Детали машин и основы конструирования - часть 14

 

57

антифрикционных бронз для высокоскоростных подшипников. Широко вне-
дряются  сепараторы  из  дюралюминия,  металлокерамики,  текстолита,  пласт-
масс. 
 
6.2.1.       Причины поломок и  критерии расчёта подшипников   

      Главная особенность динамики подшипника – знакопеременные на-

грузки.  

Циклическое перекатывание тел качения может привести к появлению 

усталостной  микротрещины.  Постоянно  прокатывающиеся  тела  качения 
вдавливают  в  эту  микротрещину  смазку.  Пульсирующее  давление  смазки 
расширяет  и  расшатывает  микротрещину,  приводя  к  усталостному  выкра-
шиванию  и,  в  конце  концов,  к  поломке  кольца.  Чаще  всего  ломается  внут-
реннее  кольцо,  т.к.  оно  меньше  наружного  и  там,  следовательно,  выше 
удельные  нагрузки.  Усталостное  выкрашивание – основной  вид  выхода  из 
строя подшипников качения. 

В  подшипниках  также  возможны  статические  и  динамические  пере-

грузки, разрушающие как кольца, так и тела качения. 

Следовательно, при проектировании машины необходимо определить, 

во-первых, количество оборотов (циклов), которое гарантированно выдержит 
подшипник, а, во-вторых - максимально допустимую нагрузку, которую вы-
держит подшипник. 

Вывод:  работоспособность  подшипника  сохраняется  при  соблюдении 

двух критериев:           

Î

 

Долговечность. 

Î

 

Грузоподъёмность. 

 

6.2.2.       Расчёт номинальной долговечности подшипника 

      Номинальная долговечность это число циклов (или часов), которые 

подшипник  должен  проработать  до  появления  первых  признаков  усталости. 
Существует  эмпирическая  (найденная  из  опыта)  зависимость  для  определе-
ния номинальной долговечности       L

n  

= ( C / P )

α

,   [млн. оборотов],  

где С – грузоподъёмность, Р – эквивалентная динамическая нагрузка, 

α

 = 0,3 для 

шариков,  

α

 = 0,33 для роликов. 

 

58

Номинальную долговечность можно вычислить и в часах 

L

h  

= 

 

(10

6

 / 60 n) L

n

 ,  [часов],  

где n – частота вращения вала. 

  Эквивалентная  динамическая  нагрузка  это  такая  постоянная  нагрузка, 

при которой долговечность подшипника та же, что и при реальных условиях 
работы. Здесь для радиальных и радиально упорных подшипников подразу-
мевается  радиальная нагрузка,  а для упорных и упорно-радиальных  -  цен-
тральная осевая нагрузка. 

  Эквивалентная  динамическая  нагрузка  вычисляется  по  эмпирической 

формуле                             

                                     P = ( V X F

r

  +  Y F

a 

) K

Б 

K

Т

, 

где F

r

 , F

a

 – радиальная и осевая реакции опор; 

V  – коэффициент вращения вектора нагрузки ( V = 1 если вращается внут-
реннее кольцо,  V = 1,2  если вращается наружное кольцо) 
X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок, зависящие от типа под-
шипников,  определяются по справочнику; 
К

Б

    –  коэффициент  безопасности,  учитывающий  влияние  динамических  ус-

ловий работы (К

Б 

= 1 для передач, К

Б 

 = 1,8 для подвижного состава), 

К

Т

  – коэффициент температурного режима (до 100

о

С  К

Т 

=1). 

 

Грузоподъёмность это  постоянная нагрузка, которую группа идентич-

ных подшипников выдержит в течение одного миллиона оборотов. Здесь для 
радиальных и радиально упорных подшипников подразумевается радиальная 
нагрузка, а для упорных и упорно-радиальных  -  центральная осевая нагруз-
ка.  Если  вал  вращается  медленнее  одного оборота  в  минуту,  то  речь  идёт  о 
статической грузоподъёмности C

0

, а если вращение быстрее одного оборота в 

минуту,  то  говорят  о  динамической  грузоподъёмности  C.  Величина  грузо-
подъёмности рассчитывается при проектировании подшипника, определяется  
на экспериментальной партии подшипников и заносится в каталог. 

 

6.2.3.       Методика выбора подшипников качения 

      Опытный проектировщик может  назначать конкретный тип и раз-

мер подшипника, а затем делать проверочный расчёт. Однако здесь требуется 

 

59

большой конструкторский опыт, ибо в  случае неудачного выбора может не 
выполниться    условие  прочности,  тогда  потребуется  выбрать  другой  под-
шипник и  повторить проверочный расчёт.  

Во  избежание  многочисленных  "проб  и  ошибок"  можно  предложить 

методику выбора подшипников, построенную по принципу проектировочно-
го расчёта, когда известны нагрузки, задана требуемая долговечность, а в ре-
зультате определяется конкретный типоразмер подшипника из каталога [31].  

 
Методика выбора состоит из пяти этапов: 

1.  Вычисляется  требуемая  долговечность  подшипника  исходя  из  частоты 

вращения и заданного заказчиком срока службы машины. 

2.  По  найденным  ранее  реакциям  опор  выбирается  тип  подшипника  (ради-

альный, радиально-упорный, упорно-радиальный или упорный), из спра-
вочника находятся коэффициенты радиальной и осевой нагрузок Х, У. 

3.  Рассчитывается эквивалентная динамическая нагрузка. 
4.  Определяется требуемая грузоподъёмность  C = P*L

(1/α)

. 

5.  По  каталогу,  исходя  из  требуемой  грузоподъёмности,  выбирается  кон-

кретный типоразмер ("номер") подшипника, причём должны выполняться 
два условия: 

Î

 

грузоподъёмность по каталогу  не менее требуемой; 

Î

 

внутренний диаметр подшипника  не менее диаметра вала. 

 

6.2.4.       Особенности проектирования подшипниковых узлов 

       Неточность  монтажа,  нагрев,  деформации  вала  могут  привести  к 

заклиниванию  вращающихся  колёс,  что,  особенно  в  момент  движения,  чре-
вато весьма неприятными последствиями. Предотвращение этого достигается 
различными мероприятиями [2, 14,24,25]: 

 
Схемы установки подшипников 

 

Применяют  фиксированные  и  плавающие  опоры.  В  фиксированных 

внутренние  и  наружные  кольца  неподвижны  в  осевом  направлении.  В  пла-
вающих внешнее кольцо может перемещаться в осевом направлении за счёт 
установки подшипника в специальном стакане с зазором. Плавающей обычно 

 

60

делают ту опору, где меньше радиальная нагрузка. При большом расстоянии 
между опорами (вал червяка) фиксированная опора для жёсткости имеет два   
подшипника.  Для  свободных  температурных  перемещений  подходят  ради-
альные роликоподшипники с цилиндрическими роликами и радиальные ша-
рикоподшипники с незакреплёнными наружными кольцами. 

Короткие  валы  при  слабом  нагре-

ве можно устанавливать на подшипники 
враспор,  когда  один  подшипник  фикси-
рует  осевое  смещение  вала  в  одну  сто-
рону, а другой – в другую. Схема с фик-
сацией  подшипников  враспор  удобна  в 
монтаже, но требует  жёстких допусков 
на линейные размеры и опасна возмож-
ным  защемлением  тел  качения  при  на-

греве.  При установке враспор для радиальных подшипников оставляют осе-
вой зазор, а для радиально-упорных предусматривают осевую регулировку. 

 
 
Крепление подшипников на валу и в корпусе 

 

Для  восприятия  осевых  нагрузок  кольца  подшипника  закрепляют  на 

валу и в корпусе. 

 
Для  закрепления 

внутренних  колец  на 
валу  применяются  раз-
личные средства:  

Î

 

уступы вала (а); 

Î

 

пружинные 

сто-

порные кольца (б,е); 

Î

 

торцовые шайбы (в); 

Î

 

упорные гайки (г,ж); 

Î

 

конические разрезные втулки (д,з). 

 

  

УСТАНОВКА   ВАЛА

 

ВРАСПОР 

         КРЕПЛЕНИЕ

        ВНУТРЕННИХ  

        КОЛЕЦ