Підшипники кочення

Підшипники кочення підтримують вал за допомогою кульок або роликів, що котяться між доріжками внутрішнього й зовнішнього кілець. Вони стандартизовані, мають малий пусковий момент і широко застосовуються в машинах загального призначення.

Основні типи

• радіальні кулькові - універсальні, швидкохідні, сприймають радіальне й помірне осьове навантаження;
• радіально-упорні кулькові - сприймають комбіноване навантаження, часто працюють парами;
• циліндричні роликові - мають високу радіальну вантажність і жорсткість;
• конічні роликові - сприймають великі радіальні й осьові сили;
• сферичні роликові - допускають перекіс і великі навантаження;
• голчасті - компактні в радіальному напрямку;
• упорні - призначені переважно для осьового навантаження.

Еквівалентне динамічне навантаження

Комбіноване навантаження замінюють еквівалентним:

$$P=XVF_r+YF_a,$$

де \(X\) і \(Y\) залежать від типу підшипника та відношення \(F_a/F_r\), \(V\) враховує, яке кільце обертається відносно навантаження. Коефіцієнти беруть із каталогу виробника.

Номінальна довговічність

Базовий ресурс, якого досягають або перевищують 90% однакових підшипників:

$$L_{10}=\left(\frac{C}{P}\right)^p,$$

у мільйонах обертів, де \(C\) - базова динамічна вантажність; \(p=3\) для кулькових і \(p=10/3\) для роликових. У годинах:

$$L_{10h}=\frac{10^6}{60n}\left(\frac{C}{P}\right)^p.$$

Для іншої надійності, умов мастила й забруднення вводять коригувальні коефіцієнти:

$$L_{nm}=a_1a_{ISO}\left(\frac{C}{P}\right)^p.$$

Змінний режим навантаження

Якщо підшипник працює на кількох режимах \(P_i,n_i,t_i\), еквівалентне навантаження:

$$P_{eq}=\left(\frac{\sum P_i^pn_it_i}{\sum n_it_i}\right)^{1/p}.$$

Через степеневу залежність короткі перевантаження можуть істотно зменшувати ресурс.

Статична вантажність

Для нерухомих, повільних або ударно навантажених підшипників перевіряють залишкові деформації. Статичне еквівалентне навантаження:

$$P_0=X_0F_r+Y_0F_a,$$

а коефіцієнт статичної безпеки:

$$s_0=\frac{C_0}{P_0}.$$

Пари радіально-упорних підшипників

Схеми «О» і «Х» сприймають осьові сили в обох напрямках. Схема «О» має більшу базу й вищу моментну жорсткість, «Х» менш чутлива до деяких перекосів. Попередній натяг усуває зазор і підвищує точність, але збільшує тертя та температуру.

Посадки й внутрішній зазор

Кільце, відносно якого навантаження обертається, зазвичай установлюють із натягом, щоб не було повзучості посадки. Натяг і температура зменшують внутрішній зазор. Потрібно забезпечити робочий зазор або заданий попередній натяг після монтажу, а не лише до запресовування.

Мастило

Пластичне мастило просте й добре ущільнює вузол; олива краще відводить тепло та придатна для високих швидкостей. В’язкість має створювати достатню еластогідродинамічну плівку. Надлишок мастила викликає перемішування й перегрів.

Гранична швидкість

Швидкісну придатність часто оцінюють параметром \(n d_m\), де \(d_m=(d+D)/2\) - середній діаметр підшипника. Допустиме значення залежить від типу тіл кочення, сепаратора, мастила, навантаження й охолодження.

Типові пошкодження

• втомне викришування доріжок;
• вм’ятини від удару або неправильного монтажу;
• абразивне спрацювання й забруднення;
• змащувальне голодування та перегрів;
• повзучість кільця на посадці;
• електроерозійні канавки;
• хибне бринелювання під час вібрації нерухомого підшипника.

Послідовність добору

1. Визначити сили, частоту, ресурс, температуру й допустимий перекіс.
2. Вибрати тип і схему розташування підшипників.
3. Знайти \(P\) і потрібну \(C\) за ресурсом.
4. Перевірити \(C_0\), швидкість і жорсткість.
5. Призначити зазор або натяг, посадки, мастило й ущільнення.
6. Перевірити монтаж, теплове розширення та контроль стану.