Лабораторна робота № 4

Визначення моменту сил тертя в підшипниках кочення

Мета роботи: Визначення моменту сил тертя у підшипниках кочення в залежності від величини сили, частоти обертання та властивостей мастила.

4. Загальні відомості про підшипники кочення

Підшипники кочення є основними елементами опор обертових деталей переважної більшості різних машин та механізмів. Широке використання підшипників кочення замовлені їхньою відносно низькою вартістю, а також тим, що вони великою мірою задовольняють вимоги взаємозамінності і уніфікації елементів опори. При виході підшипника з ладу його можна легко замінити новим, оскільки габарити і допуски на розміри посадочних поверхонь строго стандартизовані.

4.1. Класифікація підшипників

Підшипники кочення класифікують за такими ознаками:

1. За формою тіл кочення підшипники бувають кулькові та роликові;

2. За кількістю рядів тіл кочення – підшипники бувають: одно-, дво, та чотирирядні.

3. За здатністю компенсувати перекоси вала – несамоустановні та самоустановні сферичні.

Самоустановні підшипники допускають перекіс кілець до 2…3°, завдяки чому можуть працювати при збільшених деформаціях валів і при не співвісному розміщені отворів під підшипники в окремих опорах валів.

4. За радіальними розмірами та шириною підшипники з одним і тим самим внутрішним діаметром d поділяють на 5 серій діаметрів (надлегка, особливо легка, легка, середня та важка) і 4 серії ширини (особливо вузька, вузька, нормально широка, особливо широка).

5. За напрямом сприйняття навантаження підшипники кочення поділяють: на радіальні – сприймають тільки радіальні навантаження, яке направлене перпендикулярно до осі обертання, радіальні кулькові, які можуть сприймати певні осьові навантаження; упорні – сприймають тільки осьове навантаження,також радіально-упорні – здатні сприймати радіальне та осьове навантаження, упорно-радіальні сприймають значне осьове і незначне радіальне навантаження.

4.2. Змащування опор з підшипниками кочення

Для зменшення тертя між тілами кочення, кільцями і сепаторами, захисту від корозії та забруднень, а також герметизації робочої зони підшипників кочення застосовують мастильні матеріали. Практичне застосування мають мінеральні та пластичні матеріали. Вибір виду мастила для підшипникових опор необхідно здійснювати з урахуванням ряду факторів, що зумовлюють надійну роботу підшипників.

4.3. Критерії підбору підшипників та розрахунків підшипників кочення

Розрізняють два режими роботи підшипників: динамічний – коли частота обертання одного із кілець n ≥ 1 об/хв, і статичний, – коли підшипник чи одне з кілець має частоту обертання n < 1 об/хв.

Критеріями для вибору та розрахунку підшипників кочення є динамічна і статична вантажопідйомність підшипників, їхня довговічність (ресурс) і гранична швидкохідність.

Для динамічно навантажених підшипників найбільш важливим експлуатаційним показником є їхня довговічність, або ресурс.

4.4. Характеристика і умовне позначення підшипників кочення

На підшипниках ставлять клеймо-умовне позначення підшипника. Умовне позначення підшипників кочення складається із основного умовного позначення і додаткових умовних позначень, які можуть розташовуватись праворуч і ліворуч від основного умовного позначення.

Умовні позначення наносяться на торцях кілець підшипників.

Основні умовні позначення підшипників відповідно до ГОСТ 3189–75 складається із ряду цифр. Дві перші цифри, рахуючи справа, означають умовно внутрішній діаметр підшипників, до того ж для всіх підшипників із внутрішнім діаметром 20 мм і більше ці дві цифри означають частку від ділення (в мм) на 5, а щоб одержати розмір діаметра внутрішнього кільця підшипника в міліметрах, необхідно останні дві цифри його умовного позначення помножити на 5.

Наприклад, умовне позначення підшипника "308" вказує, що це радіальний однорядний підшипник середньої серії, а діаметр отвору в його внутрішньому кільці дорівнює 40 мм.

Для підшипників із внутрішнім діаметром до 9 мм перша цифра праворуч показує фактичний розмір внутрішнього діаметра в мм. Внутрішні діаметри 10, 12, 15 і 17 мм позначають двома цифрами 00, 01, 02 і 03 відповідно.

Третя цифра праворуч в основному умовному позначенні разом із сьомою свідчать про серію підшипників всіх діаметрів (d ≥ 10 мм): основна з особливо легких серій позначається цифрою 1, легка – 2, середня – 3, важка 4, легка широка – 5, середня широка 6 і т.д. четверта цифра праворуч показує на тип підшипника: 0 – радіальний кульковий однорядний; 1 – радіальний кульковий дворядний сферичний; 2 – радіальний із короткими циліндричними роликами або голчастий; 5 – роликовий із витими роликами; 6 – радіально-упорний кульковий; 7 – роликовий конічний; 8 – упорний кульковий; 9 – упорний роликовий.

Додаткове умовне позначення ліворуч від основного вказує на клас точності підшипника, радіальний чи осьовий зазор в підшипнику, величину моменту тертя. Цифри 0, 6, 5, 4 і 2, що стоять через знак "тире" перед основними умовами позначенням підшипника, означають його клас точності (2 – найвищий клас точності). Нормальний клас точності позначається цифрою 0, яка в деяких випадках не проставляється.

Приклади умовних позначень:

2-6-307 – підшипник кульковий радіальний однорядний (307) класу точності 6 із радіальним зазором за рядом 2, з діаметром отвору внутрішнього кільця 35 мм;

5-22-10 – підшипник роликовий радіальний з короткими циліндричними роликами (2210) класу точності 5, із діаметром отвору внутрішнього кільця 50 мм.

Додаткове умовне позначення праворуч основного характеризує матеріал і конструкцію сепаратора, конструктивні зміни, спеціальні вимоги щодо шуму та ін.

4.5. Розрахункові залежності

Для виконання лабораторної роботи візьмемо підшипник № 308.

Момент сил тертя в радіальному кульковому підшипнику кочення визначаємо згідно з формулою:

Т =

де F_r – радіальна сила, що діє на підшипник; d – номінальний діаметр вала рис. 4.1, б; f – умовний коефіцієнт тертя, приведений до номінального діаметра, що враховує тертя тіл кочення об кільця, сепаратор, в’язкі властивості мастила.

Якщо враховувати тільки тертя, то

де k = 0,002…0,005 – коефіцієнт тертя кочення; d _к = 15,08 мм – діаметр тіл кочення; D ₀ = 65,5 мм – діаметр розміщення тіл кочення рис. 4.1, б.

Для підшипника № 308 рис. 4.1, б – d ₀ = 15,08 мм; D ₀ = 65,5 мм; В = 23мм; D = 90 мм; r = 2,5 мм.

Момент сил тертя, який виникає у чотирьох підшипниках під дією сили F, яку ми створюємо гвинтом 8 рис. 4.2.

Рис. 4.2

Оскільки то а приведений коефіцієнт тертя

Допустима сила навантаження підшипника:

(4.1)

де С – динамічна вантажопідйомність підшипника, С = 31,9 кН; n – частота обертання внутрішнього кільця підшипника, хв^–1; L_h – тривалість роботи підшипника, годин.

4.6. Опис установки для визначення моменту сил тертя в підшипниках кочення

Установка складається з таких основних частин: електродвигуна, триступінчатої клинопасової передачі, головки із досліджуваними підшипниками та силовимірювальним пристроєм, демпфіруючого пристрою та корпусу рис. 4.2.

Електродвигун 1, за допомогою клинопасової передачі 2, обертає вал 3, на консольному кінці якого розміщено головку з вмонтованими підшипниками.

Електродвигун має потужність Р = 0,6 кВт і частоту обертання n = 1420 обертів за хвилину. Клинопасова передача складається з двох триступінчатих шківів та клинового паса.

На консольному кінці вала насаджені чотири досліджувані підшипники кочення. Зовнішні кільця двох середніх підшипників 11 знаходяться у втулці 10, а зовнішні кільця двох інших підшипників 5 і 12 – в корпусі 4.

Навантажувальний пристрій складається з динамометричної пружини 9, яка закріплена на корпусі 4, силового гвинта 8 та індикатора годинникового типу. При обертанні гвинта виникає сила, яка через динамометричну пружину і кульку 7 передається на середні підшипники 6 і 11 та одночасно навантажує крайні підшипники 5 і 12.

Момент сил тертя, що виникає в чотирьох підшипниках, передається на головну, яка утримується від обертання маятником 15. в залежності від величини моменту сил тертя змінюється кут відхилення маятника, який позначається стрілкою 16 на шкалі 17. Одне ділення шкали відповідає 0,1 Нм.

Пристрій для змащування підшипників складається з циліндра 14 і поршня 13.

При пересуванні поршня 13 змінюється рівень мастила в підшипниках.

Для швидкого заспокоєння коливань головки, які вимикають при роботі установки, передбачено демпфіруючий пристрій, який складається з ванночки, заповненої рідиною, та лопатки, яка переміщується всередині ванночки.

Тарувальна характеристика динамометра представлена на рис. 4.3. Найбільша величина сили, яку може створити навантажувальний пристрій

F_r = 12,8 кН.

Частота обертання вала 3 при різних положеннях клинового паса на шківах дорівнюють: n ₁ = 1000 хв^–1; n ₂ = 2000 хв^–1; n ₃ = 3000 хв^–1.

Рис. 4.3