16.3. Выбор и проверка подшипников качения по динамической грузоподъемности

Подшипники качения подбирают на основе расчетных формул по ГОСТ 18855-82. Эти формулы действительны для подшипников, работающих при постоянных по значению и направлению (или приводимых к ним) нагрузках, при частоте вращения ниже предельной Япред (значения ее приводятся в каталогах подшипников). Формулы получены исходя их критерия усталостной прочности элементов подшипника при температуре до 125°С.

Выбор подшипников качения при частоте вращения свыше производят по эквивалентной динамической нагрузке, под которой понимают такую постоянную радиальную или осевую центральную нагрузку, при действии которой долговечность подшипника будет, как и в условиях действительной нагрузки.

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка для шариковых радиальных, радиально-упорных и роликовых радиальноупорных подшипников определяется но формуле

для роликовых радиальных

Эквивалентная динамическая осевая нагрузка для шариковых и роликовых упорных подшипников

для шариковых и роликовых упорно-радиальных подшипников

где X — коэффициент радиальной нагрузки; V — коэффициент вращения; F - радиальная нагрузка на подшипник; - коэффициент осевой нагрузки; - осевая нагрузка на подшипник. Коэффициенты X и приводятся в табл. 16.4, 16.6, 16.9, 16.12. Коэффициент при вращении внутреннего кольца по отношению к направлению нагрузки и — при неподвижном по отношению к направлению нагрузки внутреннем кольце.

Для характеристики нагрузочной способности подшипникоз качения вводятся понятия базовой динамической радиальной грузоподъемности и базовой динамической осевой грузоподъемности Под понимают такую постоянную радиальную нагрузку, которую подшипник может воспринимать при базовой долговечности составляющей один миллион оборотов. Базовой считается долговечность при надежности. Под понимается такая постоянная центральная осевая нагрузка, которую подшипник может воспринимать при базовой долговечности составляющей один миллион оборотов. Значения приводятся в каталогах подшипников (табл. 16.3...16.11). Их можно определить также по формулам, приводимым в ГОСТ 18855-82.

Между (млн. оборотов) установлены зависимости:

для шариковых радиальных и радиально-упорных подшипников

для шариковых упорных и упорно-радиальных

для роликовых радиальных и радиально-упорных

для роликовых упорных и упорно-радиальных подшипников

Эти формулы применимы для случаев, когда не превышает

Подбор радиальных (при отсутствии осевой нагрузки) и упорных подшипников производится по требуемой динамической грузоподъемности соответственно условиям:

где — соответственно базовая динамическая радиальная и осевая грузоподъемность подшипника по данным каталога.

Требуемая долговечность подшипника (млн. оборотов) связана со сроком его службы:

где — частота вращения подшипника, требуемый срок службы подшипника, (рекомендуемые значения приводятся в табл. 16.13).

Для под радиально-упорных, упорно-радиальных подшипников всех типов, а также радиальных шарикоподшипников при совместном действии на них радиальных и осевых нагрузок необходимо, задаваясь типоразмером подшипника, методом последовательных приближений добиться удовлетворения приведенных выше условий: для радиально-упорных шарико- и роликоподшипников, радиальных шариковых подшипников и для упорных и упорно-радиальных при минимальной разнице между Стр и Скат.

В большинстве случаев диаметр вала под подшипник задается по конструктивным соображениям. Соответственно этому диаметру выбирается типоразмер подшипника, по одной из формул (16.5)...(16.8), а затем по формуле (16.9) можно определить фактическую долговечность подшипника. Если она окажется значительно отличающейся от заданной или рекомендуемой, подбирают другой типоразмер подшипника. Можно также принять другой срок службы подшипника, назначив его кратным межремонтным срокам службы проектируемой машины.

При выборе типоразмера подшипника предпочтение следует отдавать шарикоподшипникам класса точности 0 легких серий для

тихоходных валов и средних серий — для быстроходных и промежуточных.

Расчет подшипника с частотой вращения производится при

При переменных режимах работы часто задается график нагрузки (в виде гистограммы нагрузок или моментов), из которого по формулам можно определить постоянные эквивалентные нагрузки на подшипник действующие в течение соответственно млн. циклов (оборотов). В этом случае приведенная эквивалентная нагрузка Р, при которой долговечность подшипника предполагается такой же, как и при заданных нагрузках,

где

Значение Р используется для подбора подшипника по приведенным выше формулам. График нагрузки обычно задается в виде гистограммы моментов для одного из валов привода (чаще всего — выходного). Зная передаточные числа ступеней привода, можно построить такие графики для каждого вала, а затем, определив нагрузки на их подшипники, по формуле (16.9) определить число циклов действия соответствующих нагрузок, по формуле (16.10) приведенную эквивалентную нагрузку.

Необходимо отметить, что от действующих нагрузок на подшипник сильно зависит его долговечность (в степени 3 или 10/3). Поэтому крайне важно иметь исходные данные по нагрузкам, возможно более точно отражающие их изменение во времени. В гистограмму нагрузок или моментов должны входить все составляющие нагрузочного спектра, в том числе и кратковременно действующие. Если такой гистограммы нет, но имеются данные о характере нагружения, для ориентировочных расчетов можно воспользоваться числовыми значениями так называемых коэффициентов безопасности (см. табл. 16.14), на которые следует умножать эквивалентную нагрузку или определенную по формулам

При рабочей температуре подшипника свыше 125°С эквивалентную нагрузку Р умножают на температурный коэффициент равный 1,05; 1,1; 1,17; 1,25; 1,33 и 1,4 соответственно при температуре 125; 150; 175; 200; 225; 250 °С.

Методы расчета подшипников качения для специфических условий их эксплуатации см. в [13].

При уточненных расчетах радиально-упорных однорядных подшипников учитывают осевую составляющую радиальной нагрузки (рис. 16.10). Для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников осевая составляющая для конических роликоподшипников (в — коэффициент осевого нагружения, приводится в табл. 16.4, 16.6, 16.9, 16.12). Результирующие осевые нагрузки на подшипник определяются в зависимости от соотношения внешней осевой силы и составляющих При

а также при результирующие осевых сил . При результирующие Силы подставляются в формулу (16.1) вместо силы

При расчете базовой динамической радиальной грузоподъемности для двух одинаковых радиальных однорядных шарико-, радиально-упорных однорядных шарико- или роликоподшипников, установленных рядом на одном валу и образующих один подшипниковый узел, пару подшипников рассматривают соответственно как один радиальный или радиально-упорный двухрядный подшипник.

Рис. 16.10. Схема действия внешних сил на радиально-упорные подшипники при установке их: а — широкими торцами наружных колец внутрь; б — широкими торцами наружных колец наружу

Для расчета долговечности подшипников с надежностью, превышающей используют формулу

где — расчетная долговечность (млн. оборотов) для надежности — коэффициент долговечности, который при вероятностях отказа равных 5, 4, 3, 2 и принимает соответственно значения 0,62; 0,53; 0,44; 0,33; 0,21.

Расчетная долговечность подшипника может быть также скорректирована при учете особых свойств его материала и условий эксплуатации с помощью специальных коэффициентов, значения которых приводятся в приложении к коэффициента долговечности, учитывающего особые свойства материала; — коэффициента долговечности, учитывающего особые условия эксплуатации. Значения задает завод-изготовитель, значения могут быть определены опытным путем. Эти коэффициенты взаимосвязаны, их можно оценить некоторым обобщенным коэффициентом значения которого приводятся в [13] для следующих трех видов использования подшипников: 1) обычные условия применения подшипников; 2) на рабочих поверхностях колец и тел качения достаточно смазочного материала для обеспечения гидродинамической пленки масла между ними; повышенные перекосы в узле отсутствуют; 3) кольца и тела качения изготовлены из электрошлаковой или вакуумной стали; между рабочими поверхностями колец и

тел качения имеется гидродинамическая пленка масла и перекосы в подшипнике отсутствуют.

Для этих условий коэффициент принимает следующие значения:

для шарикоподшипников

При расчетах долговечности подшипников по формулам (16.5)...(16.8) полученное значение следует умножать на коэффициент

Значения базовой динамической грузоподъемности подшипников приводятся в табл. с учетом того, что при определении базовой долговечности подшипников по формулам значение будет умножаться на коэффициент , т. е. расчет будет вестись по формуле (16.12).