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 перевагамив порівнянні з підшипниками ковзання: невелике тертя, особливо при малихшвидкостях і пуску, простота монтажу й експлуатації, незначна витрата змащення,висока ступінь стандартизації і централізоване виготовлення (тобто низькавартість і повна взаємозамінність за з’єднувальними розмірами), високавантажність, менші вимоги до термообробки посадкових шийок валів, надійнаробота в умовах частої зупинки і пуску приводів.
До недоліків підшипників кочення варто віднести високу чутливість доударних і вібраційних навантажень, низьку довговічність у високошвидкіснихприводах (небезпека руйнування сепаратора від дії відцентрових сил), порівняновеликі радіальні розміри, підвищену шумову характеристику при високихшвидкостях.
Мета роботи — розглянути сучасні методи розрахунку працездатності підшипників і конструюванняпідшипникових вузлів, вирішити типові приклади розрахунку і проектування опорна 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 точціперетинання з нею нормалі, проведеної через середину контактної площадки. Длярадіальних 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 торцемпідшипника може бути визначена графічно (рис.1, б) або аналітично за наступнимиформулами:
підшипники кулькові радіально-упорні однорядні
/>
підшипники роликові конічні однорядні
/>
Ширину кілець В, монтажну висоту Т, параметр навантаження е, кут контактуб, а також d і D приймають за ГОСТами.
Аналогічним чином ведеться розрахунок і у випадку, якщо в опорівстановлений подвійний підшипник або два однакових підшипники, але затягуванняпідшипника таке, що водночас працює тільки один ряд тіл кочення.
Якщо затягування таке, що водночас працюють обидва ряди тіл кочення йосьове навантаження має враховуватися при розрахунку, умовно місцем прикладанняреакції вважають точку, що відстоїть від середини підшипника і сприймає осьовенавантаження, на 1/3 відстані між рядами тіл кочення. Приблизно допускаєтьсясполучення розрахункового положення опори із серединою підшипника, якийсприймає осьове навантаження. Якщо осьове навантаження при розрахункупідшипників враховуватися не повинно, розрахункова точка опори розміщується міжпідшипниками.
На вихідні кінці валів часто встановлюють шківи ремінних передач,зірочки ланцюгових передач, сполучні муфти, які передають обертальний моментвід електродвигуна редуктора до сполученого вала. З боку ремінної аболанцюгової передачі на вал діє консольне навантаження, яке викликає появудодаткових реакцій в опорах. З боку муфти на вал також діє радіальне навантаження/>, якевиникає через похибку монтажу, помилки виготовлення і нерівномірне зношуванняелементів муфти.
При установці на кінці валів сполучних муфт напрямок сили /> заздалегідь невідомий, тому при розрахунку приймають, що ці сили збігаються за напрямком зреакцією в опорі від дії сили /> у зачепленні.
Величини реакцій опор визначають з умов рівноваги. Радіальненавантаження на підшипник /> – це сумарна опорна реакція.
1.1.2 Визначення осьових навантажень
При установці вала на кулькових радіальних підшипниках осьова сила />, що навантажуєпідшипник, дорівнює зовнішній осьовій силі />, що діє на вал.
При установці вала на радіально-упорних підшипниках осьові сили, щонавантажують підшипники, знаходять з урахуванням осьових складових /> від діїрадіальних навантажень />.
Для кулькових радіально-упорних підшипників з кутом контакту />
/>
У цих підшипниках дійсний кут контакту відрізняється від початкового ізалежить від />, />, і Соr.
Тому коефіцієнт /> приймають за графіком (рис. 2) узалежності від відношення Rr / Соr.
/>
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 0,56 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 проміжнихвеличин відносно /> визначається інтерполяцією.
2.При/> у всіхвипадках приймають />. У таблиці /> - число рядів тілкочення.
Для конічних роликових підшипників /> 0,83/>і />. Значення е приймають за ГОСТами.
Для нормальної роботи радіально-упорних підшипників необхідно, щоб укожній опорі осьова сила, що навантажує підшипник, була б не менше осьовоїскладової 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 силУмови навантаження Осьові сили
/>
/>
/>
/>
/>
1.2 Підбір підшипників за динамічною вантажністю
Підбір підшипників виконують для обох опор вала. У редукторах для обохопор застосовують підшипники одного типу й одного розміру. Підбір виконують забільш навантаженою опорою. Якщо зі співвідношення радіальних і осьовихнавантажень не можна заздалегідь визначити, яка опора більш навантажена, торозрахунок ведуть паралельно для обох опор до одержання еквівалентнихдинамічних навантажень /> і />, за якими визначають більшнавантажену опору.
Вибір підшипника за динамічною вантажністю складається з перевіркирозрахункової довговічності при заданих умовах роботи. Розрахунок проводять утакій послідовності:
1. Попередньо призначають тип підшипника.
2. Для обраного підшипника виписують наступні дані:
а) для кулькових радіальних і радіально-упорних з кутом контакту /> з ГОСТзначення />;
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 узалежності від відношення Rа / Соr знаходять значення /> і />.
5. Порівнюють відношення /> з коефіцієнтом /> і остаточно приймаютьзначення коефіцієнтів />.
При />/> приймають /> і />.
При />/> дляпідшипників кулькових радіальних і радіально-упорних остаточно приймаютьзаписані раніше значення коефіцієнтів />.
Для конічних роликових підшипників, крім записаного раніше значеннякоефіцієнта 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 підшипникавід того, яке кільце обертається (при обертанні внутрішнього кільця />=1);
/> - коефіцієнти радіального й осьового навантажень;
/> - коефіцієнт безпеки, що враховує вплив характеру навантаження надовговічність підшипника; приймають з таблиці 3;
/> -коефіцієнт, що враховує вплив температури на довговічність підшипника (при />/> />=1,0), приймають зтаблиці 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, 0С 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 />.
підшипникопора радіальний осьовий
2. Практична частина
Завдання 1
Підібрати підшипники кочення для опор вихідного вала циліндричногозубчастого редуктора загального призначення. Кутова швидкість вала щ = 24,8рад/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 температурапідшипникового вузла не повинна перевищувати 650С.
Розв’язання:
1. За умовами роботи підшипникового вузла (невелика кутова швидкість,мале осьове навантаження) намічаємо для обох опор найбільш дешевий кульковий радіальнийпідшипник легкої серії 208.
2. Для цих підшипників з ГОСТ знаходимо базову динамічну радіальнувантажність />25,6кН і базову статичну радіальну вантажність Соr = 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, томуподальший розрахунок ведемо для підшипника опори 1.
Відношення />.
З таблиці 1 виписуємо />.
/>
V = 1 – обертається внутрішнє кільцепідшипника.
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 радіальногопідшипника легкої серії № 208.
/>
Розрахункова довговічність більша за необхідну />, тому підшипник 208підходить.
Література
1. Бейзельман Р.Д., Цыпкин Б.В., ПерельЛ.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 ипроектирование деталей машин. 2 ч.-Харьков: Вища шк.,1985.-140 с., ил.
5. Ковалев М.П., Народецкий М.З. Расчетвысокоточных шарикоподшипников. — М.:Машиностроение, 1980.-373 с.
6. Комиссар А.Г. Уплотнительныеустройства 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 специальностейвузов.-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.-520с.
9. Подшипники качения.Каталог-справочник. -М.: НИИНавтопром,1972.-465 с.
10. Подшипники качения:Справочник-каталог / Под ред. В.Н. Нарышкинаи Р.В. Коросташевского. — М.:Машиностроение, 1984.-280 с., ил.
11. Спицин Н.А., Яхин Б.А., ПерегудовВ.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.