Курс лекций по теме Детали машин и основы конструирования

Подшипники качения

Подшипником называют опору или направляющую, определяющую положение движущихся частей по отношению к другим частям механизма. Подшипники, работающие преимущественно на движение с трением качения, называют подшипниками качения, а на движение с трением скольжения — подшипниками скольжения. Подшипник качения включает в себя детали с дорожками качения и тела качения.

Достоинства подшипников качения.

1. Полная взаимозаменяемость, готовность к эксплуатации без дополнительной подгонки или приработки.

2. Малые осевые размеры, простота монтажа и эксплуатации.

3. Малая потребность в смазочном материале. Подшипники с защитными шайбами заполняют пластичным смазочным материалом при изготовлении. Этого запаса хватает на весь срок работы.

4. Малые потери на трение, особенно при трогании с места и невысоких частотах вращения, незначительный нагрев при работе.

5. Малое использование дефицитных цветных металлов при изготовлении. 6. Малая стоимость изготовления в связи с массовым производством.

Недостатки подшипников качения.

1. Большие радиальные размеры.

2. Малая жесткость.

3. Большое сопротивление вращению, шум и низкая долговечность при высоких частотах вращения.

4. Чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.

Применение. Подшипники качения являются основным видом опор в машинах: в легковом автомобиле более 30 типоразмеров подшипников, в грузовом автомобиле — более 120, в самолете — бо­лее 1000 и т.д.

Классификация подшипников качения. Подшипники качения передают силы между валом и корпусом при относительном их вращении. Нагружающие подшипник силы подразделяют на:

– радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;

– осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

по форме тел качения (рис. 82) — шариковые (а) и роликовые (б — з), причем последние могут быть с роликами: цилиндрическими короткими (б), длинными (в) и игольчатыми (г), а также бочкообразными (д), коническими (е), бомбинированными (ж) — с небольшой (7–30 мкм на сторону) выпуклостью поверхности качения (бомбиной) и витыми (з) – пустотелыми;

по направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, предназначенные для восприятия радиальных сил; некоторые типы могут воспринимать и осевые силы; радиально–упорные — для восприятия радиальных и осевых сил; подшипники регулируемых типов без осевой силы работать не могут; упорные — для восприятия осевых сил; радиальную силу не воспринимают; упорно–радиальные — для восприятия осевых и небольших радиальных сил;

по числу рядов тел качения — одно–, двух– и четырехрядные;

по основным конструктивным признакам — самоустанавливающиеся (например, сферические самоустанавливаются при угловом смещении осей вала и отверстия в корпусе) и несамоустанавливающиеся; с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца, сдвоенные и др.

Рисунок 82 – Виды тел качения подшипников

Назначение основных деталей подшипника. На рис. 83 показано осевое сечение шарикового радиального однорядного подшипника. Основные детали подшипника:

1 — внутреннее кольцо с диаметром d отверстия; 2 — наружное кольцо; D — наружный диаметр подшипника; 3 — тело качения — шарик; Dw — диаметр тела качения; 4 — сепаратор; охватывает тела качения и перемещается вместе с ними.

Кольца подшипников имеют желоба (канавки), служащие направляющими для тел качения.

Сепаратор (см. сечения А–А и Б–Б на рис. 30.2) предназначен для направления, удержания тел качения в определенном положении (с целью обеспечения соосности колец) и для разделения тел качения от их непосредственного контакта (с целью уменьшения изнашивания и потерь на трение). При невысоких частотах вращения и при качательном движении применяют подшипники без сепараторов (например, подшипники крестовин карданных валов).

Рисунок 83 – Осевое сечение шарикового радиального однорядного подшипника

Основное применение имеет змейковый сепаратор, состоящий из двух волнистых кольцеобразных полусепараторов, соединенных между собой заклепками; в быстровращающихся узлах и подшипниках высокой точности применяют массивные сепараторы (цельные или составные), обеспечивающие более точное положение тел качения относительно колец подшипников.

Посадки колец подшипников. Различают три случая нагружения колец подшипников:

циркуляционное – кольцо вращается относительно линии действия нагрузки;

местное – кольцо неподвижно относительно линии действия нагрузки;

колебательное – кольцо не совершает полного оборота относительно линии действия нагрузки.

При циркуляционном погружении соединение колец с валом или корпусом должно быть выполнено обязательно с натягом, исключающим проворачивание и обкатывание кольцом сопряженной детали. При недостаточном натяге и циркуляционном нагружении между кольцом и посадочной поверхностью может появиться зазор в разгруженной зоне, что приводит к обкатыванию кольцом сопряженной поверхности, ее развальцовке, контактной коррозии, истиранию, снижению точности вращения и разбалансировке.

При местном нагружении применяют посадки, допускающие небольшой зазор. Обкатывания кольцами сопряженных деталей при таком нагружении не происходит, а нерегулярное проворачивание невращающегося кольца полезно, так как меняется положение его зоны нагружения, что способствует повышению долговечности подшипника. Кроме того, такое сопряжение облегчает осевые перемещения колец при монтаже, при регулировании зазоров в подшипниках и при температурных деформациях.

Посадки подшипников отличаются от обычных расположением и значением полей допусков на посадочные поверхности колец. Подшипник является основным комплектующим изделием, не подлежащим в процессе сборки дополнительной доводке. Требуемые посадки в соединении колец получают назначением соответствующих полей допусков на диаметры вала или отверстия в корпусе (рис. 84).

Интенсивность нагружения подшипникового узла оценивают отношением эквивалентной нагрузки Р к базовой динамической грузоподъемности С.

В соответствии с этим различают режимы нагружения:

легкий – ;

нормальный –;

тяжелый – .

Режимам с большими значениями отношения Р/С должны соответствовать более плотные посадки. Роликовые подшипники работают, как правило, при больших нагрузках, поэтому и посадки роликоподшипников более плотные, чем шарикоподшипников.

Рисунок 84 – Требуемые посадки в соединении колец подшипников

На главную