Подбор и проверочный расчет подшипников качения по статической грузоподъемности
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Кафедра деталей машин и прикладной механики
Ю.А. ЧИРКОВ, Р.Н. УЗЯКОВ,
Н.Ф. ВАСИЛЬЕВ
РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ПОДБОРУ И РАСЧЕТУ
ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ
В КУРСОВЫХ ПРОЕКТАХ
Рекомендовано к изданию Редакционно-издательским советом государственного образовательного учреждения
высшего профессионального образования
«Оренбургский государственный университет»
Оренбург 2004
ББК 34.445.72с
Ч 65
УДК 621.833(075.8)
Рецензент
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Детали машин и прикладная механика» В.М. Кушнаренко.
Чирков Ю.А., Узяков Р.Н., Васильев Н.Ф.
Ч 65 Расчет подшипников качения: Методические указания по подбору и расчету
Подшипников качения в курсовых проектах для студентов немеханических специальностей. - Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004 - 15 с.
Методические указания предназначены для подбора и выполнения расчета радиальных и радиально-упорных (шариковых и конических) подшипников в курсовых проектах (работах) для студентов немеханическихспециальностей. Указания содержат методику расчета, необходимые формулы и весь справочный материал для выполнения расчетов.
|
|
|
ББК 34.445
Ó Чирков Ю.А. и др., 2004
Ó ГОУ ОГУ, 2004
Содержание
Введение......................................................................................................... 4
1.Подбор и проверочный расчёт подшипника качения......................... 5
1.1 Подбор подшипника качения................................................................ 5
1.2 Проверочный расчет подшипников качения по динамической грузоподъемности................................................................................................................... 5
1.2.1 Радиальный подшипник................................................................. 7
1.2.2.Радиально-упорный подшипник.................................................... 8
1.2.2.1. Шариковый подшипник............................................................. 8
1.2.2.2 Конический подшипник............................................................... 8
1.3. Подбор и проверочный расчет подшипников качения по статической грузоподъемности.................................................................................... 9
Литература................................................................................................... 11
Приложение А............................................................................................. 12
Введение
Подшипники качения нашлиширокое применение в машиностроении. Подбор и проверочный расчет их выполняется по динамической или статической грузоподъемности.
В методических указаниях дана последовательность подбора и расчета различных типов подшипников качения, приведены необходимые таблицы и рекомендации.
|
|
|
Подбор и проверочный расчёт подшипника качения
Окончательный подбор и расчет подшипников качения выполняют после проверочного расчёта вала и базируют на следующих критериях:
а) подбор и расчёт на статическую грузоподъёмность по остаточным деформациям;
б) подбор и расчёт на динамическую грузоподъёмность по усталостному выкрашиванию.
Расчеты по другим критериям не разработаны, так как они связаны с целым рядом случайных факторов, трудно поддающихся учёту.
При проектировании машин подшипник качения не конструируют, а подбирают из числа стандартных и выполняют проверочный расчет по эмпирическим формулам.
Подбор и расчёт подшипников качения выполняют по ГОСТ 18854-73 и ГОСТ 18855-73.
Подбор подшипника качения.
Подшипник качения выбирают по таблицам, зная диаметр вала под подшипником и действующие силы. Первоначально выбирают подшипник легкой серии и записывают параметры выбранного подшипника: внутренний диаметр (d), наружный диаметр (D), ширина (В), динамическая (С), статическая (С0) грузоподъемности.
|
|
|
Проверочный расчет подшипников качения по динамической грузоподъемности
Проверочный расчет подшипников качения по динамической грузоподъемности выполняют для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивания) при частоте вращения n 
1 мин -1 (в расчетах принимают n 10 минˉ¹)
Динамическая грузоподъемность С и ресурс L связаны эмпирической формулой:
или 
где L - ресурс, млн. оборотов;
p - показатель степени, p =3 для шариковых подшипников, p =10/3=3,33 для роликовых;
Ср и Стаб- расчетная и табличная динамическая грузоподъемность.
Стаб зависит от прочности материала, конструктивных особенностей и технологических характеристик подшипников;
Р - эквивалентная нагрузка, Н.
Ресурс подшипника L, млн. оборотов:
,
где n - частота вращения вала, мин -1;
Lh - ресурс в часах (долговечность в часах).
Рекомендуемые минимальные долговечности подшипников:
Lh=10000 часов для зубчатых редукторов;
Lh=5000 часов для червячных редукторов.
Рекомендуемые значения Lh для машин и оборудования приведены в таблице А.1.
Эквивалентную нагрузку определяют:
а) для радиальных подшипников:
Р=F2·V·kб·kт;
б) для радиально-упорных шарико - и роликоподшипников
P=(X·V·Fr+Y·Fa)·kб ·kт;
|
|
|
в) для упорных шариковых и роликовых подшипников:
Р=Fa ·kб ·kт;
где Fr, Fa- наибольшая активация и осевая нагрузка на опоре, Н;
Х и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (таблица А.5).
V – коэффициент вращения кольца.
V=1- при вращении внутреннего кольца.
V=1,2 - при вращении наружного кольца;
kб - коэффициент безопасности (таблица А.1).
kт - температурный коэффициент (таблица А.2).
В радиально-упорных подшипниках при действии на них радиальных нагрузок возникают осевые составляющие S от радиальных реакций, которые учитывают при расчете подшипника. Величину осевой составляющей определяют по формулам:
Для радиально-упорных подшипников: S=e·Fr
Для конических роликоподшипников: S= 0,83·e·Fr,
где e – коэффициент осевого нагружения.
Значение коэффициента е выбирают по таблице А.5 в зависимости от отношения Fa/Cо, здесь Cо - статическая грузоподъёмность. В случаях, когда для предварительных расчётов радиально-упорных подшипников не достигает данных, величину е определяют по формулам:
Для радиально-упорных шарикоподшипников:
с углом контакта α=12º
с углом контакта α=15°
для радиально-сферических шарикоподшипников или конических роликоподшипников с углом контакта α=12…16°:
e =1,5·tgα
Величины е, Y, X для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников с углом контакта α<15° выбирают по таблице А.5 в зависимости от отношения осевой нагрузки Fа и статической грузоподъемности С0 подшипника. При выборе Y применяют линейную интерполяцию.
Для радиально-упорных шарикоподшипников с номинальным углом контакта α>15° и конических роликоподшипников коэффициенты X и Y выбирают в зависимости от отношения Fa/(Vо·Fr), коэффициента осевого нагружения е и угла контакта α (таблица А.5).
При Fa/(V·Fr)<e принимают: X=1, Y=0 (таблица А.5).
Осевая нагрузка Fa не оказывает влияние на величину эквивалентной нагрузки.
При Fa/(V·Fr)>e соответствующие значения коэффициентов X и Y принимают по таблице А.5.
Последовательность проверочного расчета подшипника качения.
Проверочный расчет выполняют для предварительно выбранного подшипника.
Расчет сводится к проверке условия Сp ≤ Cтаб. Если это условие не соблюдается, то принимают подшипник другой серии или другого типа с большим значением.
Радиальный подшипник
Исходные данные:
частота вращения вала n, об/мин;
суммарная максимальная реакция на опоре Fr, Н;
схема установки подшипника;
диаметр под подшипником dп, м;
данные предварительно выбранного подшипника: d, D, B, C ,C0;
условное обозначение, серия.
эквивалентная нагрузка: P=Fr ·V·kб· kт
где Fr - суммарная максимальная реакция на опоре, Н
V - коэффициент вращения кольца (см. п. 1.2);
kб - коэффициент безопасности (см. таблицу А.1);
kт - температурный коэффициент (см. таблицу А.2).
Рекомендуемое минимальное значение долговечности подшипника Lh, ч, выбирают по таблице А.1 или из исходных данных.
Ресурс подшипника L, млн. оборотов:
Расчетная грузоподъемность Сp и проверка условия С 
Cтаб:
Сp= 
Радиально-упорный подшипник
Исходные данные:
частота вращения вала n, об/мин;
суммарная реакция на опоре Fr1, H; Fr2, H;
осевая нагрузка Fа, Н;
схема установки подшипника;
диаметр вала под подшипником dп, м;
данные предварительно выбранного подшипника:
условное обозначение, серия, Стаб, С0, угол контакта α°.
Шариковый подшипник.
Рекомендации см. в таблице А.3.
Осевая нагрузка действует на опору 2 (рисунок 1 а), б)). Величина отношения осевой силы к реакции этой опоры Fa/Fr2.
Величина отношения осевой силы к статической грузоподъемности подшипника Fa/C0.
Коэффициент осевого нагружения е принимают по таблице А.5 в зависимости от отношения Fa/C0.
Осевые составляющие реакции от радиальных нагрузок (рисунок 1 а), б)):
S1=е·Fr1; S2= е·Fr2.
Если S1>S2, Fa=0 , то из таблицы А.4 следует: Fa1=S1; Fa2=S1+Fa.
Проверочный расчет отношения Fa2 /C0
Коэффициенты X и Y для первой и второй опоры.
Если Fa1/V·Fr1<e, то X=1, Y=0 (таблица А.5).
Если Fa1/V·Fr2>e , то значения X и Y выбирают по таблице А.5.
Эквивалентные нагрузки:
P1=X·V·Fr1·kб·kт; P2=(X·V·Fr2+Y·Fa2)·kб·kт.
Далее в расчетах принимают наибольшее значение эквивалентной нагрузки (Р1 или Р2). Допустим, что Р2>Р1.
Желаемую долговечность Lh выбирают по таблице А.1 или из исходных данных.
Ресурс подшипника L, млн оборотов:
Расчетная грузоподъемность Ср и проверка условия Ср Cтаб
Сp= 
Cтаб
Конический подшипник.
Осевая сила действует на опору 2 (рисунок 1 а), б)).
Величина отношения сил на этой опоре Fa/Fr2
Коэффициент осевого нагружения e =1,5·tgα
Осевые составляющие реакций от радиальных нагрузок (рисунок 1 а), б)):
S1=0,83·e·Fr1: S2=0,83·e·Fr2
Если S1>S2, Fa>0, то из таблицы А.4 следует:
Fa1=S1; Fa2=S1+Fa
Проверочный расчет величины отношения сил
Если Fa1/(V·Fr1)<e, то X=1, Y=0 (таблица А.5);
Если Fa2/(V·Fr2)>e, то Х=0,4,Y =0,4·ctgα (таблица А.5).
Эквивалентные нагрузки:
P1=V·X·Fr1 ·kб · kт;
P2= (X·V·Fr2+Y·Fа2)·kб ·kт
Далее в расчетах принимают наибольшее значение эквивалентной нагрузки (Р1 или Р2). Принимаем Р2>Р1.
Желаемую долговечность Lh выбирают по таблице А.1 или из исходных данных.
Ресурс L, млн. оборотов:
Расчетная грузоподъемность Ср и проверка условия Ср Cтаб
Сp= 
Cтаб
Если Стаб>Ср то переходят от подшипника легкой серии к подшипнику средней или тяжелой серии (при этом же диаметре цапфы) или шариковые подшипники заменяют роликовыми или увеличивают диаметр dп вала, подбирают подшипник с большим углом контакта и т. д.
Если Стаб»Ср (значительно больше даже при применении подшипника легкой серии) подбор заканчивают, так как уменьшение расчетного диаметра dn вала не рекомендуется.
 |
а) враспор б) свободно
Рисунок 1. Схема действия нагрузок при установке вала на радиально-упорные подшипники.
Подбор и проверочный расчет подшипников качения по статической грузоподъемности.
Если кольцо нагруженного подшипника вращается с частотой n<1 мин-1, выбирают подшипник по статической грузоподъемности С0.
Подшипник подбирают путем сравнения требуемой величины статической грузоподъемности Р0 с ее значением по каталогу С0:
Р0 C0.
Величину эквивалентной (требуемой) статической нагрузки Р0 определяют:
а) для радиальных, радиально-упорных, шарико - и роликоподшипников:
P0=X0·Fr+Y0·Fa; P0=Fr,
здесь Y0 и Х0 - коэффициенты радиальной и осевой статической нагрузки (выбирают из каталога);
Fr и Fa- радиальная и осевая нагрузка, H:
б) для радиальных или осевых роликоподшипников с короткими цилиндрическими роликами:
P0=Fr; P0=Fа;
Для упорно-радиальных шарико- и роликоподшипников:
P0=2,3·Fr tgα+Fa
где α - номинальный угол контакта подшипника (по каталогу).
Литература
1. Иванов М.Н. Детали машин. - М.: Высшая школа,1984. – 336 с.
2. Кудрявцев В.Н., Державин Ю.А., Арефьев И.И и др. Курсовое проектирование деталей машин. - Л. : Машиностроение, 1984. – 400 с.
3. Чернавский С.А., Снесарев Г.А., Козинцев Б.С. и др. Проектирование механических передач. - М.: Машиностроение, 1984. – 560 с.
Приложение А
(справочное)
Таблица А.1 – Рекомендуемые значения Lh и kб для машин и оборудования.
| Машины и оборудование | Условия эксплуатации | Lh, ч | kб |
| Ролики ленточных конвейеров | Спокойная без толчков | (3÷8)·10 
| 1,0 |
| Прецизионные зубчатые передачи, металлорежущие станки, электродвигатели, вентиляторы, воздуходувки, блоки | Легкие толчки, кратковременные перезагрузки до 125% от расчетной нагрузки | (8÷12)·10
| 1,0÷1,2 |
| Зубчатые передачи 7 и 8 степени точности, редукторы всех конструкций | Умеренные толчки, кратковременная перегрузка до 150% от расчетной нагрузки | (12÷30)·10
| 1,3÷1,5 |
| Центрифуги, мощные электрические машины, энергетическое оборудование | То же в условиях повышенной надежности | (40÷50)·10
| 1,5÷1,8 |
| Зубчатые передачи 9 степени точности, дробилки, копры, кривошипно-шатунные механизмы, мощные вентиляторы и эксгаустеры | Нагрузка со значительными толчками и вибрацией, кратковременные перегрузки до 200% от расчетной нагрузки | (50÷100)·10
| 1,8÷2,5 |
| Тяжелые ковочные машины, лесопильные рамы, рабочие рольганги у крупносортных станов, блюмингов | Нагрузка с сильными ударами, кратковременные перегрузки до 300% от расчетной нагрузки | 10 
| 2,5÷3,0 |
Таблица А.2 – Рекомендуемые значения kТ в зависимости от температуры.
| С° | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 |
| kт | 1 | 1,05 | 1,1 | 1,15 | 1,25 |
Таблица А.3 – Рекомендации по выбору радиально-упорных шарикоподшипников.
| Отношение Fa/Fr | Условное обозначение, угол контакта | Осевая составляющая S в долях от Fr | Примечание |
| 0,35÷0,8 | 36000; α=12° | 0,3·Fr | Допустимо использовать особо легкой и сверх легкой серии |
| 0,81÷1,2 | 46000; α=26° | 0,6·Fr | При весьма высоких скоростях легкая серия предпочтительней |
| Св. 1,2 | 6600; α=36° | 0,9·Fr | Для высоких скоростей подшипник с данным углом контакта не пригоден |
Таблица А.4 – Формулы для определения осевых нагрузок.
| Условие нагружения | Осевая нагрузка |
| S1 S2; Fa 0
| Fa1=S1 |
| S1 S2; Fa>S2-S1
| Fa2=S1+Fa |
| S1 S2
| Fa1=S2-Fa |
| Fa S2-S1
| Fa2=S2 |
Таблица А.5 – Значения коэффициентов Х и У для подшипников.
а) Радиальные однорядные
| Fa/Cە | Fa/(V·Fr) < e | Fa/(V·Fr) > e | e | ||
| X | Y | X | Y | ||
| 0,014 | 1 | 0 | 0,56 | 2,30 | 0,19 |
| 0,028 | 1,99 | 0,22 | |||
| 0,056 | 1,71 | 0,26 | |||
| 0,084 | 1,55 | 0,28 | |||
| 0,11 | 1,45 | 0,30 | |||
| 0,17 | 1,31 | 0,34 | |||
| 0,28 | 1,15 | 0,38 | |||
| 0,42 | 1,04 | 0,42 | |||
| 0,56 | 1,00 | 0,44 | |||
б) Радиально-упорные конические однорядные
| Fa/(V·Fr) ≤ e | Fa/(V·Fr) > e | e | ||
| X | Y | X | Y | |
| 1 | 0 | 0,4 | 0,4·ctgα | 1,5·tgα |
Продолжение таблицы А.5
в) Радиально-упорные шариковые
| α° | i·Fa/Cە | Fa/(V·Fr) ≤ e | Fa/(V·Fr) ≥ e | e | ||
| X | Y | X | Y | |||
| 12 | 0,014 0,029 0,057 0,086 0,11 0,17 0,29 0,43 0,57 | 1 | 0 | 0,45 | 1,81 1,62 1,46 1,34 1,22 1,13 1,04 1,01 1,00 | 0,30 0,34 0,37 0,41 0,45 0,48 0,52 0,54 0,54 |
| 15 | 0,015 0,029 0,058 0,087 0,12 0,17 0,29 0,44 0,58 | 1 | 0 | 0,44 | 1,47 1,40 1,30 1,23 1,19 1,12 1,02 1,00 1,00 | 0,38 0,40 0,43 0,46 0,47 0,50 0,55 0,56 0,56 |
| 18,19,20 |
| 1 | 0 | 0,43 | 1,00 | 0,57 |
| 24,25,26 | 0,41 | 0,87 | 0,68 | |||
| 30 | 0,39 | 0,76 | 0,80 | |||
| 35,36 | 0,37 | 0,66 | 0,95 | |||
| 40 | 0,35 | 0,57 | 1,14 | |||
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 3250; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!