,2	18,0
			2,5		55,3	31,0
			0,5		4,16	3,35
			1,0		12,2	6,92
			1,0		13,3	7,80
			1,5		16,8	9,30
			2,0		32,0	17,8
			2,5		41,0	22,4
			3,0		63,7	36,5
			0,5		6,05	3,80
			1,0		14,3	8,13
			1,0		15,6	9,30
			1,5		21,2	12,2
			2,0		33,2	18,6
			2,5		52,7	30,0
			3,0		76,1	45,5
Продолжение таблицы 6.3
d	D	B	R	Обозначение	С, кН	С0, кН	da, min	Da, max	a
			0,5		6,24	4,25
			1,0		14,5	9,70
			1,0		16,3	10,0
			1,5		21,6	13,2
			2,0		35,1	19,8
			3,0		61,8	36,0
			3,5		87,1	52,0
			0,5		8,32	5,60
			1,5		16,0	10,0
			0,5		17,0	11,7
			2,0		28,1	17,0
			2,5		43,6	25,0
			3,0		71,5	41,5
			3,5			63,0
			0,5		8,71	7,35
			1,5		16,4	10,6
			1,0		18,6	12,4
			2,0		29,6	18,3
			2,5		52,0	31,0
			3,5		81,9	48,0
			3,5			70,0
			1,0		11,7	8,30
			1,5		17,4	11,9
		И	1,0		19,0	13,1
			2,0		30,7	19,6
			2,5		56,0	34,0
			3,5		92,3	56,0
			3,5			78,0
			1,0		12,1	9,15
			1,6		23,7	17,3
			1,0		22,2	15,3
			2,0		37,7	24,5
			2,5		61,8	37,5
			3,5			63,0
			4,0
			1,0		12,5	9,80
			1,5		24,3	16,8
			1,0		28,6	20,0
			2,0		39,7	26,0
			2,5		66,3	41,0
			3,5			72,5
			4,0
			1,0		12,4	9,80
			1,5		27,5	18,9
			1,0		33,2	23,6
			2,5		47,7	31,5
			3,0		70,2	45,0
			3,5			80,0
			4,0
Продолжение таблицы 6.3
d	D	B	R	Обозначение	С, кН	С0, кН	da, min	Da, max	a
			1,5		19,0	15,0
			2,0		31,9	22,2
			1,0		33,8	25,0
			2,0		49,4	33,5
			3,0		82,3	53,0
			4,0			90,0
			5,0
			1,5		19,5	15,6
			2,0		32,9	23,5
			1,5		41,6	29,0
			2,5		57,2	39,0
			3,0		95,6	62,0
			4,0			99,0
			5,0
			1,5		19,7	17,4
			2,0		32,9	23,5	ПО
			1,5		42,3	31,5
			2,5		60,5	41,5
			3,5			69,5
			4,0
			1,5		19,9	17,0
			2,0		44,9	32,0
			1,5		44,2	32,5
			2,5		60,5	41,5
			3,5			79,0
			4,0
			1,5		20,8	18,0
			2,0		46,5	33,5
			3,0		72,8	51,0
			3,5		133,0	90,0
			4,0		182,0	143,0
			1,5		28,1	23,6
			2,0		46,5	33,5
			3,0		81,9	57,0
			3,5		146,0	100,0			4,0
			4,0		203,0	166,0
			1,5		29,1	25,5
			2,0		53,3	40,0
			3,0		85,0	61,0
			3,5		156,0	112,0
			4,0		217,0	180,0
			2,0		38,0	35,5
			2,5		66,6	53,0
			3,0		111,0	83,0
			4,0		165,0	122,0
			2,0		48,0	43,0
			3,5		125,0	96,5
			4,0		189,0	150,0
			5,0		276,0	250,0
Продолжение таблицы 6.3
d	D	B	R	Обозначение	С, кН	С0, кН	da, min	Da, max	a
			2,2		49,4	45,5
			3,0		85,0	67,0
			3,5		143,0	112,0
			4,0		200,0	165,0
			2,0		61,8	56,0
			3,0		88,9	75,0
			3,5		168,0	134,0
			5,0		240,0	209,0
			2,0		62,4	57,0
			3,5		190,0	156,0
			5,0		229,0	196,0
			3,5		148,0	125,0
			3,5		216,0	190,0
			2,5		78,0	140,0
			3,5		153,0	132,0
			3,5		22,2	15,3
			4,0		247,0	228,0
			3,5		157,0	146,0
			4,0		255,0	245,0
			3,5		212,0	200,0
			3,0		138,0	140,0
			3,5		216,0	212,0
			5,0		302,0	315,0
			4,0		277,0	295,0
			5,0		371,0	415,0
			4,0		293,0	320,0
			6,0		462,0	570,0

−