Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования

«Златоустовский металлургический колледж»

Подшипники качения

ФГОУ СПО «ЗМК»

Пояснительная записка

к курсовому проекту

КП. 190604.51. 15. 00. 00. ПЗ

Руководитель проекта:

Тепляков А.М.

Проект разработал:

Островский В.С.

3

Содержание

Введение              3

1. Общие сведения. Основные элементы, достоинства, недостатки.              4

2. Классификация. Типы подшипников.              6

3. Материалы              8

4. Условные обозначения подшипников качения              9

5. Виды разрушения              11

7. Подбор подшипников по динамической грузоподъемности.              12

8. Сведения об опорах подшипников скольжения.              14

9.Смазка и уплотнения.              15

Введение

Подавляющее большинство машин и механизмов содержат подшипники качения. При проектировании машин и механизмов конструктор сталкивается со следующей задачей: обеспечить возможность работы подшипникового узла в течение требуемого срока службы при минимальных его габаритных размерах.

При проектировании подшипникового узла конструктор должен учитывать

следующее:

1) выбранный тип подшипника должен соответствовать действующей на узел нагрузке и частоте вращения;

2) конструкция узла должна обеспечивать надлежащее смазывание подшипника и

его защиту от попадания инородных частиц  (грязи, пыли, песка и др.) и воды;

3) удобство монтажа подшипника и демонтажа при его замене;

4) посадочные места подшипников должны быть соосными и не вызывать перекосов подшипников в узле.

Анализ причин преждевременного выхода из строя подшипников показывает, что 1/3 из них имеет усталостные повреждения, а  остальные 2/3 - результат повреждений подшипников при монтаже, из-за плохого смазывания или загрязнения.

1. Общие сведения. Основные элементы, достоинства, недостатки.

Подшипник — техническое устройство, являющееся частью опоры, которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции.

Подшипники качения состоят из следующих основных элементов: 

- Колец с дорожками качения

- Тел качения

- Сепаратора, который удерживает тела качения и обеспечивает расстояние между ними

Также подшипник содержит смазку и уплотнения. 

Достоинства подшипников качения:

• Сравнительно малая стоимость вследствие массового производства подшипников.

• Малые потери на трение и незначительный нагрев (потери на трение при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы).

• Высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин.

•Малый расход смазочного материала.

• Не требуют особого внимания и ухода.

• Малые осевые размеры.

Недостатки подшипников качения:

• Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника.

• Малонадежны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил.

• Сравнительно большие радиальные размеры.

• Шум при больших скоростях.

2. Классификация. Типы подшипников.

Классификация подшипников качения по ГОСТ 3393-75

По форме тел качения подшипники качения классифицируют на:

• шариковые;

• роликовые.

Роликовые подшипники качения могут быть с:

• цилиндрическими роликами;

• коническими роликами;

• бочкообразными роликами;

• игольчатыми роликами;

• витыми роликами.

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники качения классифицируют на:

• радиальные;

• радиально-упорные;

• упорно-радиальные;

• упорные.

По числу рядов тел качения подшипники качения делят на:

• однорядные;

• многорядные.

По способности самоустанавливаться подшипники качения делят на:

• самоустанавливающиеся;

• несамоустанавливающиеся.

3. Материалы

Подшипники качения применяют в разнообразных условиях: при отрицательных и положительных температурах; в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты). В связи с этим детали подшипников изготовляют из различных материалов.

Подавляющее большинство колец и тел качения подшипников, предназначенных для работы в неагрессивных средах при температуре менее +120 °С (иногда более высоких), изготовляют из высокоуглеродистых хромистых сталей.

Наиболее распространенной из них является сталь ШХ15. Из этой стали изготовляют шарики всех размеров, кольца толщиной менее 10 мм и ролики диаметром до 22 мм. Ее аналогами являются: ЮОСгб (Германия), SKF-3 (Швеция), 52100 (США), SUJ2 (Япония).

Рабочие характеристики и надежность подшипников качения в большой мере определяются материалами, из которых изготовлены детали подшипника. При выборе материала для колец подшипника и тел качения обычно учитывают его твердость, которая необходима для обеспечения достаточной грузоподъемности, усталостной прочности в зоне контакта качения в условиях чистой и загрязненной смазки, а также стабильности размеров деталей подшипников. При выборе материала сепаратора учитывают трение, прочность, силы инерции, а в некоторых случаях – химическую агрессивность смазочных материалов, растворителей, охладителей и хладагентов. Относительная важность этих факторов может зависеть от других рабочих параметров, таких как, коррозия, повышенные температуры, ударные нагрузки и сочетания этих и других условий.

Встроенные контактные уплотнения подшипников качения также оказывают большое влияние на их рабочие характеристики и надежность. Материалы уплотнений обладают отличной устойчивостью к окислению, воздействию температур и химических веществ.

В зависимости от предназначения подшипников применяются различные материалы для колец, тел качения, сепараторов и уплотнений. Кроме того, для случаев, когда подшипники работают в условиях недостаточного смазывания или требуется электроизоляция подшипника, могут поставляться подшипники, имеющие специальные покрытия.

4. Условные обозначения подшипников качения

В практике большинства производителей подшипников принято большинство основных характеристик подшипников указывать в  цифровых, а иногда и с добавлением буквенных обозначений.

Система основных обозначений  подшипников в России регламентирована ГОСТ 3189. Обозначение может состоять из основного и двух дополнительных. В основном  обозначении кодируются сведения о размерах  подшипника, его типе и конструктивном исполнении. В дополнительном обозначении, стоящем  перед основным, кодируются данные о классе точности, внутреннем зазоре и моменте трения подшипника. В дополнительном обозначении, расположенном после основного, кодируются данные о материале деталей подшипника,  специальные технические требования, о виде  смазочного материала и др. Если подшипник  выпускается без специальных требований по  точности, внутреннему зазору, смазочному  материалу и пр., то дополнительные обозначения не применяются.

В основное обозначение могут  входить от двух до семи цифр. Порядок  расположения цифр - справа налево. Первые две  цифры обозначают внутренний диаметр  подшипника (или закрепительной втулки).

Внутренние диаметры подшипников (втулок) от 20 до 495 мм включительно  обозначают частным от деления значения  диаметра на 5.

При одном и том же внутреннем  диаметре у подшипников могут быть различные  значения наружного диаметра и ширины (у  упорных подшипников - высоты). Это связано с разнообразием выпускаемых подшипников по грузоподъемности (имеющих, соответственно, различные размеры тел качения и их число) и

конструктивным отличиям. Различия размеров определяются сериями подшипников: диаметров и ширин. В условном обозначении основной  группы третья цифра справа обозначает серию  диаметров, а седьмая - серию ширин. Эти серии определяют наружные диаметры и ширину (высоту) подшипника. Нули, стоящие левее последней значащей цифры (справа налево) опускаются.

Тип подшипника указывается четвертой цифрой справа.

На пятом и шестом местах основного  условного обозначения проставляется код  конструктивного исполнения подшипника.

Пример условного обозначения  подшипника 304 - шарикового радиального  однорядного: 04 - диаметр отверстия, 04 х 5 = = 20 мм; 3 - серия диаметра; 0 - тип  подшипника; 00 - конструктивное исполнение; 0 - серия ширины. В этом примере коды типа,  конструктивного исполнения и серии ширины в  обозначении подшипника опущены, так как левее  значащей цифры они состоят из нулей.

Обозначение типа подшипника

5. Виды разрушения

в) Износ. У подшипников, смонтированных без повреждений поверхности и перекосов и работающих с эффективным смазыванием, износ, как правило, пренебрежимо мал. Однако если смазочный материал не соответствует условиям эксплуатации или подшипник не защищен от попадания в зону контакта  посторонних частиц таких, как песок, металлическая стружка, пыль и др., то может возникнуть  интенсивное изнашивание дорожек качения  колец, тел качения и сепаратора. При этом увеличивается радиальный зазор и изменяется профиль дорожки качения.  Изнашивание может также возникнуть в результате недогрузки подшипника при большой частоте вращения.

7. Подбор подшипников по динамической грузоподъемности.

Долговечность подшипников  рассчитывают для нормальных условий работы (правильно спроектированный подшипниковый узел, монтаж выполнен без повреждений  подшипника, эксплуатация производится без  нарушения рекомендаций), когда выход из строя происходит только из-за усталостных  процессов в металле колец и тел качения. Экспериментальными исследованиями установлена следующая зависимость  долговечности L подшипников от нагрузки Q (млн. оборотов):

L = (C/Q)P

где С - динамическая грузоподъемность -  нагрузка, при которой долговечность равна 1 млн. оборотов. Если эксплуатировать в одинаковых  условиях партию подшипников, изготовленных в идентичных условиях из одной и той же  плавки металла, то долговечность их будет разной. Максимальная долговечность будет отличаться от минимальной в десятки, а то и в сотни раз. В связи с этим в обозначении  долговечности применяют нижний индекс,  показывающий вероятность выхода из строя  подшипников, например: L10 - долговечность (млн.  оборотов), ниже которой вероятность выхода из строя составляет 10%. Иногда нижним индексом обозначают надежность: L90 означает долговечность, которую должны иметь не менее 90 %  подшипников из партии. Следует иметь в виду, что для  усталостных процессов нельзя требовать расчета  долговечности для надежности, равной 100 %.

На подшипники, в общем случае, как и при статическом воздействии действуют  комбинированные нагрузки, состоящие из  радиальной Fr и осевой Fa составляющих. Поэтому в формулу для расчета долговечности  подставляют эквивалентную нагрузку Р. В формулах для ее определения участвуют коэффициенты, учитывающие перераспределение нагрузки и, соответственно, контактных напряжений по телам качения. В соответствии с ГОСТ 18855 расчет  долговечности подшипников (млн. оборотов),  изготовленных по обычной технологии из  обычных материалов, выполняют по формуле

L10=(С/Р)Р

где С - базовая динамическая  грузоподъемность, Н; р - показатель степени, при расчете долговечности шариковых подшипников р = 3, а роликовых р - 10 / 3; Р - эквивалентная динамическая нагрузка, Н.

Расчет эквивалентной динамической  радиальной нагрузки в общем случае выполняется по формуле

P = XFr + YFa

где X, Y - коэффициенты соответственно  радиальной и осевой составляющей динамической нагрузки. Если подшипник должен работать при условиях, отличающихся от нормальных  (температура подшипника из обычной хромистой стали типа ШХ15 более 100 °С, во время  работы возможны толчки, вибрация, перегрузки), то в расчетную формулу для определения  эквивалентной нагрузки могут быть внесены коэффициенты, учитывающие влияние этих отличий.

Для шариковых радиальных и радиально- упорных подшипников, а также роликовых радиально-упорных подшипников  эквивалентная динамическая радиальная нагрузка может быть рассчитана по формуле:

P = (XVFr + YFa)KTK6

где Х,Y - коэффициенты соответственно  радиальной и осевой составляющей динамической нагрузки; V - коэффициент вращения. При вращении внутреннего кольца по отношению к нагрузке V = 1,0, а при  вращении наружного кольца по отношению к  нагрузке V = 1,2; КТ - температурный коэффициент ; К6 - коэффициент безопасности

8. Сведения об опорах подшипников скольжения.

Для поддержания осей и валов с насаженными на них "дета­лями и восприятия действующих на них усилий служат специаль­ные опоры: подшипники, нагружаемые радиальными силами, и подпятники, нагружаемые осевыми силами. По характеру трения рабочих элементов опоры разделяют на опоры скольжения и опоры качения (шариковые и роликовые подшипники). Выбор вида опоры зависит от большого числа конструктивных и эксплуата­ционных факторов.

В опорах качения потери на трение обычно меньше, чем в опо­рах скольжения. Обеспечение в опорах скольжения жидкостного трения, при котором потери на трение соизмеримы с потерями в опорах качения, не всегда возможно.

9.Смазка и уплотнения.

Подшипники смазывают тем же маслом, что и детали передач. Другое масло применяют лишь в ответственных изделиях, в которых требуется защитить подшипники от продуктов износа деталей передач.

При картерной смазке колес подшипники качения смазываются брызгами масла. При окружной скорости вращения колес u>1 м/с брызгами масла покрываются все детали передач и внутренние поверх­ности стенок корпуса. Стекающее с колес, валов и стенок корпуса масло попадает в подшипники.

Нередко в масло погружают быстроходную шестерню или червяк и подшипник быстроходного вала. В этом случае во избежание попадания в подшипник продуктов износа зубчатых и червячных колес, а также излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными шайбами (кольцами). Особенно  это необходимо,

если на быстроходном валу установлены косозубые или шевронные колеса либо червяк, когда зубья колес или витки червяка гонят масло на подшипник и заливают его, вызывая разогрев последнего.

Для смазки опор валов, далеко расположенных от уровня масляной ванны, применяют различные устройства: так, например, для смазы­вания подшипника вала конической шестерни, удаленного от масляной ванны, На фланце корпуса в плоскости разъема делают канавки, а на крышке корпуса скосы.

В эти канавки со стенок кры­шки корпуса стекает масло и че­рез отверстия в стакане попада­ет к подшипникам.

Для направления стекающе­го масла иногда делают на внутренней поверхности стенки корпуса ребра. По ним масло стекает к отверстию в приливе корпуса и попадает к подшипнику.

Для смазывания подшипников вала червячного колеса иногда применяют скребки с лотками, по которым масло подается к подшипникам.

7