Справочник конструктораполезный сайт для инженера-машиностроителя

 При более точных расчетах момент трения определяют как сумму составляющих Т_нг от нагрузки и Т_см от смазочного материала

Т_тр =  Т_нг  +   Т_см

 Составляющая момента трения, обусловленная условиями нагружения,

Т_нг = f₁ F₁  D_pw

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

Для шарикоподшипников

f₁ =k₁ (P₀ / C₀ )^k_,

где Р_О - статическая эквивалентная нагрузка (Р_оr или Р_оа)', С_о - статическая грузоподъемность (С_оr или С_оa). 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

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

F₁ = 1,2F_a / е при условии F₁≥F_r

  Для упорных и упорно-радиальных шарико- и роликоподшипников

F₁=F_a-

  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:

T_см = 0,979 ·10^-10 f_cm(vn)^2/3 D³pw
при vn > 2000 ;
T_см = 1,55. 410^-8f_cm D³pw  при vn ≤ 2000 ,

где v - кинематическая вязкость смазочного материала, мм²/с; n - частота вращения, об/мин; D_pw - диаметр окружности, проходящей по центрам тел качения, мм;
f_cm - 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:

Т_тр = Т_нг + T_см + T_б,

где T_б= f_б F_a D_pw , а коэффициент f_б (табл. 78) зависит от смазочного материала и конструкции подшипника.

77. Значения коэффициента f_cm при различных способах смазывания
 

  ^* 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 f_b
 

Приближенно определить момент трогания подшипника можно по формуле
                                                                                                    T_п=f_п T_нг
где fп = 4 для конических роликоподшипников с большим углом контакта: fп = 8 для упорных сферических роликоподшипников; f_п=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 (D_PWn), 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 n_пр определяют по формуле

n_пр  = ( D_PWn ) K / D_PW

  Здесь К - коэффициент, учитывающий влияние воспринимаемой подшипником нагрузки, оцениваемой по значению ресурса L_n, рис. 32. Как видно, для крупных подшипников n_пр 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
 

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 S_i3N₄ 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 L_h и диаметра D_pw

  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 (D_pw 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

  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.