Как подобрать подшипник по нагрузке
Расчет подшипников
Подписка на рассылку
Выбор и расчет подшипников для устройства каждого узла вращения основывается на нормах нагрузки, установленных в производственных стандартах. Для конструкторов технических средств расчет нагрузки на подшипник имеет особо важное значение, так как от него зависит работоспособность и функциональность узла. Обычно узлы вращения выполняют ключевую динамическую роль в работе техники, поэтому выход из строя одного подшипника часто приводит к остановке всего устройства.
Расчет нагрузки на подшипник
Заданную нагрузку при определенных условиях работы может выдерживать подшипник с соответствующими массогабаритными характеристиками и грузоподъемностью. Из необходимости выдерживать нагрузку длительное время складывается номинальный ресурс подшипника, гарантирующий работоспособность в течение конкретного срока. Грузоподъемность и ресурс составляют базовый основной расчет подшипников. При этом расчет радиальных подшипников и упорных имеет отличия.
Динамическая грузоподъемность ― это эквивалентная постоянная нагрузка узла, которую безотказно выдерживает подшипник в течение 1000000 оборотов без появления усталостного разрушения. Статическая нагрузка действует в состоянии покоя, без вращения колец подшипника, и также учитывается при расчетах грузоподъемности.
В производстве подшипников рассчитываются отдельные детали: тела качения, сепараторы, кольца ― для целесообразности применения их разновидностей с различными конструкциями и материалами. Полное прогнозирование реальной работоспособности подшипника включает расчеты ударной, вибрационной нагрузки, комбинированных напряжений, влиянию смазки, перепадов температур.
Формула расчета подшипников
В отечественной системе стандартов порядок расчета динамической грузоподъемности (и ресурса) подшипников качения устанавливаются в ГОСТ 18855-2013. Основы расчета статической грузоподъемности устанавливаются ГОСТом 18854-2013. Статическая грузоподъемность связана с напряжениями в самой нагруженной точке контакта тел с дорожкой качения. ГОСТом установлены нормы для:
Расчет статической радиальной грузоподъемности радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников осуществляется по формуле:
Для расчета статической осевой грузоподъемности упорных и упорно-радиальных шарикоподшипников используется формула:
Расчеты по динамической составляющей производятся по формулам:
Расчет подшипников ― пример
Располагая такими формулами, конструкторы могут вычислить какая модель подшипника подходит по грузоподъемности для передачи крутящего момента в том или ином узле вращения.
Простой практический пример расчета выглядит так.
Задача ― подобрать подшипник качения при: радиальной Fr нагрузке 7940Н; осевой Fa нагрузке 880Н; диаметре вала 60мм; угловой скорости ω вала 10,5 рад/с; температуре нагрева не более 60°С.
При коэффициенте V вращения 1; коэффициенте Кб безопасности 1; температурном Кт коэффициенте 1; коэффициенте радиальной Х нагрузки 1; коэффициенте осевой Y нагрузки 0 ― решением будет радиальный однорядный подшипник 212 по ГОСТ 8338-75, согласно формулам:
Расчет упорного подшипника скольжения в корне отличается от предыдущих, поскольку зависит от характера трения (жидкостного, смешанного или граничного), коэффициента трения, зазоров, и других специфических характеристик согласно стандартам, относящимся к отдельным типам.
Расчет подшипников качения
Выбор подшипников качения
Подшипники качения подбирают по статической грузоподъемности или заданной долговечности.
По статической грузоподъемности выбирают подшипники, у которых угловая скорость вращающегося кольца не превышает 1 об/мин ≈ 0,1 рад/с
Выбор подшипников по динамической грузоподъемности
Критерием для выбора подшипника служит неравенство Стр 10 об/мин, но не превышающем предельного значения n пред для данного типоразмера подшипника. Предельные значения (n пред) указаны в ГОСТах на подшипники (так как случаи работы подшипников при n > n пред встречаются редко, здесь значения не даны). При n = 1 ÷ 10 об/мин расчет ведут, исходя из n = 10 об/мин
Часто при подборе подшипников приходится определять расчетную долговечность выбранного подшипника, в частности, это необходимо в тех случаях, когда подбор подшипника ведут методом последовательных приближений. Расчетную долговечность (в миллионах оборотов или в часах) определяют по табличному значению динамической грузоподъемности и величине приведенной нагрузки по формулам 4 и 5
В качестве расчетной долговечности партии идентичных подшипников принято число оборотов (или часов при данной постоянной скорости), в течение которых не менее 90% из данной партии подшипников должны проработать без появления первых признаков усталости металла.
Полезно иметь в виду, что практически значительная часть подшипников будет иметь фактическую долговечность значительно более высокую, чем расчетная. Это обстоятельство следует учитывать в первую очередь при выборе желаемой долговечности подшипника и не назначать ее чрезмерно большой.
Вычисления по формулам (4) и (5) можно не выполнять, а определять Lh по таблицам
Подбор подшипника для заданных условий работы начинают с выбора, типа подшипника. Во многих случаях эта задача не имеет однозначного решения и приходится выполнять расчеты для нескольких типов подшипников и лишь после их окончания делать окончательный выбор, ориентируясь не только на габариты подшипникового узла, соображения долговечности, но и учитывая требования экономичности
На первой стадии расчета при выборе типа подшипника, помимо величины и направления нагрузки и требуемой долговечности, учету подлежат следующие факторы: характер нагрузки (постоянная, переменная, вибрационная или ударная), состояние окружающей среды (влажность, запыленность, наличие паров кислот и т. п.) и ее температура, необходимость обеспечения высокой точности вращения и жесткости подшипникового узла. Некоторые из указанных факторов учитываются коэффициентами, входящими в величину приведенной нагрузки, другие непосредственно влияют на выбор типа подшипника или конструкцию подшипниковых узлов
В отношении стоимости подшипников надо иметь в виду следующее: дешевле других шариковые радиальные подшипники. Так, например, роликовые конические подшипники легкой серии дороже шариковых той же серии примерно на 30—50%. Для подшипников средней серии различие в стоимости указанных типов подшипников меньше и составляет примерно 20—35%. Резко возрастает стоимость подшипников с повышением класса точности; так если принять за единицу стоимость подшипника класса 0, то стоимость подшипника класса 6 составит примерно 1,2, а класса 5—1,5. Эти данные можно рассматривать как средние для всех типов подшипников, кроме роликовых конических, для них указанные отношения стоимостей составляют соответственно 1,5 и 1,8
При подборе подшипников возможны следующие варианты последовательности расчета:
1.Намечают тип подшипника и схему установки подшипников на данном валу.
2.Определяют радиальную и осевую нагрузки подшипника.
3.С учетом условий нагружения подшипника определяют его приведенную нагрузку.
4.Задаются желаемой долговечностью подшипника (при выборе величины Lh можно пользоваться таблицей)
Рекомендованные значения расчетной долговечности подшипников для различных типов машин
| Примеры машин и оборудования | Долговечность, Lh |
|---|---|
| Приборы и аппараты, используемые периодически: демонстрационная аппаратура, механизмы для закрывания дверей, бытовые приборы | 500 |
| Неответственные механизмы, используемые в течение коротких периодов времени: механизмы с ручным приводом, сельскохозяйственные машины, подъемные краны в сборочных цехах, легкие конвейеры | 4000 и более |
| Ответственные механизмы, работающие с перерывами: вспомогательные механизмы на силовых станциях, конвейеры для поточного производства, лифты, нечасто используемые металлообрабатывающие станки | 8000 и более |
| Машины для односменной работы с неполной нагрузкой: стационарные электродвигатели, редукторы общего назначения | 12000 и более |
| Машины, работающие с полной загрузкой в одну смену: машины общего машиностроения, подъемные краны, вентиляторы, распределительные валы | Около 20000 |
| Машины для круглосуточного использования: компрессоры, насосы, шахтные подъемники, стационарные электромашины, судовые приводы | 40000 и более |
| Непрерывно работающие машины с высокой нагрузкой: оборудование бумажных фабрик, энергетические установки, шахтные насосы, оборудование торговых морских судов | 100000 и более |
По формуле (2) или (3) определяют требуемую динамическую грузоподъемность подшипника.
Выбирают конкретный типоразмер подшипника, который имеет динамическую грузоподъемность не ниже требуемой.
При этом надо иметь в виду, что даже небольшое уменьшение динамической грузоподъемности по сравнению с требуемой приводит к резкому снижению расчетной долговечности (см. формулы (4), (5).
При выборе подшипника должен быть учтен необходимый по условию прочности диаметр вала. (Встречаются случаи, особенно если угловая скорость вала сравнительно велика, когда для обеспечения требуемой долговечности подшипника приходится увеличивать диаметр вала по сравнению с необходимым по условию прочности).
Уточняют нагрузки подшипника и по табличному значению динамической грузоподъемности определяют расчетную долговечность. Если окажется, что она значительно отличается от требуемой, выбирают подшипник другого типоразмера и повторяют расчет.
Назначают класс точности подшипника с учетом требований к точности вращения вала. При отсутствии специальных требований принимают класс точности 0
Выбор подшипника по заданной долговечности
Применение данного варианта подбора подшипников связано с тем, что в начале расчета не всегда есть возможность определения радиальной, осевой и приведенной нагрузок подшипника. Это обстоятельство объясняется, во-первых, невозможностью точного определения положения точек приложения радиальных реакций подшипников; во-вторых, некоторые коэффициенты, входящие в формулу для определения приведенной нагрузки, зависят от конкретного типоразмера подшипника, т. е. они не известны на первой стадии расчета
В этом варианте предварительно выбирают не только тип подшипника, но и задаются его серией и размером. Затем составляют эскиз, на основе которого определяют нагрузки подшипника, вычисляют приведенную нагрузку и по значению динамической грузоподъемности определяют расчетную долговечность. Полученную таким путем величину Lh сравнивают с желаемой или рекомендуемой (см. таблицу) долговечностью. В случае неудовлетворительного результата изменяют тип, серию или размер подшипника, а иногда даже схему установки подшипников и повторяют расчет.
Так например, для быстроходных и промежуточных валов зубчатых редукторов можно рекомендовать применение подшипников средней серии, а для тихоходных — легкой
Приведенная нагрузка радиального или радиально-упорного подшипника представляет собой условную расчетную нагрузку, которая при приложении ее к подшипнику обеспечивает такую же его долговечность, которую он будет иметь при действительных условиях нагружения.
Для упорных подшипников определение аналогично, но приведенной является условная осевая нагрузка.
Для радиальных и радиально-упорных подшипников (за исключением роликовых радиальных) приведенную нагрузку определяют по формуле (6)
Q = (XKkR + YA)K6KT,
где R — радиальная нагрузка;
А — осевая нагрузка;
X — коэффициент радиальной нагрузки;
Y — коэффициент осевой нагрузки;
Кк — коэффициент вращения (кинематический коэффициент);
К6— коэффициент безопасности (коэффициент динамичности) — см. табл. 4;
Кт — температурный коэффициент
Коэффициент безопасности (коэффициент динамичности)
| Характер нагрузки на подшипник | К6 | Примеры использования |
|---|---|---|
| Спокойная нагрузка без толчков | 1,0 | Ролики ленточных конвейеров |
| Легкие толчки. Кратковременные перегрузки до 125% от номинальной (расчетной) нагрузки | 1,0 — 1,2 | Прецизионные зубчатые передачи, металлорежущие станки (кроме строгальных и долбежных), блоки, электродвигатели малой и средней мощности, легкие вентиляторы и воздуходувки |
| Умеренные толчки. Вибрационная нагрузка. Кратковременная перегрузка до 150% от номинальной (расчетной) нагрузки | 1,3 — 1,5 | Буксы рельсового подвижного состава, зубчатые передачи 7-й и 8-й степеней точности, редукторы всех конструкций |
| То же, в условиях повышенной надежности | 1,5 — 1,8 | Центрифуги, мощные электрические машины, энергетическое оборудование |
| Нагрузки со значительными толчками и вибрацией. Кратковременные перегрузки до 200% от номинальной (расчетной) нагрузки | 1,8 — 2,5 | Зубчатые передачи 9-й степени точности. Дробилки и копры, кривошипно-шатунные механизмы, валки прокатных станов, мощные вентиляторы и эксгаустеры |
| Нагрузки с сильными ударами и кратковременные перегрузки до 300% от номинальной (расчетной) нагрузки | 2,5 — 3,0 | Тяжелые ковочные машины, лесопильные рамы, рабочие рольганги у крупносортных станов, блюмингов и слябингов |
Если внутреннее кольцо подшипника вращается по отношению к направлению нагрузки, то Кн = 1,0; в случае, если оно неподвижно по отношению к нагрузке, Кн = 1,2
Значения температурного коэффициента Кт следующие:
— рабочая температура подшипника, °С : 100; 125; 150; 175; 200; 250;
— температурный коэффициент Кт 1,0; 1,05; 1,10; 1,15; 1,25; 1,40.
Величины коэффициентов X и Y приведены в подшипниковых таблицах. Для радиальных шариковых подшипников и для всех радиально-упорных подшипников эти коэффициенты зависят от отношения A/R и коэффициента е. Величина е, а также и Y для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников с номинальным углом контакта β ≤ 15° выбирается в зависимости от отношения А/ С0, где С0 — статическая грузоподъемность подшипника
Для радиальных роликовых подшипников величину Q вычисляют по формуле
Q = RКкКтK6 (7)
Для упорных подшипников
Q = АКбКт (8)
Следует иметь в виду, что для однорядных радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников, а также однорядных конических роликоподшипников осевые усилия не оказывают влияния на величину приведенной нагрузки, пока отношение A/R не превысит
определенной величины е.
В двухрядных радиально-упорных подшипниках приведенная нагрузка зависит от величины осевой силы при любом ее значении; в случае, если A/R > е, в этих подшипниках работает лишь один ряд тел качения.
При выборе угла контакта подшипника следует стремиться к тому, чтобы отношение A/R было по возможности близким к величине е.
Осевые нагрузки, действующие на радиально-упорные подшипники, определяют с учетом схемы воздействия внешних сил, зависящих от выбранного относительного расположения подшипников (рис. 1 а, б)
Осевая нагрузка на каждый из подшипников может быть определена по следующим формулам, полученным при условии отсутствия осевой игры и преднатяга
Выбор подшипников, работающих при переменных режимах
Для подшипниковых узлов, где величины действующих нагрузок и угловые скорости изменяются во времени (например, в опорах коробок скоростей, канатных барабанов и т. п.), выбор подшипников производится по эквивалентной нагрузке Qэкв и суммарному числу оборотов. Под эквивалентной нагрузкой понимается такая условная нагрузка, которая обеспечивает ту же долговечность, какую имеет подшипник в действительных условиях работы.
Приведенная нагрузка при каждом режиме определяется, как указано выше.
Если нагрузка меняется, по линейному закону от Qmin до Qmax, то эквивалентная нагрузка может быть определена с достаточной точностью по формуле
При более сложном законе изменения нагрузок и угловых скоростей для определения эквивалентной нагрузки пользуются формулой 
где Q1 — постоянная нагрузка, действующая в течение L1 оборотов
Q2 — постоянная нагрузка, действующая в течение L2 оборотов
Q3 — постоянная нагрузка, действующая в течение L3 оборотов
Qn — постоянная нагрузка, действующая в течение Ln оборотов
L — общее число оборотов, в течение которого действуют нагрузки Q1; Q2; Q3…Qn
Формула справедлива для всех типов подшипников, кроме подшипников с витыми роликами
Выбор подшипников по статической грузоподъемности
Если подшипник воспринимает нагрузку находясь в неподвижном состоянии или вращаясь со скоростью не более 1 об/мин, то его выбор производится по статической грузоподъемности вне зависимости от скорости вращения и необходимой долговечности.
Под статической грузоподъемностью С0 (ее величина указана в таблицах для каждого типоразмера подшипника) понимают такую нагрузку на невращающийся подшипник, под действием которой суммарное остаточное перемещение (сближение колец) составляет 0,0001 диаметра тела качения.
При действии комбинированной статической нагрузки вводится понятие о приведенной статической нагрузке, которая должна вызывать такие же остаточные перемещения, как те, которые возникают при действительных условиях нагружения.
Величины приведенной статической нагрузки для радиальных и радиально-упорных, подшипников определяются как большие из двух следующих значений:
Q0 = X0R + Y0A,
Qo = R,
где Х0 — коэффициент радиальной нагрузки;
У0 — коэффициент осевой нагрузки.
Значения Х0 и У0 приведены в подшипниковых таблицах. При выборе подшипника по таблицам должно выполняться неравенство
Qo ≤ Cо
Рассчитываем нагрузку на подшипник
Выбор габаритов подшипника по данному параметру, С0, осуществляется при выполнении одного из следующих факторов:
Уравнение ресурса для величины «Р0» (нагрузка динамическая эквивалентная), в подобных случаях, даёт настолько незначительную величину требуемой С (грузоподъёмность динамическая), что подобранный подшипник существенно перегружается в процессе эксплуатации.
В подобных ситуациях, допустимая величина, действующей на подшипник, нагрузки, задаётся не усталостью материала, а значением остаточной деформации.
Нагрузки, влияющие на подшипник, расположенный неподвижно, либо колеблющийся с малой частотой, нагрузки ударного характера, приложенные к вращающемуся изделию, являются причинами, приводящими к деформации дорожек и тел качения. Образующиеся вмятины могут распределяться по их поверхности неравномерно, либо на одинаковых расстояниях. Величина последних соответствует промежуткам между используемыми телами качения.
Если имеет место воздействие нагрузок на изделие на протяжении двух и более оборотов, деформация равномерно распределяется вдоль всей поверхности дорожек. Остаточные деформации становятся причинами, провоцирующими:
Высока вероятность изменения фактического характера посадки либо внутреннего зазора.
Степень ухудшения рабочих параметров подшипника под влиянием вышеназванных изменений определяется с учётом требований, которые предъявляются к конкретному изделию в определённых условиях эксплуатации.
Поэтому весьма важно ограничить, либо полностью предотвратить появление остаточных деформаций. Добиться этого можно, выбрав изделие с показателем С0 необходимой величины. При этом обязательно необходимо удовлетворить хотя бы одно из нижеперечисленных требований:
Нагрузки статического характера, состоящие из осевых и аксиальных составляющих, следует представить, как величину Р0. Так обозначается статическая эквивалентная нагрузка, действующая на изделие.
Её величина определяется как нагрузка осевая, для подшипников упорного типа, либо аксиальная, для радиального, которая воздействует на тела качения изделия с той же максимальной нагрузкой, что и нагрузка фактическая.
Рассчитывая величину Р0 применяют max величину ожидаемой (вероятной) нагрузки. А её составляющие (осевая, аксиальная) подставляются в данное уравнение.
В случае разнонаправленного воздействия статической нагрузки, эти составляющие меняются. В подобной ситуации применяют те составляющие, которые дают максимальную величину Р0.
Требуемая величина С0
Определяя габариты подшипника по показателю С0 для расчёта её требуемого значения применяют показатель S0 (коэффициент запаса). Этим значением определяется взаимосвязь между С0 и Р0. Выглядит это так – C0=S0P0.
При возрастании температуры величина C0 падает.
Существуют справочные таблицы значений S0, полученные эмпирическим путём. Имея их, и зная величину Р0, проверку достаточности С0 можно выполнить по формуле: S0=C0/P0/
Расчет подшипников качения
Как правильно подобрать подшипники качения
Правильность выбора подшипников качения зависит в первую очередь от величины статической грузоподъемности или указанной долговечности.
Значение первого параметра (статической грузоподъемности) определяет подбор подшипников со значением угловой скорости движущегося кольца менее 1 оборота в минуту (0,1 рад/сек).
Влияние значения динамической грузоподъемности на подбор подшипника
В этом случае отталкиваться стоит от следующего выражения:
– нужная динамическая грузоподъемность;
– значение динамической грузоподъемности подобранного подшипника из таблицы.
Если рассматривать такие типы подшипников как радиальные и радиально-упорные, то для них грузоподъемность – это неизменное значение нагрузки радиального типа, выдерживаемое несколькими аналогичными подшипниками со статичным внешним кольцом, до тех пор, пока поверхности колец или предметов качения не начнут разрушаться из-за «усталости» за 1.000.000 вращений внутреннего кольца.
Это определение применимо и к подшипникам упорного типа, но радиальная нагрузка заменяется на актуальную осевую.
Выражения действительны, если – это любое значение выше десяти об/мин. Однако оно должно быть меньше значения nпред для конкретной модификации подшипника.
Все значения пределов ( пред) для любого типа вы можете посмотреть в соответствующих государственных стандартах. Дело в том, что варианты пред встречаются не очень часто. Поэтому при n от 1 до 10 об/мин, берется максимальная цифра, то есть n принимается за 10 об/мин.
Нередко возникают ситуации, когда для определения подшипника нужно узнать его расчетную долговечность. Например, если подшипник выбирается способом последовательного приближения. Тогда расчетная долговечность (как в часах, так и в миллионах оборотов) узнается из таблицы значений динамической грузоподъемности, а также по цифре приведенной нагрузки. В расчете участвуют следующие выражения (4) и (5):
За рассчитанную долговечность группы аналогичных подшипников принимается количество кругов вращений (часов при определенной неизменной скорости), за время которых 90% или более от всего количества подшипников обязаны работать исправно без каких-либо признаков усталости материала изготовления.
Учтите! На деле долговечность большинства подшипников будет намного выше, чем рассчитанная.
Этот фактор обязательно нужно принять во внимание, когда вы будете устанавливать их нужную долговечность. Не рекомендуется указывать ее слишком высокой.
Кроме того, необязательно рассчитывать значения по выражениям (4) и (5), так как можно определить по таблицам.
Определение долговечности шариковых подшипников в часах по величине отношения
Исходя из установленных рабочих условий выбирают и модификацию подшипника. Нередки ситуации, когда трудно подобрать один определенный тип, поэтому необходимо производить расчеты сразу для нескольких подшипников. Итоговое решение принимается на основании размеров узла подшипника, необходимого значения его долговечности уже после всех вычислений.
Шаг 1. Первоначально в расчетах, кроме значения долговечности и модификации подшипника, нужно также учесть следующие величины:
Многие из вышеперечисленных характеристик будут выражены индексами в уравнениях, а от некоторых напрямую будет зависеть определение с моделью подшипника или его конструкцией.
Цена подшипников. Это один из важных факторов, который будет влиять на итоговую конструкцию. Перед началом расчетов следует помнить, что самые доступные подшипники – радиальные.
Пример: стоимость роликовых конических из легкой группы выше стоимости шариковых на 35-50%, что является весьма существенной разницей. Если брать модели из средней, а не легкой серии, то разница будет уже около 20-35%.
На стоимость подшипников также влияет класс точности их изготовления. Для наглядности: подшипника 6 класса стоят дороже их аналогов из 0 класса в 1,2 раза, а 5 кл. дороже нулевого класса уже в полтора раза. Указанное сравнение актуально для всех классов подшипников, кроме роликовых конических. О них можно сказать, что разница равна 1,5 и 1,8 соответственно.
Если взять такое же сравнение
Последовательность проведения расчета:
Таблица величин долговечности подшипников
| Каким устройствам подходит | Долговечность |
|---|---|
| Устройства, которые используются регулярно (закрывающие дверные устройства, бытовая аппаратура и пр.) | 500 |
| Неответственное оборудование, которое эксплуатируется редко и в течение короткого периода (техника сельского хозяйства, транспортеры и конвейеры, ручные механизмы) | >4000 |
| Важное оборудование с периодичной эксплуатацией (транспортеры поточного производства, подъемное оборудование, вспомогательные узлы на силовых станциях) | >8000 |
| Устройства для работы в 1 смену с невысокой нагрузкой (электродвигатели и редукторы общего использования). | >12000 |
| Устройства для работы в 1 смену со 100% нагрузкой (машины в области общего машиностроения, распредвалы, краны и пр.) | 20.000 |
| Оборудование, которое можно использовать 24 часа в сутки (насосы, подъемники, приводы, компрессоры) | >40.000 |
| Оборудование, работающее без остановки (механизмы на морских судах, энергетические механизмы, станки и прочие устройства на бумажных заводах) | >100.000 |
Для расчета динамической грузоподъемности подшипника используют выражения (2) и (3).
Сперва нужно определиться с модификацией подшипника. Единственный нюанс: его грузоподъемность не должна быть меньше необходимой.
Учтите! Если вы выберите подшипник, чья динамическая грузоподъемность даже немного меньше требуемой, это станет причиной существенного уменьшения долговечности узла. Это наглядно видно по формулам (4) и (5).
Помните о соблюдении требований к диаметру вала по прочности. Это очень важный момент, так как встречаются такие варианты, что угловая скорость вала большая, и вы вынуждены сделать диаметр вала намного больше, что является существенным превышением нормированного значения по критериям прочности.
Далее вам нужно определить нагрузку подшипника и, исходя из табличных значений динамической грузоподъемности, рассчитать долговечность.
Когда расчетная получилась существенного больше/меньше заданной, вам нужно отдать предпочтение следующей модификации подшипника и сделать расчет снова.
Класс точности выбирается, исходя из необходимой точности движения вала. Если особых условий нет, то он принимается за 0.
Определяем подшипник по величине требуемой долговечности
Этот способ обусловлен проблемой расчета нагрузок на подшипник на начальном этапе. Причин у этой проблемы две:
Для проведения расчета по этому способу задается не только конкретная модификация подшипника, но также его габариты и серия. Далее нужно нарисовать примерный чертеж детали, а уже отталкиваясь от него, легко узнать нагрузки на подшипник, приведенную нагрузку и долговечность (определяется по динамической грузоподъемности).
Пример. Для облегчения подбора учтите следующие сочетания: к быстроходным и промежуточным валам подходят подшипники средней серии, а к тихоходным – легкой.
В случае с радиальными и радиально-упорными подшипниками эта характеристика является условной расчетной нагрузкой. Если ее применить к подшипнику, то его долговечность должна остаться аналогичной, как и в условиях реального нагружения.
Это же определение применимо к упорным подшипникам, с одним уточнением: в качестве приведенной используется условная осевая нагрузка.
Величину приведенной нагрузки радиальных и радиально-упорных подшипников можно рассчитать по следующему выражению (6):
где — нагружение радиального типа;
— нагрузка осевого типа;
— индекс нагружения радиального типа;
— индекс нагружения осевого типа;
— индекс вращения (кинематический индекс);
— индекс безопасности (индекс динамичности) — из табл. 4;
Индекс безопасности (индекс динамичности)
| Способ воздействия на подшипник | Примеры | |
|---|---|---|
| Аккуратное нагружение без резких колебаний | 1,0 | Ролики ленточных транспортеров |
| Слабые толчки. Быстропроходящие перегрузки (до 125% от допустимого нагружения). | 1,0 – 1,2 | Зубчатые передачи повышенной точности, станки металлообрабатывающие (исключение – долбежные и строгальные), системы воздуходувок, электродвигатели до среднего уровня мощности |
| Средние толчки. Допустимо воздействие вибрации. Быстропроходящие перегрузки (до 150% от допустимого нагружения). | 1,3 – 1,5 | Буксы движущегося состава рельсового типа, передачи зубчатого типа 7 и 8 ступеней, любые редукторы. |
| Средние толчки. Допустимо воздействие вибрации. Быстропроходящие перегрузки (до 150% от допустимого нагружения), НО все это при повышенной степени надежности | 1,5 – 1,8 | Электро- и энергооборудование высокой мощности |
| Нагружение средней тяжести, осложняемое ощутимыми толчками и вибрацией. Быстропроходящие перегрузки (до 200% от допустимого нагружения) | 1,8 – 2,5 | Передачи зубчатого типа 9 ступени, дробильные агрегаты, наиболее мощные вентиляторы, кривошипно-шатунные узлы, эксгаустеры |
| Сильное нагружение с ударами. Быстропроходящие перегрузки (до 300% от допустимого нагружения) | 2,5 – 3,0 | Оборудование для ковки тяжелого класса, рабочие рольганги, входящие в конструкцию мощных станков, блюмингов и слябингов. |
Теперь уточним, как выбирается значение индекса Кн. Оно зависит от движения внутреннего кольца подшипника. Так, если оно движется по направлению воздействия нагрузки, то значение коэффициента равно 1. Если же кольцо не движется относительно направления воздействия нагрузки, то индекс принимаем за 1,2.
Вполне понятно, что его величина напрямую зависит от температуры самого узла подшипника. Приведем верное соотношение.
| Температура подшипника, °С | 100 | 125 | 150 | 175 | 200 | 250 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Величина температурного индекса, | 1 | 1,05 | 1,1 | 1,15 | 1,25 | 1,4 |
Если нужно вычислить приведенную нагрузку для радиальных роликовых подшипников, то нужно воспользоваться выражением:
В отношении к упорным подшипникам справедливо следующее выражение:
Если же обратить внимание на аналогичные (радиально-упорные) двухрядные, то на значение приведенной нагрузки влияет осевая сила при любом раскладе.
Для расчета осевых нагружений радиально-упорных подшипников нужно принять во внимание то, как внешние силы (зависят от месторасположения подшипников) влияют на них же (сх. 1 а, б).
В ходе расчета необходимо будет выяснить усилие, которое приходится на каждый подшипник. Для его расчета применяются следующие выражения. Они верны только если нет осевого смещения и преднатяга.
