Подшипники качения. 
Техническая механика

Конструкции, классификация. Подшипник качения представляет собой стандартный узел, основными деталями которого являются тела качения 1 (рис. 24.7) —шарики, или ролики, установленные между кольцами — наружным 2 и внутренним 3, и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой 4, называемой сепаратором.

В процессе работы тела качения катятся по беговым дорожкам колец. Основными размерами подшипника качения являются внутренний диаметр d, наружный диаметр D, ширина В.

Подшипники качения широко распространены во всех отраслях машиностроения, они стандартизованы и изготовляются на специализированных заводах.

Преимущества подшипников качения: сравнительно невысокая стоимость вследствие их массового производства; малые потери на трение и незначительный нагрев; малая разница момента трения при пуске и в установившемся режиме; высокая степень взаимозаменяемости.

Недостатками подшипников качения являются высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника, сравнительно большие радиальные размеры, пониженная нагрузочная способность, невозможность (кроме специальных) работы в агрессивных средах и воде.

Рис. 24.7. Подшипники качения.

Подшипники качения классифицируют по следующим признакам:

• • по направлению действия воспринимаемой нагрузки — радиальные; упорные и радиально-упорные; упорно-радиальные;
• • форме тел качения — шариковые и роликовые;
• • числу рядов тел качения — одно-, двух-, четырехи многорядные;
• • основным конструктивным признакам — самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся и различным исполнением.

В зависимости от нагрузочной способности и габаритов при одном и том же диаметре расточки внутреннего кольца подшипники по ГОСТу делятся па серии: по радиальным размерам — сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние, тяжелые-, по ширине — узкие, нормальные, широкие, особо широкие.

Детали подшипников качения — шарики, ролики и кольца изготавливают из специальных сталей ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 18Х1Т, 20Х2Н4А.

Основное условное обозначение, дополнительные знаки и знак заводаизготовителя указывают на торцах колец подшипника. Основное условное обозначение подшипника чаще всего состоит из четырех для радиальных подшипников — из трех для упорных (при максимальном числе цифр до семи) и характеризует его внутренний диаметр, серию, тип и конс труктивную разновидность. Для подшипников с внутренним диаметром 20…495 мм две первые цифры справа, умноженные на пять, дают внутренний диаметр в миллиметрах.

Расчет и подбор подшипников качения. Поскольку подшипники качения выпускаются специализированными заводами различных типоразмеров, сначала следует их рассчитывать, а затем подбирать по таблицам. Не вращающиеся и медленно вращающиеся подшипники (колонн поворотных кранов, грузовых кранов, домкратов), у которых п < 1 мин', рассчитывают по статической грузоподъемности.

где С₀ — статическая грузоподъемность; F₃ — эквивалентная статическая нагрузка.

При наличии осевой силы эквивалентная статическая нагрузка.

где Х₀ и У₀ — коэффициенты радиальной и осевой нагрузок; F_r и F_(t,, — радиальная и осевая нагрузки. В этом случае F₃ должно быть не менее F_r. При частоте вращения п > 1 мин ¹ подшипники рассчитывают по динамической грузоподъемности. Номинальную динамическую грузоподъемность определяют по эмпирической формуле.

где Р_э — эквивалентная нагрузка; Ь_Е — номинальная долговечность, миллион оборотов; р — показатель степени: р = 3 для шариковых и р = 3,33 для роликовых подшипников.

Номинальная долговечность.

где п — частота вращения, мин^-1; Ь_ПЕ — номинальная долговечность подшипников, ч.

Эквивалентная нагрузка.

гдсХ, Y — коэффициенты радиальной и осевой нагрузок; V — коэффициент вращения: при вращении внутреннего кольца V= 1, наружного V= 1,2; К_а — коэффициент безопасности: при спокойной нагрузке К_а= 1, при умеренных толчках К₀ = 1,3… 1,8, при ударной — К_а = 2…3; К_х — температурный коэффициент. Коэффициенты X и Y выбирают по таблицам.

Условие подбора:

Паспортная динамическая грузоподъемность С — это такая постоянная нагрузка, которую подшипник может выдержать в течение 1 млн оборотов одного кольца относительно другого без появления признаков усталости не менее чем у 90% из определенного числа подшипников, подвергающихся испытаниям. Значения С приведены в каталогах на подшипники.

Точность подшипников качения. Подшипники — наиболее распространенные стандартные изделия, широко используемые для всех классов машин, имеющих вращающиеся детали и узлы. Подшипники обладают полной внешней взаимозаменяемостью по присоединительным поверхностям, т. е. по наружному диаметру наружного кольца и внутреннему диаметру внутреннего кольца. Это позволяет быстро монтировать и заменять изношенные подшипники при сохранении качества и функциональных характеристик узлов машин.

Основными показателями точности подшипников являются:

• 1) точность размеров присоединительных поверхностей (наружный и внутренний диаметры подшипника, ширина колец);
• 2) точность формы и взаимного расположения поверхностей колец, а также формы и размеров тел качения в одном подшипнике;
• 3) шероховатость поверхностей тел качения и дорожек качения;
• 4) точность параметров вращения, характеризуемая степенью радиального и осевого биения (торцевого).

Государственными стандартами установлено пять классов точности подшипников, обозначаемых арабскими цифрами (в порядке повышения точности): 0, б, 5,4, 2. При маркировке подшипника класс точности указывается цифрой через тире перед условным обозначением номера подшипника, например для подшипника легкой серии с внутренним диаметром 25 мм, «6 — 205», где 6 — класс точности.