Нагрузка на подшипники качения таблица

Выбор размера в зависимости от статической нагрузки

Выбор размера подшипника должен осуществляться или проверяться на основе статической нагрузки, которую способен выдерживать подшипник, с учётом возможного влияния остаточной деформации, если выполняется одно из следующих условий:

• Подшипник не вращается и подвергается постоянной высокой нагрузке или кратковременным пиковым нагрузкам.
• Подшипник совершает медленные колебательные движения под нагрузкой.
• Подшипник вращается и помимо обычных рабочих нагрузок, влияющих на усталостный ресурс, подвергается воздействию кратковременных высоких пиковых нагрузок.
• Подшипник вращается под нагрузкой с низкой частотой вращения (n

Образующаяся в результате таких условий деформация может проявляться в виде локального смятия тел качения или вмятин на дорожках качения. Вмятины могут быть распределены по дорожке качения как неравномерно, так и равномерно через промежутки, соответствующие расстоянию между телами качения. Неподвижный или совершающий медленные колебательные движения подшипник, на который действует нагрузка, достаточная для образования остаточной деформации, в условиях постоянного вращения будет работать с высокими уровнями вибрации и трения. Кроме того, не исключено увеличение внутреннего зазора или изменение характера посадки в корпусе и на валу.

Номинальная статическая грузоподъёмность

Номинальная статическая грузоподъёмность C в стандарте ISO 76 определяется как нагрузка, вызывающая определённое контактное напряжение в центре контакта наиболее нагруженного тела качения и дорожки качения. Величины контактных напряжений:

• 4600 MПa для самоустанавливающихся шарикоподшипников
• 4200 MПa для других шарикоподшипников
• 4000 MПa для всех роликоподшипников

Такие напряжения создают остаточную деформацию тела качения и дорожки качения величиной примерно 0,0001 от диаметра тела качения. Нагрузки — только радиальные для радиальных подшипников и центральные осевые для упорных подшипников.

Эквивалентная статическая нагрузка на подшипник

Нагрузки, состоящие из радиальной и осевой составляющих, которые необходимо определить в зависимости от номинальной статической грузоподъёмности С, должны быть преобразованы в эквивалентную статическую нагрузку на подшипник. Эквивалентная нагрузка определяется как расчётная нагрузка (радиальная для радиальных и осевая для упорных подшипников), вызывающая в подшипнике такую же максимальную нагрузку на тело качения, что и фактическая нагрузка. Её величину вычисляют по формуле

где

P	эквивалентная статическая нагрузка на подшипник [кН]
Fr	фактическая радиальная нагрузка на подшипник (см. ниже) [кН]
Fa	фактическая осевая нагрузка на подшипник (см. ниже) [кН]
X	коэффициент радиальной нагрузки для подшипника
Y	коэффициент осевой нагрузки для подшипника

Ориентировочные значения статического коэффициента запаса s

Статический коэффициент запаса s выражается как

Осевая нагрузка на подшипник

Способность выдерживать воздействие разных сил — один из важнейших параметров сборочных узлов. Осевая нагрузка на подшипник действует по направлению, параллельному его осям, а радиальная — в перпендикулярном направлении, и обращена в центр вала. Тип сборочного узла и его долговечность зависят от устойчивости к разным нагрузочным силам.

В любом случае при постоянной колебательной нагрузке подшипников проявляется усталость металла при значительной наработке оборотов. По этой причине сроком службы изделия можно считать число оборотов, которое оно совершит до появления первых признаков разрушения элементов качения (иголок, шариков, роликов) или дорожек.

Какие подшипники хорошо выдерживают осевую нагрузку?

Если основное воздействие на работающие сборочные узлы будет идти параллельно осям, то при подборе элемента следует обратить внимание на показатель Fa в паспорте изделия. Осевая нагрузка отлично компенсируется ударными и подшипниками.

Воздействие небольшой силы смогут выдержать шариковые подшипники. В их конструкции используются косые упоры, являющиеся дорожками качения, смещенными относительно центральной оси плоскости подшипникового кольца и относительно друг друга.

С более значительным осевым давлением смогут справиться роликоподшипники с коническими роликами. В этой конструкции дорожки качения находятся под наклоном. Благодаря этому решению конические ролики могут воспринимать радиальное и осевое воздействие. Высокая грузоподъемность устройства обеспечивается большой протяженностью поверхности контакта ролика с дорожкой качения.

Также для компенсации тяжелого и длительного воздействия подходят игольчатые и сферические роликоподшипники. Если влияние сил будет переменным, то инженеры рекомендуют использовать два цилиндрических или сферических упорных роликоподшипника.

Важен ли вид воздействия?

При выборе неподвижного или подвижного подшипника многие забывают о том, как именно он будет работать и воздействию каких сил будет подвергаться. Любую нагрузку можно поделить на статическую и динамическую. Статическое воздействие всегда будет меньше динамического, при всё усилие будет распределяться в одной и той же зоне недвижимого узла. Это упрощает процесс производства детали и подбор материалов.

Динамическая осевая нагрузка на подшипник распределяется равномерно между всеми элементами узла и на площади дорожек качения. При расчетах проектировщики часто опираются именно на нее в ситуациях, когда вал будет нагружаться в процессе вращения. Если же речь идёт о статическом воздействии, то при эксплуатации устройства возникают большие предпосылки к усталости металла в зоне контакта подвижных элементов. Инженерам придется тщательно подбирать материал для производства подвижных узлов. При подборе сборочных узлов кроме направленности и величины действующих на конструкцию сил надо учитывать:

• особенности физического пространства в механизме, куда будет помещено устройство;
• вращательную скорость;
• способность компенсировать несоосность корпуса и вала.

Расчет осевой нагрузки подшипника

Расчет осевой нагрузки зависит от типа устройства. При этом важно помнить, что при подсчетах нельзя исключать радиальную реакцию, прилагаемую к валу в точке пересечения нормали к середине. Обязательно при проектировании узлов учитывают эквивалентное динамическое и статическое воздействие. При этом в обоих случаях для проведения подсчетов понадобятся коэффициенты радиальной и осевой нагрузки на подшипник.

При монтаже вала на двух радиальных или шарикоподшипниках нерегулируемого вида сила по оси, нагружающая изделие, будет равна внешней силе, воздействующей по оси на вал. Напряжение будет переходить на шарикоподшипник, ограничивающий перемещение вала под действием данной силы.

Расчет осевой нагрузки радиально-упорного подшипника

Осевая нагрузка на подшипник в этом случае определяется с учетом осевой составляющей радиального воздействия. При этом в зависимости от формы используемых внутри сборочного узла элементов будет изменяться и формула. Рассчитать нагрузку на подшипник радиального и типа с зазором, близким или равным нулю, можно по следующей формуле:

е — коэффициент нагружения по оси. Он зависит от угла контакта. Чем больше этот показатель, тем большую приложенную силу сможет выдержать готовое устройство. Для конических роликоподшипников формула изменится следующим образом:

В большинстве случаев самостоятельно инженеру или проектировщику определять осевую нагрузку на подшипник не нужно. Она указывается в каталоге производителя изделия или в паспорте оборудования, куда будет установлен сборочный узел. При проектировании оборудования по индивидуальному заказу расчетом осевой нагрузки подшипника должна компания, которая будет заниматься производством механизма.

На сайте компании «Ф и Ф» вы сможете подобрать подшипники с конкретными характеристиками для определенных механизмов или заказать их производство по индивидуальным чертежам и расчетам. В каталогах вы также найдете редукторы, муфты, линейные направляющие и другие элементы, необходимые для стабильной работы промышленной техники.

Радиальная нагрузка на подшипник

В современных механизмах используется множество видов подшипников, рассчитанных на разную частоту вращения, условия эксплуатации и виды нагрузок. Осевые и радиальные силы – это факторы, действие которых рассматривают в первую очередь. От того, насколько эффективно деталь сопротивляется этим воздействиям, зависит надежность и функциональность узла вращения механизма. Мы рассмотрим, что такое радиальная нагрузка и как она действует на опоры вала.

Как действует радиальная нагрузка на опору?

Радиальной нагрузкой называют совокупность сил, действующих на подшипник перпендикулярно его осевой линии. Как определить радиальную нагрузку на опорную деталь с максимальной точностью? От того, насколько качественно рассчитан подшипник, зависит очень многое, в том числе срок службы механизма и безопасность его эксплуатации. В связи с этим выбор опорного узла считается ответственной задачей, которую должен выполнять квалифицированный специалист.

Расчет радиальной нагрузки учитывает несколько ее составляющих, среди которых наиболее значимыми являются:

• Масса вала;
• Масса оснастки на валу, например крыльчатки, стяжных гаек, обойм, фланцев и других элементов;
• Сила, связанная с действием на вал рабочей нагрузки, например жидкости, давящей на крыльчатку.

Также часто расчет учитывает и менее значимые факторы, например центробежные силы, воздействующие на опору из-за неполной статической уравновешенности оснастки. В зависимости от того, какой подшипник используется, радиальную нагрузку воспринимают разные элементы. В подшипнике качения восприятие происходит через шарики или ролики, передающие нагрузку на наружное кольцо и далее на опору, а в деталях скольжения – на вкладыши, изготовленные из специальных антифрикционных материалов. Большую роль в восприятии сил играет смазка, образующая тонкую и прочную пленку на поверхностях трения изделия.

Если рассматривать стойкость разных видов опор к радиальной нагрузке, то, вне всякого сомнения, лидирует подшипник роликовый. Если радиальная нагрузка шарикового подшипника передается на дорожки точечно, в месте соприкосновения шарика с поверхностью, по которой происходит его качение, то в роликовых опорах контакт происходит вдоль линии. Еще больший коэффициент нагрузки способны выдерживать игольчатые подшипники. Их ролики имеют значительную длину при небольшом диаметре и при достаточном количестве смазки в узле не вращаются под действием радиальных сил, а в совокупности образуют двигающийся вместе с валом элемент, эквивалентный вкладышу. Трение в таких подшипниках жидкостное, что снижает износ элементов и делает такие детали идеальным решением для максимально высоких радиальных нагрузок. Но собираясь использовать деталь с иглами, нужно не забывать, что как упорный элемент он абсолютно не подходит, так как не выдерживает осевых нагрузок.

Особенности использования опор для радиальных нагрузок

Выбирая между шариковыми и роликовыми моделями, нужно учесть, что шариковый подшипник всегда будет более скоростным, чем изделие с роликами. При этом в случаях, когда частота вращения особенно велика и нагрузки несут динамический характер, иногда лучше установить не роликовый узел и не шарикоподшипник, а опору скольжения. При правильном расчете и достаточном количестве смазки радиальная нагрузка на подшипник скольжения воспринимается не его частями, а слоем масла, который при достаточно больших скоростях вращения имеет отличную несущую способность.

Эффективность работы подшипника с радиальными силами, зависит не только от правильного выбора детали по типу и характеристикам, но и от соблюдения технологии монтажа. Не следует забывать, что радиальная нагрузка, действуя на опору, уменьшает натяг, существующий между рабочим валом и внутренним кольцом изделия или наружным кольцом и посадочным местом корпуса. Постепенно эта проблема усугубляется и со временем приводит к образованию зазора. Это чревато тем, что поверхность вала будет проскальзывать по внутреннему кольцу, вызывая повышение температуры и износ, называемый в таких случаях вывальцовыванием. Чтобы этого не произошло, необходимо учитывать при установке опоры то, что чем выше радиальная нагрузка и частота вращения, тем плотнее нужно выполнять посадку колец. Со стороны корпуса механизма некачественный монтаж также способен стать причиной перемещения наружного кольца в процессе работы и, как следствие, повреждение опорной части корпуса, вплоть до его полного разрушения.

Важнейшим условием эффективной и длительной работы любого подшипника, рассчитанного на радиальную нагрузку, является его качество. Известные производители подшипников, такие как SKF, NSK и FAG максимально серьезно подходят к своей работе и используют при производстве своих продуктов специальные стойкие к износу сплавы с минимальным коэффициентом температурного расширения и особые конструктивные решения.

Наша компания предлагает подшипники качения и скольжения разного типа и размера от самых авторитетных компаний, продукция которых высоко ценится на мировом рынке. В каталоге на нашем сайте вы можете быстро и точно подобрать опору для оборудования любого направления и, если нужно, сравнить ее параметры с аналогами от других известных брендов. Выбор подшипника для радиальных нагрузок – это ответственная и сложная задача, поэтому ее лучше доверить специалисту. Квалифицированные сотрудники нашего интернет-магазина готовы оказать помощь при выборе детали, в соответствии с вашими требованиями и бюджетом покупки.

Мы работаем на территории всей России и организуем доставку любых по объему партий подшипников в любой регион страны в максимально сжатые сроки. Все подшипники из нашего ассортимента – это оригинальная продукция с официальной гарантией от производителя, строго соответствующая международным стандартам и требованиям качества. Заказать подшипники на Prom-pod очень просто, так как наш сайт имеет дружелюбный интерфейс, а система оформления покупки максимально упрощена.

Расчет подшипников качения

Подшипники качения выбирают из каталогов или справочников по динамической грузоподъемности С и диаметру вала так, чтобы табличное значение динамической грузоподъемности было больше фактической.

Фактическая динамическая грузоподъемность определяется по формуле:

, Н (170)

где a – показатель степени, равный для шарикоподшипников 3, для роликоподшипников 3,33;

L – расчетный ресурс, миллион оборотов;

Р_э – эквивалентная нагрузка, Н.

Расчетный ресурс L определяют по формуле:

, миллионов оборотов (171)

где n – частота вращения вала, об/мин;

L_h – ресурс подшипника в часах, L_h=2500…40000 часов.

, об/мин (172)

где w – угловая скорость вращения вала, рад/с;

Эквивалентную нагрузку Р определяют по формуле в зависимости от типа подшипников.

а) Радиальные подшипники.

Радиальные подшипники воспринимают только радиальную нагрузку. Приведенная нагрузка определяется по формуле:

, Н (173)

где F_r – радиальная нагрузка, Н;

К_б – коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагрузку (таблица 36);

К_Т – температурный коэффициент, вводимый только при повышенной рабочей температуре t > 100°.

T, °С	…125
КТ	…1,05	1,1	1,25

К_К – коэффициент вращения, равный 1 при вращении внутреннего кольца относительно направления нагрузки и 1,2 при вращении нагрузочного кольца.

Радиальная нагрузка берется из расчёта валов – суммарная реакция в наиболее нагруженной опоре.

, Н (174)

где F_гор – реакция в опоре в горизонтальной плоскости, Н;

F_верт – реакция в опоре в вертикальной плоскости, Н.

Таблица 36 – Значения коэффициента К_б

Характер нагрузки на подшипники	Кб	Примеры
Спокойная нагрузка, толчки отсутствуют	Подшипники передач трением в машинах со спокойной внешней нагрузкой, ролики ленточных тормозов
Нагрузка с легкими толчками, кратковременные перегрузки до 125% от основной нагрузки	1,0–1,2	Подшипники передач зацеплением в машинах относительно спокойной внешней нагрузкой: в станках с вращательным главным движением, машинах для обработки волокон и т.д. Подшипники электродвигателей, конвейеров, транспортеров
Нагрузка с умеренными толчками, кратковременные перегрузки до 150%	1,3–1,8	Подшипники железнодорожного подвижного состава, коробок передач тракторов и автомобилей, редукторов. Подшипники колес автомобилей и тракторов; двигателей внутреннего сгорания, строгальных и долбежных станков, вагонеток для угля, редукторов т.д.

б) Радиально-упорные подшипники.

Радиально-упорные подшипники воспринимают как радиальную, так и осевую нагрузку.

Приведенную нагрузку определяют по формуле:

, Н (175)

где X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок (таблица 39) выбирают в зависимости от типа подшипников, относительной нагрузки ( );

F_a p – расчетная осевая нагрузка, Н.

Расчетная осевая нагрузка на подшипник складывается из внешней осевой нагрузки на вал и осевой составляющей от другого радиально-упорного подшипника.

, Н (176)

где – для шарикоподшипников, Н;

– для роликоподшипников;

е – параметр осевой нагрузки (выбирается из

таблицы 39 по отношению ).

Коэффициенты К_d, К_к, К_Т и радиальная нагрузка выбираются так, как и для радиальных подшипников.

После выбора подшипников из справочника по диаметру вала и динамической грузоподъемности определяют истинное значение отношения .

По отношению по таблице 39 снова уточняют коэффициенты X и Y, параметр e, приведенную нагрузку, динамическую грузоподъемность.

Если динамическая грузоподъемность остается меньше табличной, то выбранный подшипник оставляют.

При расчете динамической грузоподъемности для двух одинаковых шариковых радиальных однорядных подшипников, установленных рядом на одном валу и образующих один подшипниковый узел, пару подшипников рассматривают как один радиальный двухрядный подшипник.

При расчете динамической грузоподъемности и эквивалентной радиальной нагрузки для двух одинаковых шариковых или роликовых радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу и образующих один узел, пару подшипников рассматривают как один радиально- упорный двухрядный подшипник. При этом коэффициенты X и Y при определении эквивалентной нагрузки роликовых подшипников принимают из таблиц двухрядных подшипников.

Таблица 37 – Размеры и параметры шариковых радиальных однорядных

Определение приведенной нагрузки при подборе подшипников качения

Эквивалентная (приведенная) нагрузка Р есть такая постоянная нагрузка, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом обеспечивает такую же долговечность, какую подшипник будет иметь при действительных условиях нагружения и вращения.

Приведенная нагрузка определяется по формуле:

(1) ( в общем случае).

Для подшипников с короткими цилиндрическими роликами

(2)

Для упорно – радиальных подшипников (3)

Для упорных подшипников (4)

Формулы (2), (3), (4) являются частными случаями формулы (1).

X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок; указываются в таблицах.

V – коэффициент вращения,

V=1 при вращении внутреннего кольца,

V=1,2 при вращении наружного кольца,

F_r – радиальная нагрузка,

F_a – осевая нагрузка,

К_Б – коэффициент безопасности, отражает влияние на подшипник динамичности нагрузки,

К_Т – температурный коэффициент, отражает влияние температуры на долговечность подшипника.

При температуре до 100 0 С К_Т=1. Вводится только при температуре выше 100 0 С.

Зависимость (1) приведенной нагрузки от радиальной и осевой принята в простой форме. На самом деле эта зависимость сложная. Из – за радиального зазора в подшипнике при отсутствии осевой нагрузки имеет место повышенная неравномерность нагружения тел качения.

С увеличением осевой нагрузки при постоянной радиальной происходит выборка зазора, увеличивается рабочая дуга в подшипнике и нагрузка на тела качения распределяется более равномерно до некоторого значения . Это компенсирует увеличение общей нагрузки на подшипник, поэтому при расчет ведут на действие как бы одной радиальной нагрузки, то есть принимают X=1, Y=0.

Значения е приведены в таблице в зависимости от отношения, е=1,5tga , a – угол контакта тел качения.

При расчете радиально – упорных подшипников нужно учитывать, что у них при радиальном нагружении возникает осевая сила (5) для шариковых, (6) для роликовых подшипников.

Таким образом, расчетная осевая нагрузка на подшипник складывается из внешней осевой нагрузки на вал и осевой составляющей от другого радиально – упорного подшипника.

При нахождении осевых реакций следует исходить из условия равновесия всех осевых сил, действующих на вал и условий ограничения минимального уровня осевых нагрузок на радиально – упорные регулируемые подшипники. Для схемы составляем 3 уравнения:

Для нахождения решения в одной из опор осевая сила принимается равной минимальной, то есть .

Примем , тогда .

Если , то осевые силы найдены правильно.

Если , то следует принять , тогда .

Условие будет обязательно выполнено.

Для подшипников, работающих пр переменных режимах, приведенная нагрузка – это воображаемая постоянная нагрузка, действие которой на подшипник равноценно действию фактической переменной нагрузки.

Нагрузки при каждом режиме определяют по формулам (1), (2), (3), (4). Если они меняются по линейному закону от P_min до P_max при постоянном числе оборотов, то .

При более сложном законе изменения нагрузки и частот вращения

,где

Р₁, Р₂,…, Р_n – постоянные нагрузки, действующие в течении L₁, L₂, L_n млн. оборотов;

L=SL_i – суммарное число млн. оборотов за расчетный срок.

Эквивалентная( приведенная) статическая нагрузка определяется как большее из двух значений

или .

X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок в этом случае;

F_r – радиальная нагрузка;

F_a – осевая нагрузка.

|	следующая лекция ==>
Распределение нагрузки между телами качения	|	Подбор подшипников качения

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 1106 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет