Как определить радиальную нагрузку на подшипник

Детали машин. Практическая работа » Расчет подшипников качения»

6.1. Определение радиальных сил, действующих на подшипники

После предварительного выбора типоразмера подшипников и выполнения проверочного расчета валов на прочность составляют схему нагружения подшипников. На схеме нагружения указывают направление и величину осевой силы в зацеплении F_A, осевых F_{a min} и F_a и радиальных F_r нагрузок каждого подшипника, угол контакта α (для радиально-упорных подшипников) и типоразмер подшипника.

Примеры схем нагружения при различных установках и типах подшипников даны на рис. 3.1.

При определении радиальных реакций в подшипниках принимают, что они приложены в точках пересечения оси вала с нормалями, проведёнными к середине контактных площадей на наружных кольцах. В радиальных подшипниках эти точки находятся на середине ширины подшипника (рис. 3.1, а), а у радиально-упорных подшипников — на расстоянии «а» от широкого торца наружного кольца подшипника (рис. 3.1, б, в). Это расстояние определяют по формулам:

для шариковых радиально-упорных однорядных

для конических радиально-упорных однорядных:

Для сдвоенных подшипников радиальная реакция приложена в точке между парой подшипников.

Суммарную радиальную нагрузку Fr, действующую на подшипник, определяют как радиальную реакцию в опоре. Обычно эта величина становится известной на этапе проектирования валов:

где F_гор, F_вер – соответственно вертикальная и горизонтальная составляющие реакций в опоре предварительно выбранных подшипников вала.

Для определения величин F_гор и F_вер составляют два уравнения равновесия плоской системы сил, соответственно, в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

При конструировании необходимо учитывать, что радиально-упорные подшипники целесообразно располагать таким образом, чтобы расстояние между радиальными реакциями l_ф (рис. 3.1, б, в) или величина консоли l_к (рис. 3.1, г) были минимальными. Это позволит уменьшить величины изгибающих моментов.

а) вал-шестерня цилиндрического редуктора на радиальных подшипниках по схеме враспор (схема 2);

б) вал-червяк на радиально-упорных роликоподшипниках по схеме враспор (схема 2);

в) вал-червяк на радиально-упорных шарикоподшипниках по схеме враспор (схема 2);

г) вал-шестерня на роликоподшипниках по схеме врастяжку (схема 3);

Рис. 3.1. Определение реакций в опорамах для различных схем установки подшипников:

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.

Навигация по статье
Какие подшипники хорошо выдерживают осевую нагрузку?
Важен ли вид воздействия?
Расчет осевой нагрузки подшипника
Расчет осевой нагрузки радиально-упорного подшипника

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 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?

• 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 нагрузки на подшипник каретки

Для расчетов срока службы направляющих на кулачковых роликах берется кулачковый ролик, нагрузка на который больше всех остальных.
Необходимо провести следующий расчет:
P = max (P₁. P₄)
P₀ = max (P₀₁. P₀₄)

Эквивалентная динамическая нагрузка P

Эквивалентная статическая нагрузка P₀

F_r (Н): радиальная нагрузка кулачкового ролика
Действует: F_r ≤ 0: F_r = 0

F_a(Н): осевая нагрузка кулачкового ролика
x, x₀: радиальный коэффициент (таблица 1)
y, y₀: осевой коэффициент (таблица 1)

C: коэффициент динамической нагрузки (таблица 2)
C₀: коэффициент статической нагрузки (таблица 2)

Статическая безопасность: Рекомендуется S0 ≥ 4!