Инженерная графика Соединения деталей с помощью болтов, винтов и шпилек Соединения разъёмные и неразъёмные Классификация деталей машин Конические зубчатые передачи Ременные передачи Резьбовые соединения

Причины поломок и критерии расчёта подшипников 

 Главная особенность динамики подшипника – знакопеременные нагрузки.

Циклическое перекатывание тел качения может привести к появлению усталостной микротрещины. Постоянно прокатывающиеся тела качения вдавливают в эту микротрещину смазку. Пульсирующее давление смазки расширяет и расшатывает микротрещину, приводя к усталостному выкрашиванию и, в конце концов, к поломке кольца. Чаще всего ломается внутреннее кольцо, т.к. оно меньше наружного и там, следовательно, выше удельные нагрузки. Усталостное выкрашивание – основной вид выхода из строя подшипников качения.

В подшипниках также возможны статические и динамические перегрузки, разрушающие как кольца, так и тела качения.

Следовательно, при проектировании машины необходимо определить, во-первых, количество оборотов (циклов), которое гарантированно выдержит подшипник, а, во-вторых - максимально допустимую нагрузку, которую выдержит подшипник.

Вывод: работоспособность подшипника сохраняется при соблюдении двух критериев: 

Долговечность.

Грузоподъёмность.

6.2.2.  Расчёт номинальной долговечности подшипника

 Номинальная долговечность это число циклов (или часов), которые подшипник должен проработать до появления первых признаков усталости. Существует эмпирическая (найденная из опыта) зависимость для определения номинальной долговечности Ln = ( C / P )a,  [млн. оборотов],

где С – грузоподъёмность, Р – эквивалентная динамическая нагрузка, a = 0,3 для шариков, a = 0,33 для роликов.

Номинальную долговечность можно вычислить и в часах

Lh = (106 / 60 n) Ln , [часов],

где n – частота вращения вала.

Эквивалентная динамическая нагрузка это такая постоянная нагрузка, при которой долговечность подшипника та же, что и при реальных условиях работы. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка.

Эквивалентная динамическая нагрузка вычисляется по эмпирической формуле 

  P = ( V X Fr + Y Fa ) KБ KТ,

где Fr , Fa – радиальная и осевая реакции опор;

V – коэффициент вращения вектора нагрузки ( V = 1 если вращается внутреннее кольцо, V = 1,2 если вращается наружное кольцо)

X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, зависящие от типа подшипников, определяются по справочнику;

КБ  – коэффициент безопасности, учитывающий влияние динамических условий работы (КБ = 1 для передач, КБ = 1,8 для подвижного состава),

КТ – коэффициент температурного режима (до 100оС КТ =1).

Грузоподъёмность это постоянная нагрузка, которую группа идентичных подшипников выдержит в течение одного миллиона оборотов. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных - центральная осевая нагрузка. Если вал вращается медленнее одного оборота в минуту, то речь идёт о статической грузоподъёмности C0, а если вращение быстрее одного оборота в минуту, то говорят о динамической грузоподъёмности C. Величина грузоподъёмности рассчитывается при проектировании подшипника, определяется на экспериментальной партии подшипников и заносится в каталог.

6.2.3. Методика выбора подшипников качения

 Опытный проектировщик может назначать конкретный тип и размер подшипника, а затем делать проверочный расчёт. Однако здесь требуется большой конструкторский опыт, ибо в случае неудачного выбора может не выполниться условие прочности, тогда потребуется выбрать другой подшипник и повторить проверочный расчёт.

Во избежание многочисленных "проб и ошибок" можно предложить методику выбора подшипников, построенную по принципу проектировочного расчёта, когда известны нагрузки, задана требуемая долговечность, а в результате определяется конкретный типоразмер подшипника из каталога [31].

Методика выбора состоит из пяти этапов:

Вычисляется требуемая долговечность подшипника исходя из частоты вращения и заданного заказчиком срока службы машины.

По найденным ранее реакциям опор выбирается тип подшипника (радиальный, радиально-упорный, упорно-радиальный или упорный), из справочника находятся коэффициенты радиальной и осевой нагрузок Х, У.

Рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка.

Определяется требуемая грузоподъёмность  C = P*L(1/α).

По каталогу, исходя из требуемой грузоподъёмности, выбирается конкретный типоразмер ("номер") подшипника, причём должны выполняться два условия:

грузоподъёмность по каталогу не менее требуемой;

внутренний диаметр подшипника не менее диаметра вала.

6.2.4. Особенности проектирования подшипниковых узлов

 Неточность монтажа, нагрев, деформации вала могут привести к заклиниванию вращающихся колёс, что, особенно в момент движения, чревато весьма неприятными последствиями. Предотвращение этого достигается различными мероприятиями [2, 14,24,25]:

Глубиномер прикреплён к рамке подвижной губки. Измеряемая глубина отсчитывается так, как и при измерении толщины или диаметра детали.

Микрометр. Микрометр (фиг. 213) является более точным измерительным инструментом, чем штангенциркуль. С помощью микрометра можно производить измерения с точностью до 0,01 мм.

Микрометр состоит из плоской скобы 7, пятки 2, шпинделя 3, зажимного кольца 4, трубки с делениями 5, гильзы 6 и трещотки 7. С трубкой 5 соединён подвижный шпиндель 3 с резьбой, имеющей шаг 0,5 мм.

Вращением гильзы можно установить шпиндель на нужную величину. В случае, когда шпиндель упрётся в пятку, т. е. когда расстояние между пяткой и торцом шпинделя равно нулю, нулевое деление нониуса должно быть на нулевом делении трубки. Головка трещотки связана с трещоткой внутри микрометра. Трещотка позволяет сохранять определённое постоянное давление шпинделя на измеряемый предмет. В случае превышения этого давления головка начинает проскакивать, производя при этом треск.

На трубке и скошенной кромке гильзы имеются деления, число которых на гильзе равно 50, а на трубке — соответственно номинальному размеру микрометра. Расстояние между делениями на трубке равно 0,5 мм. При одном полном обороте гильзы шпиндель перемещается на 0,5 мм. Таким образом, при повороте гильзы на одно деление шпиндель переместится на 0,01 мм.

По делениям на трубке отсчитывают целое число и половины миллиметров, а по делениям на гильзе—сотые доли миллиметра.

Сумма отсчётов на трубке и гильзе показывает расстояние между пяткой и торцом шпинделя микрометра.

На фиг. 214, а показаны деления микрометра, установленного на величину, равную 14,31 мм, а на фиг. 214, б — на 12,38 мм.

При измерении микрометром во избежание ошибок необходимо с момента подхода шпинделя к измеряемой детали примерно на расстоянии 1—2 мм вращать не гильзу, а головку трещотки.

Микрометрический штихмас. Штихмас (фиг. 215) служит для измерения диаметров отверстий и по устройству имеет сходство с измерительным устройством микрометра. Шгихмас состоит из гильзы, снабжённой наконечником со сферической поверхностью 2. В гильзу 7 входит микрометрический винт, имеющий на конце сферическую поверхность 5. Результаты измерения отсчитываются по делениям на трубке 3 (целые числа и половины миллиметров) и по делениям гильзы 4 (сотые доли миллиметра). Таким образом, результат измерения является суммой двух отсчётов.

Как и у микрометра, на скошенной кромке гильзы имеется 50 делений, а на трубке 3 штихмаса нанесены миллиметровые деления.

Если гильза 4 сделает один полный оборот, то винт с наконечником 5 переместится на 0,5 мм, следовательно, при повороте гильзы на одно деление её шкалы, т. е. на 1/50 часть оборота, винт переместится на 0,01 мм.

На фиг. 215 штихмас показывает, что расстояние между торцами наконечников 2 и 5 равно 82 мм. Эта величина получилась от сложения двух размеров: номинального размера штихмаса, равного 63 мм (за номинальный размер штихмаса принимают расстояние между мерительными торцами 2 и 5 при совпадении нуля нониуса с нулевым делением трубки) и отсчёта по делениям трубки и нониуса. В данном случае эта величина составляет 19 мм. Таким образом, 63+19=82 мм.

Валы и оси Колёса передач установлены на специальных продолговатых деталях круглого сечения. Среди таких деталей различают оси и валы

Валы и оси поддерживаются специальными деталями, которые являются опорами. Название "подшипник" происходит от слова "шип" (англ. shaft, нем. zappen, голл. shiffen – вал). Так раньше называли хвостовики и шейки вала, где, собственно говоря, подшипники и устанавливаются.


Упрощенные и условные изображения крепежных деталей