Контрольна робота
Тема
Підшипники кочення
Зміст
Вступ
1. Теоретична частина
1.1 Визначення сил, що навантажують підшипники
1.1.1 Визначення радіальних реакцій
1.1.2 Визначення осьових навантажень
1.2 Підбір підшипників за динамічною вантажністю
2. Практична частина
Завдання 1
Література
Вступ
Підшипники кочення є основним видом опор
Їхнє широке застосування в промисловості обумовлено наступними перевагами в порівнянні з підшипниками ковзання: невелике тертя, особливо при малих швидкостях і пуску, простота монтажу й експлуатації, незначна витрата змащення, висока ступінь стандартизації і централізоване виготовлення (тобто низька вартість і повна взаємозамінність за з’єднувальними розмірами), висока вантажність, менші вимоги до термообробки посадкових шийок валів, надійна робота в умовах частої зупинки і пуску приводів.
До недоліків підшипників кочення варто віднести високу чутливість до ударних і вібраційних навантажень, низьку довговічність у високошвидкісних приводах (небезпека руйнування сепаратора від дії відцентрових сил), порівняно великі радіальні розміри, підвищену шумову характеристику при високих швидкостях.
Мета роботи - розглянути сучасні методи розрахунку працездатності підшипників і конструювання підшипникових вузлів, вирішити типові приклади розрахунку і проектування опор на підшипниках кочення.
1.
Теоретична частина
1.1 Визначення сил, що навантажують підшипники
1.1.1 Визначення радіальних реакцій
Радіальна реакція підшипника вважається прикладеною до осі вала в точці перетинання з нею нормалі, проведеної через середину контактної площадки. Для радіальних підшипників ця точка розташовується на середині ширини підшипника (рис.1, а).
Рис.1 Розташування розрахункових точок опор
Для радіально-упорних підшипників відстань а між цією точкою і торцем підшипника може бути визначена графічно (рис.1, б) або аналітично за наступними формулами:
підшипники кулькові радіально-упорні однорядні
підшипники роликові конічні однорядні
Ширину кілець В, монтажну висоту Т, параметр навантаження е, кут контакту б, а також d і D приймають за ГОСТами.
Аналогічним чином ведеться розрахунок і у випадку, якщо в опорі встановлений подвійний підшипник або два однакових підшипники, але затягування підшипника таке, що водночас працює тільки один ряд тіл кочення.
Якщо затягування таке, що водночас працюють обидва ряди тіл кочення й осьове навантаження має враховуватися при розрахунку, умовно місцем прикладання реакції вважають точку, що відстоїть від середини підшипника і сприймає осьове навантаження, на 1/3 відстані між рядами тіл кочення. Приблизно допускається сполучення розрахункового положення опори із серединою підшипника, який сприймає осьове навантаження. Якщо осьове навантаження при розрахунку підшипників враховуватися не повинно, розрахункова точка опори розміщується між підшипниками.
На вихідні кінці валів часто встановлюють шківи ремінних передач, зірочки ланцюгових передач, сполучні муфти, які передають обертальний момент від електродвигуна редуктора до сполученого вала. З боку ремінної або ланцюгової передачі на вал діє консольне навантаження, яке викликає появу додаткових реакцій в опорах. З боку муфти на вал також діє радіальне навантаження  , яке виникає через похибку монтажу, помилки виготовлення і нерівномірне зношування елементів муфти.
При установці на кінці валів сполучних муфт напрямок сили заздалегідь не відомий, тому при розрахунку приймають, що ці сили збігаються за напрямком з реакцією в опорі від дії сили  у зачепленні.
Величини реакцій опор визначають з умов рівноваги. Радіальне навантаження на підшипник  – це сумарна опорна реакція.
1.1.2 Визначення осьових навантажень
При установці вала на кулькових радіальних підшипниках осьова сила  , що навантажує підшипник, дорівнює зовнішній осьовій силі  , що діє на вал.
При установці вала на радіально-упорних підшипниках осьові сили , що навантажують підшипники, знаходять з урахуванням осьових складових  від дії радіальних навантажень  .
Для кулькових радіально-упорних підшипників з кутом контакту 
У цих підшипниках дійсний кут контакту відрізняється від початкового і залежить від , , і Со
r
.
Тому коефіцієнт  приймають за графіком (рис. 2) у залежності від відношення Rr
/ Со
r.
Рис.2. Коефіцієнт мінімального осьового навантаження
Для кулькових радіально-упорних з кутом контакту 
 і 
Значення коефіцієнта е приймають за таблицею 1.
Таблиця 1
Коефіцієнти 
 |
 |
Підшипники однорядні |
Підшипники
дворядні
|
 |
 |
 |
|
| Х |
Y |
Х |
Y |
Х |
Y |
| 00
|
0,014 |
0,56 |
2,30 |
1,0 |
0 |
0,56 |
2,30 |
0,19 |
| 0,028 |
1,99 |
1,99 |
0,22 |
0,056
0,084
|
1,71
1,55
|
1,71
1,55
|
0,26
0,29
|
| 0,110 |
1,45 |
1,45 |
0,30 |
| 0,170 |
1,31 |
1,31 |
0,34 |
| 0,280 |
1,15 |
1,15 |
0,38 |
| 0,420 |
1,04 |
1,04 |
0,42 |
| 0,560 |
1,00 |
1,00 |
0,44 |
| 120
|
0,014 |
0,45 |
1,81 |
1,0 |
2,08 |
0,74 |
2,94 |
0,30 |
| 0,029 |
1,62 |
1,84 |
2,63 |
0,34 |
| 0,057 |
1,46 |
1,69 |
2,37 |
0,37 |
| 0,086 |
1,34 |
1,52 |
2,18 |
0,41 |
| 0,110 |
1,22 |
1,39 |
1,98 |
0,45 |
| 0,170 |
1,13 |
1,30 |
1,84 |
0,48 |
| 0,290 |
1,04 |
1,20 |
1,69 |
0,52 |
| 0,430 |
1,01 |
1,16 |
1,64 |
0,54 |
| 0,57 |
1,00 |
1,16 |
1,62 |
0,54 |
| 260
|
0,41 |
0,87 |
1 |
0,92 |
0,67 |
1,41 |
0,68 |
| 360
|
0,37 |
0,66 |
1 |
0,66 |
0,60 |
1,07 |
0,95 |
Примітка:1.Коефіцієнти  і для проміжних величин відносно визначається інтерполяцією.
2.При  у всіх випадках приймають  . У таблиці  - число рядів тіл кочення.
Для конічних роликових підшипників  0,83 і  . Значення е приймають за ГОСТами.
Для нормальної роботи радіально-упорних підшипників необхідно, щоб у кожній опорі осьова сила, що навантажує підшипник, була б не менше осьової складової від дії радіальних навантажень, тобто  і  (рис. 3):
Рис.3 Розрахункові схеми навантаження валів
При цьому повинна виконуватися умова рівноваги вала, наприклад (рис. 3, а):
У таблиці 2 надані формули для визначення осьових сил  і  в окремих випадках.
Опори 1 і 2 позначені у відповідності до схеми навантаження вала.
Таблиця 2
Формули для визначення осьових сил
| Умови навантаження |
Осьові сили |
 |
 |
 |
 |
 |
1.2 Підбір підшипників за динамічною вантажністю
Підбір підшипників виконують для обох опор вала. У редукторах для обох опор застосовують підшипники одного типу й одного розміру. Підбір виконують за більш навантаженою опорою. Якщо зі співвідношення радіальних і осьових навантажень не можна заздалегідь визначити, яка опора більш навантажена, то розрахунок ведуть паралельно для обох опор до одержання еквівалентних динамічних навантажень  і  , за якими визначають більш навантажену опору.
Вибір підшипника за динамічною вантажністю складається з перевірки розрахункової довговічності при заданих умовах роботи. Розрахунок проводять у такій послідовності:
1. Попередньо призначають тип підшипника.
2. Для обраного підшипника виписують наступні дані:
а) для кулькових радіальних і радіально-упорних з кутом контакту  з ГОСТ значення  ;
б) для кулькових радіально-упорних з кутом контакту  з ГОСТ значення  , а з таблиці 1 – значення  і ;
в) для конічних роликових – з ГОСТ значення , і .
3. Визначають осьові складові  й осьову силу .
4. Для кулькових радіальних і радіально-упорних з кутом контакту з таблиці 1 у залежності від відношення Rа
/ Со
r
знаходять значення і .
5. Порівнюють відношення  з коефіцієнтом і остаточно приймають значення коефіцієнтів .
При  приймають  і  .
При  для підшипників кулькових радіальних і радіально-упорних остаточно приймають записані раніше значення коефіцієнтів .
Для конічних роликових підшипників, крім записаного раніше значення коефіцієнта Y, приймають коефіцієнт Х = 0,4.
6. Обчислюють еквівалентне динамічне навантаження
де - радіальне навантаження на підшипник (сумарна опорна реакція), Н;
- осьове навантаження на підшипник, Н;
 - коефіцієнт обертання, що враховує залежність довговічності підшипника від того, яке кільце обертається (при обертанні внутрішнього кільця =1);
- коефіцієнти радіального й осьового навантажень;
 - коефіцієнт безпеки, що враховує вплив характеру навантаження на довговічність підшипника; приймають з таблиці 3;
 - коефіцієнт, що враховує вплив температури на довговічність підшипника (при   =1,0), приймають з таблиці 4.
Таблиця 3
Коефіцієнт безпеки
№
п/п
|
Машини, устаткування й умови експлуатації |
 |
 |
| 1 |
2 |
3 |
4 |
| 1 |
Машини для короткочасної чи переривчастої експлуатації: побутове устаткування, будівельні і монтажні крани і машини, трактори. |
(3…8)М103
|
1,0…1,1 |
| 2 |
Машини того ж призначення, що й у п.1, але з підвищеними вимогами до надійності: підйомники і крани для штучних вантажів, автомобілі, комбайни, сільгосптехніка. |
(8…12)М103
|
1,1…1,2 |
| 3 |
Машини для однозмінної роботи, експлуатовані не завжди з повним навантаженням: редуктори, стаціонарні електродвигуни, авіадвигуни. |
(10…25)М103
|
1,2…1,3 |
| 4 |
Машини того ж призначення, що і у п.3, які
працюють з повним навантаженням: металорізальні і деревообробні верстати, друкарські і текстильні машини, повітродувки, грейферні крани.
|
(20…30)М103
|
1,3…1,4 |
| 5 |
Машини для цілодобової роботи; приводи прокатного устаткування, компресори, шахтні підйомники, енергетичне устаткування середньої потужності, транспортні букси, локомотиви. |
(40…50)М103
|
1,5…1,7 |
| 6 |
Трубопрокатні стани, що обертаються, печі, приводи судового устаткування, ескалатори. |
(60...100)М103
|
1,7…2,0 |
| 7 |
Найбільш відповідальні цілодобово експлуатовані агрегати; великі електричні машини й енергетичні установки, целюлозні і папероробні машини й устаткування, шахтні насоси і повітродувки, корінні підшипники судових двигунів. |
Близько 105
|
2,0…2,5 |
Таблиця 4
Коефіцієнт
| Робоча температура підшипника, 0
С |
До100 |
125 |
150 |
175 |
200 |
225 |
250 |
| Температурний коефіцієнт |
1,0 |
1,05 |
1,10 |
1,15 |
1,25 |
1,35 |
1,40 |
7. Визначають необхідну динамічну вантажність підшипника
де  - кутова швидкість вала;
 необхідний ресурс,  .
Для підшипників кулькових m = 3, роликових m = 10/3.
8. Оцінюють придатність наміченого типорозміру підшипника з умови
де С – динамічна вантажність підшипника.
9. Визначають ресурс попередньо обраного підшипника
Розрахункова довговічність повинна бути більше заданої  .
підшипник опора радіальний осьовий
2. Практична частина
Завдання 1
Підібрати підшипники кочення для опор вихідного вала циліндричного зубчастого редуктора загального призначення. Кутова швидкість вала щ = 24,8 рад/с. Діаметр посадкових поверхонь вала d = 40 мм. На опори вала діють сили (рис.1):  Н,  Н,  Н.
Рис.1
Навантаження нереверсивні, спокійні
Необхідна довговічність підшипника  година. Робоча температура підшипникового вузла не повинна перевищувати 650
С.
Розв’язання:
1. За умовами роботи підшипникового вузла (невелика кутова швидкість, мале осьове навантаження) намічаємо для обох опор найбільш дешевий кульковий радіальний підшипник легкої серії 208.
2. Для цих підшипників з ГОСТ знаходимо базову динамічну радіальну вантажність  25,6 кН і базову статичну радіальну вантажність Со
r
= 18,1 кН.
3. Через те, що підшипники радіальні, осьова складова = 0.
4. З умови рівноваги вала
 
Підшипник опори 1 більш навантажений, ніж підшипник опори 2, тому подальший розрахунок ведемо для підшипника опори 1.
Відношення  .
З таблиці 1 виписуємо  .
V = 1 – обертається внутрішнє кільце підшипника.
З таблиці 20 остаточно приймаємо  .
6. Еквівалентне динамічне навантаження:
Відповідно до умов роботи підшипника приймаємо = 1, = 1 (див. табл. 3, 4).
7. Розрахункова (необхідна) динамічна вантажність підшипника
Отже, прийнятий підшипник 208 задовольняє заданому режимові роботи.
Для опори 2 приймаємо той же підшипник 208.
8. Визначаємо ресурс попередньо обраного кулькового радіального підшипника легкої серії № 208.
Розрахункова довговічність більша за необхідну  , тому підшипник 208 підходить.
Література
1. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., Перель Л.Я. Подшипники качения. Справочник.- М.: Машиностроение, 1975.-572 с.
2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. –М.: Высш.шк., 1985. – 416 с., ил.
3. Заблонский К.И. Детали машин.-К.: Вища шк., 1985.-506 с., ил.
4. Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей машин. 2 ч.-Харьков: Вища шк.,1985.-140 с., ил.
5. Ковалев М.П., Народецкий М.З. Расчет высокоточных шарикоподшипников. -М.: Машиностроение, 1980.-373 с.
6. Комиссар А.Г. Уплотнительные устройства опор качения.- М.: Машиностроение, 1980.-192 с.
7. Курсовое проектирование деталей машин /В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, И.И. Арефьев и др. Под общ. Ред. В.Н.Кудрявцева: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов.-Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984.-400 с., ил.
8. Опоры осей валов машин и приборов /Н.А. Спицин, М.М. Машнев, Е.Я. Красковский и др.-Л.: Машиностроение, 1970.-520 с.
9. Подшипники качения. Каталог-справочник.-М.: НИИНавтопром, 1972.-465 с.
10. Подшипники качения: Справочник-каталог /Под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коросташевского.-М.: Машиностроение, 1984.-280 с., ил.
11. Спицин Н.А., Яхин Б.А., Перегудов В.Н. Расчет и выбор подшипников качения. Справочник.-М.: Машиностроение, 1974.-56 с.
12. Справочник техника-конструктора. Изд. 3-е, перераб. и доп. Самохвалов Я.А., Левицкий М.Я., Григораш В.Д. -Киев, "Техніка", 1978.-592 с.
13. Спришевский А.И. Подшипники качения.-М.:Машиностроение, 1969.-632 с.
|
