Подшипник для большой нагрузки. Выбор подшипников качения. Пространство для размещения подшипника

Выбор подшипников зависит от трех основных факторов: нагрузки, скорости и срока службы. Но при этом следует принимать во внимание и другие условия работы, равно как и затраты на установку, эксплуатационные расходы и доступность на рынке. Необходимо учесть следующие аспекты:

Нагрузка: радиальная, осевая или комбинированная? Какова её величина? Какова она по своему характеру: равномерная, легкая ударная или тяжелая ударная?

Скорость: постоянная или переменная? Какова её величина? Движение однонаправленное или колебательное? Скорости вращения подшипников ограничены классом точности, используемой смазкой, конструкцией сепаратора и уплотнений.

Требуемый срок службы: как долго должен проработать подшипник? Обычно это обозначается количеством часов работы при заданной скорости и нагрузке.

Шум и вибрации: будет ли подшипник работать в условиях, где шум нежелателен или при высоких скоростях, когда необходима точная балансировка для предотвращения вибраций?

Перекос: присутствует ли он? На какой градус?

Температура: каковы температуры рабочей и окружающей среды? На рабочую температуру влияют скорость, нагрузка и внешние источники тепла.

Условия среды: присутствуют ли загрязняющие или коррозионные вещества? Если да, то какие и в каком количестве?

Как только эти параметры определены и вычислены, соотнесите возможности различных типов подшипников с требованиями конкретного применения. Чтобы правильно выбрать подшипник, учитывайте не только условия эксплуатации, но и требования по техническому обслуживанию, а также совокупную стоимость.

Силы и расположение подшипников качения

На роликовые подшипники действуют различные силы. Сосредоточенная нагрузка возникает, когда сила, действующая в радиальном направлении действует статический на неподвижном опорном кольце. Для окружных нагрузок радиальная сила действует на кольцевое кольцо подшипника. То есть, за один оборот подшипника, точно каждая точка дорожки качения когда-то нагружается действующей силой.

Примечание: Кольцо с круговой нагрузкой должно быть зафиксировано, так как оно будет вращаться при изменении нагрузки и повредить сиденье подшипника, кольцо с проколом также может быть ослаблено. Сила, всегда действующая в одной и той же точке дорожки, не может заставить дорожку работать или скользить. Угол давления α и при этом напорная линия, зависящая от них, зависит от катящегося элемента и дорожки качения. Они представляют собой линию, в которой возникающие силы передаются из одной дорожки качения по катящимся элементам в другую дорожку качения в подшипнике.

Подшипники скольжения используются в основном там, где требования к грузоподъемности и максимальной скорости невелики и точность не слишком важна. Среди преимуществ можно назвать малые первоначальные и сборочные затраты.

Подшипники качения могут выдерживать более высокие нагрузки и скорости. Они имеют наименьшее трение и энергозатраты на вращение. Характер нагрузки обычно определяет тип подшипника качения для конкретного применения. Например, при преобладающей осевой нагрузке требуется использование упорного или радиально-упорного подшипника, либо конического роликоподшипника. При больших радиальных нагрузках необходимы роликовые подшипники.

Радиальные подшипники имеют угол α α 0-445 °. Угол наклона осевых подшипников находится между 45 ° и 90 °. Точка пересечения линий давления называется центром давления. Здесь действуют силы, действующие на подшипник. При увеличении угла под давлением α в радиальном подшипнике увеличиваются осевые силы. Если подшипник аксиально и радиально действует, то результирующий угол нагрузки β равен. В качестве строительного правила следует отметить, что α и β должны быть примерно одинакового размера, чтобы использовать максимальную несущую способность подшипника.

Шариковые подшипники обычно используются для высоких скоростей, в отличие от роликовых подшипников, в том числе, конических и сферических, которые лучше подходят для больших нагрузок. Важно отметить, что сферические роликоподшипники являются динамически самоустанавливающимися, чего нельзя сказать о конических роликоподшипниках, которые, однако, имеют более высокую осевую грузоподъемность.

Радиальная игра обычно также называется несущим воздухом. Это, соответственно, возможная смещаемость подшипника в осевом или радиальном направлении. Различают осевой и / или радиальный зазор не установленного подшипника и рабочий воздух установленного подшипника. В случае конструкции всегда следует помнить, что осевой и радиальный ход подшипника изменяется до тех пор, пока не будет достигнута рабочая температура.

Факторы, влияющие на осевую и радиальную игру. Условия монтажа упругие деформации рабочей нагрузки подшипника. . В случае регулируемых и разделенных подшипников качения, таких как конические роликовые подшипники, диаметр внешнего кольца в демонтированном и смонтированном состоянии должен измеряться в диапазоне микрометров во время сборки, чтобы определить значение для обрушения наружного кольца после установки и, следовательно, необходимое предварительное натяжение на внутреннем кольце, который требуется для конкретного дизайна.

При выборе подшипникового узла учитывайте размер вала, радиальные и осевые нагрузки, динамические характеристики, скорость вращения, ограничения при установке и условия рабочей среды.

Первый шаг при выборе подшипникового узла – это определение размера вала с учетом изгибающих и скручивающих нагрузок. При этом опрокидывающие усилия или нагрузки, возникающие при больших межцентровых расстояниях, могут потребовать использования валов большого диаметра, даже при небольших нагрузках на подшипники. В таких случаях целесообразно использовать облегченные подшипники или обработать торцы вала под подшипники меньшего размера. Необходимо иметь в виду, что на выбор вала влияют не только технические требования. Его размер может быть продиктован конструктивной унификацией, рыночным ассортиментом и тому подобными факторами.

Неправильно определенные значения приводят к чрезмерно высокой или слишком низкой предварительной нагрузке, что может привести к следующим симптомам. Увеличенный износ Уменьшенный срок службы Увеличенное трение качения и, следовательно, увеличение тепловыделения в подшипнике, не достигающее требуемого поглощения силы, не достигающего требуемой жесткости. Ущерб другим компонентам системы. . Предпочтительно использовать подшипниковое устройство с двумя подшипниками качения на валу.

В этом подшипниковом подшипнике фиксированный подшипник принимает часть радиальных сил и осевых сил в обоих направлениях. Подшипники качения, которые не могут быть смещены сами по себе, такие как, например, Для определения положения неподвижного подшипника внутренние и внешние кольца закреплены на валу и в корпусе.

Способ соединения подшипника с валом выбирается на основе соотношения затрат и рабочих характеристик. Простота установки важна как при проектировании, так и при эксплуатации. В некоторых случая техобслуживание оборудования требует частой разборки подшипника. В таких случаях целесообразно использование подшипниковых узлов, простых в установке и разборке.

Плавающий подшипник принимает только радиальные силы и перемещается в осевом направлении. Таким образом, изменения в длине из-за допусков на тепловое расширение или производство могут быть компенсированы. В этом случае используются преимущественно разделяемые подшипники, которые допускают осевое смещение, Игольчатый или цилиндрический роликовый подшипник.

Здесь радиальная сила разделяется между обоими подшипниками, как в случае подшипников с неподвижным подшипником. Однако оба подшипника поглощают осевые силы в одном направлении. В этом устройстве проводится различие между плавающими и неподвижными подшипниками.

Выбирайте подшипниковый узел, учитывая особенности его опорных элементов и окружающих конструкций, равно как прочностные требования. Также принимайте во внимание факторы, влияющие на установку, такие как зазоры и дополнительные детали, требующиеся для монтажа. В большинстве случаев корпус передает нагрузку на монтажную конструкцию через опорную и контактную поверхность, а крепежные болты обеспечивают только крепление и фиксацию. Если с корпуса на крепежные элементы передается нагрузка, внимательно рассчитайте их размер, конфигурацию крепежных отверстий, процедуру установки, прочность корпуса и другие параметры, влияющие на грузоподъемность конструкции в целом.

Преимущество этой компоновки в том, что она особенно продуктивна и используется, когда не требуется точное осевое наведение вала. Для этой компоновки используются два самонесущих подшипника, таких как, например, шариковый подшипник с рифлением, которые затем закрепляются зеркально подобным образом, так что оба подшипника позволяют осевому воспроизведению, который ранее был определен в конструктивном смысле в одном направлении. Это достигается за счет зазора в точечном кольце.

После регулировки регулировочная гайка должна быть закреплена с помощью подходящих крепежных элементов. Предварительно натяжная установка часто используется в подшипниках ступицы колеса или абатментах шпинделя станков. За этой ссылкой находится таблица возможных механизмов хранения и их задач.

Также учитывайте прочность материалов корпуса и его конфигурацию. Стационарный подшипниковый узел с толстостенным усиленным корпусом из серого литейного чугуна может оказаться прочнее, чем стальной корпус более легкой конструкции, несмотря на больший предел прочности стали.

Габариты подшипников качения назначают на первом этапе компоновки (эскизного проектирования) сугубо ориентировочно – по ширине В = 18…27 мм, по диаметру наружных колец D =70..120 мм. Меньшие значения рекомендуются для входных валов; большие – для выходных валов редукторов средних размеров общего назначения (a w £ 350 мм). Для промежуточных валов можно брать усредненные значения.

При установке подшипников качения важно фиксировать дорожки качения в корпусе и на валу. Бегущие дорожки не должны вращаться или скользить в осевом направлении во время работы. Для этой цели выбирается подходящая подгонка. Используемые поля допуска отображаются на графике.

Перерегулирующие и переходные устройства между валом и отверстием подшипника или корпуса и внешнего кольца эффективно предотвращают совместное вращение дорожек качения из-за возникающего давления по окружности. В качестве альтернативы, подшипник может быть зажат посредством осевого предварительного напряжения.

Перед размещением подшипников решается вопрос об их смазке. Система смазки выбирается в зависимости от скорости вращения тихоходных зубчатых колес. Если скорость небольшая (v£ 2 м/с), способ разбрызгивания может не обеспечить смазку подшипников и тогда для подшипников планируют раздельную смазку (пластичными маслами).

Для дальнейшего конструирования необходимо выбрать тип и размеры подшипника по воспринимаемым нагрузкам и диаметру вала. Ниже приведены виды наиболее часто используемых подшипников.

При выборе подгонки и типа крепления подшипника необходимо учитывать, что воздух подшипника уменьшается, а износ может быть увеличен или срок службы подшипника может быть уменьшен. Таким образом, выбранная подгонка и используемый подшипник являются взаимозависимыми и могут быть прояснены наиболее просто путем консультаций с изготовителем или с инструкциями по его установке.

Типы и использование подшипников качения

Использование шарикоподшипников с канавками желательно, потому что, помимо их высокой точности работы и их благоприятных установочных размеров, их можно получить по очень низким ценам.

Однорядный радиальный шарикоподшипник

Однорядные наклонные шарикоподшипники. Примечание. . Однорядные угловые шарикоподшипники имеют увеличенное плечо на внутреннем и внешнем кольце и не могут быть разобраны в большинстве случаев. Из-за большего числа элементов качения и большей опоры плеча этот подшипник позволяет абсорбировать более высокие осевые силы, чем с шарикоподшипниками с рифлением.

На рис. 1.7 представлены типы подшипников: а – шариковый радиальный; б – шариковый двухрядный сферический; в – роликовый радиальный; г – шариковый радиально-упорный; д – роликовый радиально-упорный; е – шариковый упорный. Ниже даны основные размеры подшипников.

Выбор типа подшипника зависит от вида редуктора. Для опоры валов редукторов с цилиндрическими прямозубыми колесами чаще всего используют шариковые радиальные подшипники (рис. 1.7, а ) легкой серии. Если при последующих расчетах грузоподъемность подшипника окажется недостаточной, применяют подшипники последующих серий большей грузоподъемности.

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники

Радиальные шарикоподшипники представляют собой разборные подшипники, у которых разборное наружное кольцо имеет плечо, благодаря чему они могут поглощать осевые силы только в одном направлении. Эти подшипники не подходят для приема высоких радиальных или осевых усилий и стандартизированы только до диаметра отверстия 30 мм.

Цилиндрические роликоподшипники

Использование: подшипники с низкой нагрузкой, в измерительных приборах, бытовой технике или небольших электрических машинах. Из-за линейного перекрытия элементов качения с протектором во внутреннем и внешнем кольце они способны поглощать существенно более высокие радиальные силы, чем шариковые подшипники того же размера. Недостатком является то, что они не могут или лишь слегка способны поглощать осевые силы и требуют точно выровненных положений подшипника. Цилиндрические роликовые подшипники выпускаются в виде обычных подшипников без сепараторов и в результате имеют более высокую радиальную несущую способность или подшипники с подшипниками с более высокими достижимыми скоростями из-за более низкого трения. Применение: в редукторах, электродвигателях, для осевых подшипников рельсовых транспортных средств и в качестве рыхлых подшипников. Помимо комбинированного шарикоподшипника с осевой иглой, они могут передавать только радиальные силы, но они имеют преимущество гораздо меньшего размера и более ударопрочны, чем другие подшипники. Применение: Подшипники вала червячных и конических редукторов, шпиндельные валы станков.

Упорные шарикоподшипники

Двусторонние осевые упорные шариковые подшипники состоят из двух наружных корпусных дисков и центрального диска вала, между которыми работают два отдельных шариковых обода. Благодаря расположению катящихся элементов и бегущих поверхностей эти подшипники качения не подходят для высоких скоростей вращения, так как возникающие центробежные силы отрицательно влияют на поведение подшипника.

Гибридные роликовые подшипники, керамические роликоподшипники

Например, для конвейерных систем и сельскохозяйственных машин.
Использование: для малой и средней скорости и маятниковых движений.
В общем, в случае радиально ограниченного места установки.
Этот подшипник может подвергаться высоким радиальным и осевым нагрузкам.
Из-за съемного наружного кольца этот подшипник прост в установке и удалении.
Обратите внимание, что за это время необходимо регулировать зазор подшипника.
Катящиеся элементы проходят между этими двумя дисками.
Этот подшипник может поглощать только осевые силы, но не имеет радиальных сил.

Гибридные роликовые подшипники имеют элементы качения из керамических и подшипниковых колец из стали, а керамические роликовые подшипники имеют элементы качения и керамические протектор.

В цилиндрических редукторах с косозубыми колесами применяют шариковые радиально-упорные подшипники (рис. 1.7, г ), а при больших нагрузках и размерах редукторов – конические роликовые (рис. 1.7, д ).

Конические и червячные колеса должны быть точно зафиксированы. Поэтому в силовых передачах для опор валов конических и червячных колес применяют конические роликовые подшипники. Здесь также первоначально выбирают подшипники легкой серии. В опорах червяка в силовых червячных передачах из-за больших силовых нагрузок применяют шариковые радиально-упорные и роликовые конические подшипники.

Человек использует гибридные подшипники на высоких скоростях, потому что меньшая масса элементов качения может минимизировать центробежные силы и в случае сложных условий смазки. Полностью керамические подшипники могут использоваться с преимуществом, если подшипник подвергается высокой температуре, возможной коррозии или сильному износу.

Примеры применения подшипников качения

Чтобы уменьшить износ подшипника, он смазывается подходящей средой. Смазка предотвращает прямой контакт между протектором и элементами качения и, таким образом, уменьшает трение. Он также имеет задачу защиты подшипника от коррозии. Существует 3 типа смазочных методов.

Для опор плавающих валов шевронных передач применяют радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис.1.7, в ).

Смазочная смазка является самым простым и экономичным способом смазывания подшипников и может также использоваться в высокоскоростных диапазонах. Используемая смазка зависит от рабочей температуры подшипника и воздействия окружающей среды, например, Например, риск попадания воды на место хранения. Имеются подшипники, в которых долговечность смазки превышает ожидаемый срок службы подшипника качения. Эти подшипники герметизируются с помощью уплотнительных дисков после заполнения заводом-изготовителем.

Конструктивно простое и экономичное решение Уплотнение от проникновения грязи Одноразовая смазка может быть увлажнена при шумах. Чрезмерное количество смазки в подшипнике увеличивает трение, возможное истирание в хранилище не удаляется из хранилища без удаления тепла. Существует несколько возможностей для смазки маслом, которые можно регулировать в соответствии с рабочей скоростью, температурой и нагрузкой. В целом, он применяется, когда эти критерии больше не позволяют смазывать консистентной смазкой или соседними узлами, такими как зубчатые колеса, масляной смазкой.

а б в г д е

Размеры основных типов подшипников

Рис. 1.7. Типы подшипников качения и их размеры.

Подшипники сферические двухрядные (рис. 1.7, б ) применяются при больших перекосах или длинных валах. Упорные подшипники (рис. 1.7, е ) используются при значительных осевых нагрузках.

В конструкции подшипниковых узлов должны быть предусмотрены способы фиксации положения вала от осевых смещений. Для этой цели используются два типа опор: фиксирующие и плавающие . В фиксирующих опорах ограничивается осевое перемещение вала в одном или в обоих направлениях. В плавающих опорах осевое перемещение вала в любом направлении не ограничено. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевые силы, а плавающая опора – только радиальную. Плавающие опорычасто используются в червячных передачах (рис.2.13)

На рис.1.8 – 1.12 показана вторая эскизная компоновка различных редукторов.

Рис.1.8. Второй этап эскизной компоновки цилиндрического и конического одноступенчатого редуктора

Рис.1.9. Второй этап эскизной компоновки червячного одноступенчатого редуктора с нижним расположением червяка

Рис. 1.10. Второй этап компоновки двухступенчатого цилиндрического редуктора

При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени (рис.1.11) колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жесткие валы.

Соосная схема (рис.1.12) позволяет получить меньшие габариты по длине: это ее основное преимущество. В соосных редукторах быстроходная ступень обычно недогружена, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней должны быть одинаковы (а wБ = а wТ ). Указанное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.