Общие сведения, основные определения

Методы расчета базовой статической грузоподъемности и статической эквивалентной нагрузки для подшипников каче­ния установлены межгосударственным стандартом ГОСТ 18854-94 (ИСО 76-87).

При статическом нагружении повреждения подшипников проявляются в виде смятия рабочих поверхностей.

Приводимые в ГОСТ 18854-94 формулы и коэффициенты для расчета базовой ста­тической расчетной грузоподъемности осно­ваны на принятых в качестве расчетных значениях контактных напряжений.

В ГОСТ 18854-94 применяют следую­щие термины и определения в соответствии со стандартом ИСО 5593-84.

Статическая нагрузка — нагрузка, дейст­вующая на подшипник, кольца которого не вращаются относительно друг друга.

Базовая статическая радиальная грузо­подъемность С0Г — статическая радиальная нагрузка, которая соответствует расчетным контактным напряжениям в центре наибо­лее тяжело нагруженной зоны контакта тела качения и дорожки качения подшип­ника, равным:

4600 МПа — для радиальных шариковых самоустанавливающихся подшипников;

4200 МПа — для всех других типов ради­альных и радиально-упорных шариковых подшипников;

4000 МПа — для всех типов радиальных и радиально-упорных роликовых подшип­ников.

Возникающая при этих контактных на­пряжениях общая остаточная деформация тела качения и дорожки качения приблизи­тельно равна 0,0001 диаметра тела качения.

Для однорядных радиально-упорных подшипников радиальная грузоподъемность соответствует радиальной составляющей нагрузки, вызывающей чисто радиальное смешение подшипниковых колец относи­тельно друг друга.

Базовая статическая осевая грузоподъем­ность С — статическая центральная осевая нагрузка, которая соответствует расчетным контактным напряжениям в центре наиболее тяжело нагруженной зоны контакта тела качения и дорожки качения подшипника, равным:

4200МПа — для упорных и упорно-радиальных шариковых подшипников;

42000МПа — для всех упорных и упорно-радиальных роликовых подшипников. Возникающая при этих контактных на­пряжениях общая остаточная  деформация тела качения и дорожки качения приблизительно равна 0,0001 диаметра тела качения.

Статическая эквивалентная радиальная нагрузка Роr — статическая радиальная на­грузка, которая должна вызвать такие же контактные напряжения в наиболее тяжело нагруженной зоне контакта тела качения и дорожки качения подшипника, как и в ус­ловиях действительного нагружения.

Статическая эквивалентная осевая на­грузка Роа — статическая центральная осевая нагрузка, которая должна вызвать такие же контактные напряжения в наиболее тяжело нагруженной зоне контакта тела качения и дорожки качения подшипника, как и в ус­ловиях действительного нагружения.

Диаметр ролика (для расчета грузоподъ­емности) Dwe — диаметр ролика в среднем сечении. Для конического ролика диаметр для расчета грузоподъемности равен сред­нему значению диаметров в теоретических точках пересечения поверхности качения с большим и малым торцами ролика. Для асимметричного бочкообразного ролика диаметр Dwe равен диаметру в точке кон­такта бочкообразного ролика с дорожкой качения кольца подшипника без бортика при нулевой нагрузке.

Длина ролика (для расчета грузоподъем­ности) Lwe — наибольшая теоретическая длина контакта ролика и той дорожки ка­чения, где контакт является самым корот­ким. За длину контакта принимают расстояние между теоретическими точками пересечения поверхности качения и торца­ми ролика, за вычетом фасок ролика, или ширину дорожки качения, за вычетом гал­телей (проточек). При этом выбирают меньшее значение.

Номинальный угол контакта а — угол между радиальным направлением и прямой линией, проходящей через точки контакта тел качения и колец в осевом сечении подшипника. Для дорожки качения с пря­молинейной образующей — угол между ра­диальным направлением и линией, перпен­дикулярной к образующей дорожки каче­ния наружного кольца.

Диаметр окружности центров тел каче­ния Dpw. Диаметр окружности центров на­бора шариков — диаметр окружности, про­ходящей через центры шариков в одном ряду подшипника. Диаметр окружности центров набора роликов — диаметр окруж­ности, проходящей через оси роликов в среднем сечении роликов в одном ряду подшипника.

Формулы для расчета базовой статической радиальной Сor (осевой Соа) грузоподъемности

Базовая статическая грузоподъемность в Н:

шариковых подшипников:

— радиальных и радиально-упорных

формула

— одинарных или двойных упорных и упорно-радиальных

формула

где f0 — коэффициент, зависящий от гео­метрии деталей подшипника и от приня­того уровня напряжения (табл. 58); i — чис­ло рядов тел качения в подшипнике; Z -число шариков, воспринимающих нагрузку в одном направлении; Dw — диаметр шари­ка, мм.

роликовых подшипников:

—  радиальных и радиально-упорных

формула

— упорных и упорно-радиальных

формула

где Dwe — диаметр ролика, мм; Lwe — длина ролика, мм; Z — число роликов, восприни­мающих нагрузку в одном направлении.

Если ролики имеют различную длину, вместо (Z Lwe) подставляют сумму длин Lwe всех роликов, воспринимающих нагрузку в одном направлении.

58. Значения коэффициента f0 для шариковых подшипников

Dw cosα / Dpw

f0 для шариковых подшипников

радиальных и радиально-упорных

самоустанавливающихся

упорных и упорно-радиальных

0,00

14,7

1,9

61,6

0,01

14,9

2,0

60,8

0,02

15,1

2,0

59,9

0,03

15,3

2.1

59,1

0,04

15.5

2,1

58,3

0,05

15,7

2,1

57,5

0,06

15,9

2,2

56,7

0,07

16,1

2,2

55,9

0,08

16,3

2,3

55,1

0,09

16,5

2,3

54,3

0,10

16,4

2,4

53,5

0,11

16,1

2,4

52,7

0,12

15,9

2,4

51,9

0,13

15,6

2,5

51,2

0,14

15,4

2,5

50,4

0,15

15,2

2,6

49,6

0,16

14,9

2,6

48,8

0,17

14,7

2,7

48,0

0,18

14,4

2,7

47,3

0,19

14,2

2,8

46,5

0,20

14,0

2,8

45,7

0,21

13,7

2,8

45,0

0,22

13,5

2,9

44,2

0,23

13,2

2,9

43,5

0,24

13,0

3,0

42,7

0,25

12,8

3,0

41,9

0,26

12,5

3,1

41,2

0,27

12,3

3,1

40,5

0,28

12Д

3,2

39,7

0,29

11,8

3,2

39,0

0,30

11,6

з,з

38,2

0,31

11,4

з,з

37,5

0,32

11,2

3,4

36,8

0,33

10,9

3,4

36,0

0,34

10,7

3,5

35,3

0,35

10,5

3,5

34,6

0,36

10,3

3,6

—

0,37

10,0

3,6

—

0,38

9,8

3,7

—

0,39

9,6

3,8

—

0,40

9,4

3,8

—

Примечания: 1. Значения f0 рассчи­таны по формулам  Герца, полученным условия первоначального точечного контакта с модулем упругости 2,07·105 МПа и коэффициентом Пуассона, равным 0,3.

2. Значения f0 вычислены для случая обычного распределения внешней силы между телами качения, при котором нагрузка на наиболее нагруженный шарик в шарико­вых радиальных и радиально-упорных под­шипниках равна 5Fr /(Z cosa), а в шариковых упорных и упорно-радиальных подшип­никах — Fa /(Zsina).

3. f0 для промежуточных значений Dw cosa / Dpw получают линейным интерполированием.

Комплект подшипников. Базовая стати­ческая радиальная грузоподъемность для двух одинаковых однорядных шариковых и роликовых радиальных и радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении широкими или узкими торцами друг к другу и образующих общий подшипнико­вый узел, равна удвоенной номинальной грузоподъемности одного однорядного подшипника.

Базовая статическая радиальная грузо­подъемность двух и более одинаковых одно­рядных шариковых и роликовых радиальных и радиально-упорных подшипников, уста­новленных рядом на одном валу при рас­положении их по схеме «тандем» (последовательно) в случае их точного из­готовления и равномерного распределения нагрузки равна номинальной грузоподъем­ности одного однорядного подшипника, умноженной на число подшипников.

Базовая статическая осевая грузоподъ­емность для двух и более одинаковых оди­нарных роликовых упорных и упорно-радиальных подшипников, установленных рядом на одном валу при расположении их по схеме «тандем» при условии их точного изготовления и равномерного распределе­ния  нагрузки,  равна  номинальной  грузоподъемности  одного  одинарного подшип­ника, умноженной на число подшипников.

Формулы для расчета статической радиальной Роr (осевой Рoa) нагрузки

Статическая эквивалентная радиальная нагрузка для шариковых радиальных и ради­ально-упорных, роликовых радиально-упорных (а ≠ 0°) подшипников равна большему из двух значений, рассчитанных по форму­лам:

Por = X0Fr + Y0Fa; (5)

Por = Fr,

где Fr и Fa — соответственно радиальная и осевая нагрузка на подшипник, Н; X0 и Y0 -соответственно коэффициент статической радиальной и статической осевой нагрузки (табл. 59).

Для роликовых радиальных подшипников (а = 0°), которые воспринимают только радиальную нагрузку, Por = Fr

Статическую эквивалентную осевую нагрузку для шариковых и роликовых упорно-радиальных подшипников (а ≠ 90°) рассчитывают по формуле:

Poa = 2,3 Fr tgα + Fa, (7)

59. Значения коэффициентов Х0 и Y0

Тип подшипников

X0

Y0

X0

Y0

для однорядных подшипников

для двухрядных подшипников

Шариковые радиальные*

0,6

0,5

0,6

0,5

Шариковые радиально-упорные при угле контакта а,°

12

0,5

0,47

1,0

0,94

15

0,46

0,92

20

0,42

0,84

25

0,38

0,76

30

0,33

0,66

35

0,29

0,58

40

0,26

0,52

45

0,22

0,44

шариковые и роликовые самоустанавливающиеся, а,°

0,5

0,22 ctga

1,0

0,44 ctga

уликовые радиально-упорные ко­нические

0,5

0,22 ctgа

1,0

0,44 ctga

* — допустимое максимальное значение   Fа/Cor зависит от конструкции подшипника (значения внутреннего зазора и глубины желоба).

Примечание. Значения Y0 для промежуточных углов контакта получают линейным интерполированием.

Формула действительна для двойных подшипников при всех соотношениях ради­альной и осевой нагрузок.

Для одинарных подшипников, воспри­нимающих нагрузку в одном направлении, формула действительна в том случае, если значения  Fr / Fа ≤ 0,44ctga , и дает вполне приемлемые значения Роа при  Fr/Fa до 0,67ctga.

Для шариковых и роликовых упорных подшипников (а = 90°) Роа = Fa.

Комплекты подшипников. При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух одинаковых однорядных радиальных шариковых и радиально-упорных шариковых и роликовых подшип­ников, установленных рядом на одном валу при расположении широкими или узкими торцами друг к другу и образующих общий подшипниковый узел, используют значения X0 и Y0 для двухрядных подшипников, а значения Fr и Fa принимают в качестве общей нагрузки, действующей на весь ком­плект.

При расчете статической эквивалентной радиальной нагрузки для двух и более оди­наковых однорядных шариковых радиаль­ных, шариковых и роликовых радиально-упорных подшипников, установленных рядом на одном валу по схеме «тандем», используют значения X0 и Y0 для одноряд­ных подшипников, а значения Fr и Fa при­нимают в качестве общей нагрузки, дейст­вующей на весь комплект.

При расчете статической эквивалентной осевой нагрузки для двух или более одина­ковых роликовых упорных и упорно-радиальных подшипников, установленных рядом на одном валу по схеме «тандем» (парный монтаж и монтаж нескольких подшипников), значения Fr и Fa принима­ют в качестве нагрузки, действующей на весь комплект.