На главную
Справочник конструктораполезный сайт для инженера-машиностроителя


СПРАВОЧНИК

МЕНЮ

Трение в подшипниках

 При более точных расчетах момент трения определяют как сумму составляющих Тнг от нагрузки и Тсм от смазочного материала

Ттр =  Тнг  +   Тсм

 Составляющая момента трения, обусловленная условиями нагружения,

Тнг = f1 FDpw

Здесь f1 - коэффициент, зависящий от конструкции подшипника и нагрузки. Его значения для роликовых подшипников приведены в табл. 75.

75. Значения коэффициента f1 для роликовых подшипников

Тип роликового подшипника f1

Радиальный с цилиндрическими роликами:

с сепаратором
без сепаратора

 

0,0002-0,0004
0,00055

Радиальный сферический

0,0001-0,0006

Конический

0,0003-0,0004

Упорный с цилиндрическими роликами

0,0015

Упорный сферический

0,0003-0,0005

Для шарикоподшипников

f1 =k1 (P0 / C0 )k,

где РО - статическая эквивалентная нагрузка (Роr или Роа)', Со - статическая грузоподъемность (Соr или Соa). Значения коэффициентов k1 и k приведены в табл. 76.
 Условная нагрузка F1 зависит от значения и направления нагрузки на подшипник

76. Значения коэффициентов k1и k

Тип
 шарикового
 подшипника
Начальный
 угол контакта,
º
k1 k

  Радиальный

0 0,0007 0,55

  Радиально-упорный

26 0,0010 0,33

  Радиально-упорный

36 0,0010 0,33

  Упорный

90 0,0010 0,33

  Сферический

10 0,0003 0,40

  Для шариковых подшипников F1 = 1,1Fa/e-01Fr при условии F1≥Fr
  Для радиально-упорных роликоподшипников

F1 = 1,2Fa / е при условии F1Fr

  Для упорных и упорно-радиальных шарико- и роликоподшипников

F1=Fa-

  Коэффициент е для радиальных и радиально-упорных шарикоподшипников определяют по табл. 64, а для остальных - по каталогу.
  Момент Тнг доминирует в суммарном моменте трения у медленно вращающихся тяжелонагруженных подшипников.
  Составляющая момента трения, обусловленная гидродинамическими потерями в смазочном материале, Н-м:

Tсм = 0,979 ·10-10 fcm(vn)2/3 D3pw
при vn > 2000 ;
Tсм = 1,55. 410-8fcm D3pw  при vn 2000 ,

где v - кинематическая вязкость смазочного материала, мм2/с; n - частота вращения, об/мин; Dpw - диаметр окружности, проходящей по центрам тел качения, мм;
fcm - коэффициент, зависящий от типа подшипника и способа смазывания, табл. 77.
  Кинематическую вязкость пластичных смазочных материалов принимают по маслу, на основе которого изготовляют этот материал. Формула справедлива для масел с плотностью около 0,9 г/см3.
  Для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами, работающих под действием радиальной и осевой сил, следует учитывать составляющую 7б момента трения, обусловленную трением ролика о направляющий борт:

Ттр = Тнг + Tсм + Tб,

где Tб= fб Fa Dpw , а коэффициент fб (табл. 78) зависит от смазочного материала и конструкции подшипника.

77. Значения коэффициента fcm при различных способах смазывания
 

Тип подшипника Способ смазывания
Масляный
туман*
Масляная ванна или
 пластичный смазочный материал
Масляная ванна (вертикальный вал)
или циркуляционное смазывание

  Шариковый:

     
радиальный, сферический, 0,7-1 1,5-2** 3-4

 упорный

     

    радиально-упорный:

     
однорядный 1,7 3 6
двухрядный 3 6 9

  Роликовый:

     
радиальный цилиндрический:      
с сепаратором 1.5-2 2-3 4-6***
без сепаратора - 5 -

  радиальный сферический

2-3 4-6 8-12

  конический

2-3 6 8-10

  упорный:

     
цилиндрический - 4 8

             сферический

- 3-4 6-8

  * Меньшие значения относятся к легким, большие - к тяжелым размерным сериям.
  ** Может возрастать до 5 при пластичном смазочном материале.
  *** Может снижаться до 2 для горизонтального вала при циркуляционном смазывании.

78. Значения коэффициента fb
 

Конструктивное исполнение радиального роликового
 подшипника с короткими цилиндрическими роликами
Смазочный 
материал
пластичный жидкий

  С сепаратором:

   

                        с модифицированным контактом ролика

0,003 0,002

                        с направляющим бортом обычной конструкции

0,009 0,006

  Без сепаратора, однорядный

0,006 0,003

Приближенно определить момент трогания подшипника можно по формуле
                                                                                                    Tп=fп Tнг
где fп = 4 для конических роликоподшипников с большим углом контакта: fп = 8 для упорных сферических роликоподшипников; fп=2 в остальных случаях. 
  Изложенные методы не учитывают потери на трение в уплотнениях закрытых подшипников, которые могут быть значительными.

Предельная частота вращения

  Под предельной понимают наибольшую допустимую частоту вращения, при превышении которой не может быть обеспечен расчетный ресурс подшипника. Для оценки предельной частоты вращения используют скоростной параметр (DPWn), наименьшие значения которого в зависимости от типа подшипника и вида смазочного материала приведены в табл. 79. Подбором конструкции, условий нагружения, смазывания и охлаждения значения скоростного параметра могут быть увеличены в 1,5-3 раза.
  Предельную частоту вращения nпр определяют по формуле

nпр  = ( DPWn ) K / DPW

  Здесь К - коэффициент, учитывающий влияние воспринимаемой подшипником нагрузки, оцениваемой по значению ресурса Ln, рис. 32. Как видно, для крупных подшипников nпр существенно снижается с увеличением габаритных размеров.
  Для подшипников сверхлегких и особолегких серий диаметров предельная частота вращения может быть увеличена на 10% по сравнению с рассчитанной по формуле.

79. Значения скоростного параметра Dm, л
 

Тип подшипника Значения Dpw n, мм об/мин, 
для смазочного материала
пластичного жидкого

  Шариковый:

   

       радиальный однорядный

4,5·105 5,5·105

       радиальный однорядный с защитными шайбами

4,0·105 -

       радиальный однорядный с уплотнениями

4,0·105 -

       радиальный сферический двухрядный

4,0·105 5,5·105

       радиально-упорный однорядный с углом контакта до 26°

4,0·105 5.5·105

       упорный однорядный

1,3·105 1,8·105

  Роликовый:

   

      радиальный с короткими цилиндрическими роликами

3,5·105 4,0·105

      конический однорядный

2,5·105 3,0·105

      конический двухрядный

2,0·105 2,5·105

      конический четырехрядный

1,5·105 2,0·105

Примечания: 1. Значения приведены для подшипников со стальным штампованным сепаратором, работающих при температуре не выше 100 °С.
  2. При угле контакта 36° для радиально-упорных шариковых подшипников скоростной параметр снижается на 25%.
  
Тип подшипника определяет кинематику и потери на трение. Наиболее быстроходными являются прецизионные радиальные и радиально-упорные шарикоподшипники легких и сверхлегких серий. Подшипники тяжелых серий менее быстроходны. Для нормальных частот вращения применяют в основном подшипники класса точности 0 со стальными штампованными сепараторами.
В таблицах технических характеристик приводят значения предельных частот вращения для подшипников класса точности 0 с обычными для данных типов конструкциями сепараторов.

При повышенных частотах используют подшипники высокой точности с массивными, в основном латунными, бронзовыми текстолитовыми сепараторами. Для высокоскоростных узлов ведущие фирмы уже производят подшипники с телами качения из керамических материалов, которые вследствие малой плотности и высокой прочности, термо- и износостойкости, коррозионной стойкости являются весьма перспективными. В подшипниках с шариками из керамики на основе нитрида кремния Si3N4 меньше тепловыделение (вследствие меньшего коэффициента трения), меньшие центробежные нагрузки от тел качения, что позволяет повысить в 1,5-2 раза ресурс высокоскоростных узлов различных машин.
  При проектировании быстроходного узла следует учитывать изменение зазора в подшипнике, возникающее вследствие перепада температур между наружным и внутренним кольцами. Уменьшение зазора может быть особенно значительным вследствие повышенного скольжения при быстром разгоне подшипника с пластичным смазочным материалом.

Рис. 32. Зависимость коэффициента K, учитывающего влияние нагрузки, от ресурса Lh и диаметра Dpw

  Для повышения предельной частоты вращения решающее значение имеют смазочный материал и охлаждение подшипника. Желательно, чтобы подшипник работал в условиях жидкостного трения. Если используют пластичный смазочный материал или минеральное масло с вязкостью при
рабочей температуре не ниже 12 мм2с, а скоростной параметр (Dpw n) ≥ 300000 мм х об/мин, то наличие гидродинамического режима обеспечено заведомо.
  Смазочный материал высокоскоростных подшипников должен обладать пониженной вязкостью и хорошими антикоррозионными свойствами.
  Способы его подвода могут быть различны: циркуляционное смазывание, масляным туманом и др.
  Необходимым условием достижения высокой частоты вращения является правильно выбранный предварительный натяг. При недостаточных натягах неизбежна повышенная вибрация, а при чрезмерно больших - повышенное тепловыделение, неоправданное снижение ресурса подшипника.

Показатели качества

  В табл. 80 перечислены основные показатели качества подшипников качения, номенклатура которых установлена ГОСТ 4.479-87.

80. Основные показатели качества подшипников качения

Наименование показателя качества Обозначение показателя Наименование характеризуемого свойства
Показатели назначения

  Динамическая грузоподъемность, Н

С

  Нагрузочная способность в динамике

 Уровень вибрации, дБ (по ГОСТ 23941-79)

N

  Колебания механические

Показатель надежности

  Установленная безотказная наработка, ч

Ту Безотказность
Показатели экономного использования материалов и энергии

  Удельная материалоемкость, г/Н

 М

  Рациональность использования
  материалов

  Удельное энергопотребление при трогании,
  мНм/Н 

Эг

  Рациональность конструкции и качество исполнения

  Удельное энергопотребление при вращении,
  мНм/Н

Эв

  То же

  Термины, используемые в табл. 80:
  - удельная материалоемкость - отношение массы подшипника к динамической грузоподъемности;
  - удельное энергопотребление при трогании - отношение момента трения, который необходимо преодолеть для начала вращения подшипника, к динамической грузоподъемности;
  - удельное энергопотребление при вращении - отношение момента трения при установившемся вращении подшипника к динамической грузоподъемности;
  - установленная безотказная наработка -минимальное значение наработки, в течение которой изготовитель гарантирует безотказную работу подшипника при соблюдении регламентированных условий транспортирования, хранения, монтажа и эксплуатации.

 


Справочник конструктора - Все что нужно любому конструктору! ©2008-2017