5. Подбор подшипников качения

Основные критерии работоспособности подшипников качения – их статическая и динамическая грузоподъемности. Метод подбора по динамической грузоподъемности применяют в случаях, когда частота вращения одного кольца относительно другого превышает 10 мин ^–1. По статической грузоподъемности подшипники выбирают, если они воспринимают внешнюю нагрузку в неподвижном состоянии или при медленном вращении (до 10 мин ^-1). Подшипники, работающие при частоте вращения n > 10 мин ^–1 и резко переменной нагрузке, также требуется проверять на статическую грузоподъемность.

Скорректированная по уровню надежности и условиям работы долговечность подшипника, ч,

, (6.41)

где а₁ – коэффициент надежности (а₁ = 1 при 90 % надежности, а₁ = 0,62 при 95 % надежности);

а₂₃ – коэффициент, характеризующий совместное влияние на долговечность качества металла и условий эксплуатации (для нормальных условий эксплуатации: а₂₃ = 0, 7 ... 0, 8 для шариковых подшипников, а₂₃ = 0,6 ... 0,8 для роликовых конических подшипников, а₂₃ = 0,5 ... 0,6 для роликовых радиальных и шариковых сферических подшипников);

С – базовая динамическая радиальная грузоподъемность подшипника (см. табл. П.12 … П.18), кН;

P_r – эквивалентная динамическая радиальная нагрузка на подшипник, кН;

p – показатель степени (p = 3 для шариковых подшипников, p ≈ 3,33 для роликовых подшипников);

L_hР – требуемое время работы (ресурс) подшипника, ч.

Если условие не выполнено, следует выбрать подшипники следующей серии.

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка для радиальных шарикоподшипников и радиально-упорных шариковых и роликовых подшипников

P_r = (XVF_r + YF_a)K_δ K_т, (6.42)

где X, Y – коэффициенты радиальной и осевой динамических нагрузок соответственно, выбираются в зависимости от типа подшипника и соотношения осевой и радиальной нагрузок F_а / F_r (см. табл. П.13);

V – коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца,

V = 1,2 при вращении наружного кольца);

K_δ – динамический коэффициент, учитывающий влияние перегрузок на долговечность (для зубчатых передач и редукторов всех типов K_δ = 1,3 … 1,5);

K_т – коэффициент, учитывающий влияние температуры (K_т = 1 при температуре ниже 100 °С).

При отношении , где е – предельное значение этого отношения, приводимое в справочниках, осевую силу не учитывают.

При действии только радиальной нагрузки для подшипников с короткими цилиндрическими роликами расчет ведут по формуле

P_r = VF_rK_δK_т. (6.43)

Рекомендации по выбору расчетных коэффициентов приведены в справочниках.

При частоте вращения п ≤ 10 мин^-1 действующую нагрузку рассматривают как статическую и расчет ведут по статической грузоподъемности С₀, приведенной в каталоге:

С₀ ≥ P_0r, (6.44)

где P_0r – эквивалентная статическая радиальная нагрузка,

P_0r = X₀F_r + Y₀F_a, (6.45)

где F_а, F_r – радиальная и осевая составляющие нагрузки, действующей на подшипник;

X₀ – коэффициент статической радиальной нагрузки;

Y₀ – коэффициент статической осевой нагрузки.

Подшипники, работающие при переменных режимах, подбирают по эквивалентной нагрузке, вызывающей такой же эффект усталости, что и весь комплекс действующих нагрузок. Тогда радиальная и осевая составляющие эквивалентной нагрузки, действующей на подшипник, определяются по формулам

F_{r i} = K_E R_i ; F_{a i} = K_E F_{a i}. (6.46)

Значения коэффициента эквивалентности K_Е определяются режимом работы (аналогично зубчатым колесам см. п. 3.2). При постоянном режиме нагружения K_Е = 1; при тяжелом K_Е = 0,8; при среднем равновероятностном K_E = 0,63; при среднем нормальном K_Е = 0,56; при легком K_Е = 0,5; при особо легком режиме работы K_Е = 0,4.

Посадки подшипников

В системе соединений колец подшипни­ков с валом и корпусом кольца принимают за основные детали, допустимые отклонения которых назначаются независимо от потребного характера посадок. Различные посадки обеспечивают выбором соответствующих отклонений шеек валов и отверстий корпусов (рис. 6.8). Таким образом, посадки внутренних колец подшипников осуществляют по системе отверстия, а наружных – по системе вала, иначе бы номенклатура подшипников многократно возросла, так как пришлось бы изготовлять подшипники для каждой посадки колец. В подшипниках качения поле допуска внутреннего кольца располагается не в тело, как это имеет место у основной детали в стандартной системе отверстия, а в противоположную сторону. Поэтому следует иметь в виду, что соединения «внутреннее кольцо – вал» получаются более плотными, чем обычные соединения системы отверстия при тех же отклонениях вала. Характер соединений «наружное кольцо – корпус» такой же, как и в обычных соединениях по системе вала при тех же квалитетах точности.

Рассмотрим два случая работы колец:

а) кольца вращаются относительно нагрузки и, следовательно, подвергаются так называемому циркуляционному нагружению;

б) кольца неподвижны относительно нагрузки и подвергаются местному нагружению.

Соединение вращающихся относительно нагрузки колец с сопряженными деталями должно осуществляться обязательно неподвижной посадкой во избежание обкатывания кольцом сопряженной детали, развальцовки посадочных поверхностей и контактной коррозии. Соединения неподвижных относительно нагрузки колец с сопряженными деталями осуществляются обычно более свободными посадками, чем вращающихся. Это связано с меньшей опасностью повреждения посадочных поверхностей, так как обкатывания кольцами сопряженных деталей не происходит. Кроме того, это важно для облегче­ния осевых перемещений колец при монтаже и температурных деформациях валов (во избежание защемления тел качения), а также для регулирования зазоров в подшипниках.

Тип подшипника сказывается на выборе посадок следующим образом. Посадки роликоподшипников в среднем выбирают более плотными, чем шарикоподшипников, в связи с большими нагрузками. Посадки радиально-упорных подшипников можно выбирать более плотными, чем радиальных, так как у последних посадочные натяги могут существенно искажать зазоры в подшипниках, а в радиально-упорных подшипниках зазоры устанавливают при сборке.

Посадки крупных подшипников из-за тяжелых нагрузок выбирают более плотными, чем средних и мелких.

Предельные отклонения посадочных поверхностей валов должны быть по допускам 5 … 6-го квалитетов, а корпусов – 6 … 7-го квалитетов.

Указания по выбору посадок приведены на рис. 6.8 и в табл. 6.13, 6.14.

Рис. 6.8. Схема расположения полей допусков на присоединительные

размеры подшипников вала и корпуса

Таблица 6.13

Поля допусков валов под подшипники

Поле допуска	Условия работы и области применения
	А. Вращается вал (циркуляционное нагружение)
k7	Особо тяжелые и тяжелые ударные нагрузки. Применяется в основном для роликоподшипников в тяжелом машиностроении
m6	Тяжелые нагрузки; работа с толчками и ударами. Применяется в основном для роликоподшипников и крупных шарикоподшипников
k6, k5	Средние нагрузки; тяжелые нагрузки в условиях необходимости частого перемонтажа. Применяются для всех типов подшипников; k6 – основное поле допусков в общем машиностроении
js6	Легкие нагрузки и высокие частоты вращения; требования легкого перемонтажа и регулирования. Применяется для всех типов подшипников

Окончание табл. 6.13

Поле допуска	Условия работы и области применения
	Б. Вращается корпус (местное нагружение)
h6	Тяжелые и нормальные нагрузки, в частности необходимость регулирования зазоров осевым перемещением внутреннего кольца
g6	Нормальные и легкие нагрузки. Применяется для подшипников всех типов при невысоких требованиях к точности

Таблица 6.14