ЛР №2 ДМ

3

Введение

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, фиксируют валы и оси от продольного перемещения, обеспечивая им в то же время свободное вращение.

По виду трения, возникающему на опорных поверхностях, различают две группы подшипников: скольжения и качения. В первой – опорные поверхности вращающегося вала и неподвижной опоры работают в условиях относительного скольжения и, поэтому, для уменьшения трения и износа должны иметь надежную и обильную смазку. В подшипниках качения между опорными поверхностями устанавливаются тела качения (шарики или ролики), обеспечивающие трение качения.

Замена трения скольжения трением качения позволяет существенно уменьшить сопротивление в опорах при малых и умеренных частотах вращения (в 3…6 раз) и, особенно, в момент пуска (в 10…15 раз).

Подшипники качения изготавливают на специализированных подшипниковых заводах и состоят из наружного 1 и внутреннего 2 колец (рис.1 ПРИЛОЖЕНИЯ 1), тел качения 3 и сепаратора 4, направляющего и удерживающего тела качения на определенном расстоянии друг от друга. На внутренней поверхности наружного кольца и на внешней поверхности внутреннего имеются дорожки качения А и Б, по которым перекатываются тела качения при вращении одного из колец. Однако при качении шариков происходит проскальзывание отдельных точек контекста их поверхностей относительно беговых дорожек, трение скольжения в ячейках сепаратора, а в роликовых подшипниках ещё и трение торцов роликов по упорным бортикам В (рис.1 .ПРИЛОЖЕНИЯ 1). Поэтому подшипникам качения также необходима смазка.

Сопротивление вращению в подшипниках качения зависит от размеров и конструкции подшипника, точности изготовления и качества рабочих поверхностей, нагрузки, скорости вращения, количества и свойств смазывающего масла, способа смазки, температуры подшипникового узла. Большое число факторов, неоднозначно влияющих на сопротивление вращению, не позволяет достаточно точно определить момент вращения и поэтому его, как правило, находят опытным путём. В данной лабораторной работе устанавливается зависимость момента вращения от нагрузки, скорости и уровня смазочного масла.

4

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.Экспериментальное определение момента вращения в подшипнике при различных нагрузках, частотах вращения и количестве смазочного масла.

2.Вычисление среднего значения приведенного коэффициента трения и сопоставление его величины со справочными данными.

3.Определение относительной величины некоторых видов сопротивлений, входящих в состав момента вращения.

2.ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

ОТРЕНИИ В ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ

Согласно положениям международного стандарта ИСО-1224-84 сопротивление вращению в подшипниках оценивается двумя параметрами: моментом вращения и моментом трогания.

Под моментом вращения понимается момент, необходимый для удержания от вращения одного кольца подшипника, в то же время как другое его кольцо вращается в соответствии с условиями испытания.

Момент трогания – момент, необходимый для приведения в движение одного кольца подшипника относительно другого из состояния покоя. Момент трогания всегда больше момента вращения (примерно в 2…3 раза) и в данной работе он не определяется.

При работе подшипника сопротивление вращению складывается из нескольких составляющих:

Трения между шариками (роликами) и дорожками качения колец подшипника, складывающегося, в свою очередь, из трения качения и дополнительного трения скольжения, возникающего на площадках контакта, вследствие сдвиговых деформаций материала и неравенства окружных скоростей отдельных точек контакта;

Трения тел качения в ячейках сепаратора;

Вязкого сопротивления смазочного материала.

Вконических роликовых подшипниках значительные дополнительные потери энергии возникают на преодоление трения между торцовыми поверхностями роликов и упорным бортиком внутреннего кольца.

Вненагруженных или легконагруженных подшипниках момент вращения связан, в основном, с сопротивлением смазочного материала и трением тел качения сепараторе и зависит от способа смазки (окунанием, разбрызгиванием, масляным туманом), количества и вязкости масла. В нагруженных подшипниках преобладающим становится трение на площадках контакта между телами качения и кольцами, а для конических подшипников добавляется трение между роликами и опорным бортиком. С ростом нагрузки силы трения на площадках

5

контакта тел качения увеличиваются, соответственно увеличивается и момент вращения.

Как уже отмечалось, сопротивление вращению зависит от многих факторов и достоверную величину момента вращения можно определить только опытным путем. Однако при определенных условиях эксплуатации некоторых подшипников момент вращения может быть оценен по формуле:

где F Fr2 Fa2 - результирующая нагрузка, воспринимаемая подшип-

ником, а Fr и Fa – соответственно радиальная и осевая составляющие нагрузки; f – коэффициент трения условно приведенный к внутреннему диаметру подшипника или диаметру вала d . Средние значения коэффициентов трения f

приведены в таблице.

Значения коэффициента трения f, указанные в таблице, соответствуют рабочей температуре подшипника 50...80 С и смазке индустриальными масками при умеренных нагрузках и частотах вращения n 4000…5000 об/мин. При избыточном количестве смазки, высокой её вязкости, износ поверхностей качения и перекосах колец подшипников коэффициент трения может значительно превысить значения, приведенные в таблице.

Средние значения приведенных коэффициентов трения стандартных подшипников

На самом деле, силы трения нагруженного подшипника действуют на дорожках качения наружного и внутреннего колец, диаметр окружностей которых всегда больше диаметра вала d.

6

3. УСТРОЙСТВО И РАБОТА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Лабораторная работа выполняется на установке ДМ-28М (рис.1), предназначенной для измерения момента вращения стандартных подшипников качения с внутренним диаметром d=40 мм.

Установка состоит из следующих основных узлов:

Асинхронного электродвигателя 3-фазного тока 1 с натяжным устройством для клиномерной передачи;

Клиноременной передачи 2, состоящей из клинового ремня и двух ступенчатых шкивов;

Приводного вала 3 с опорами;

Испытательной головки 4 с четырьмя подшипниками 5, силоизмерительным устройством и маятником 6;

Литого корпуса 7, внутри которого размещен электродвигатель с клиноре-

менной передачей, а сверху – опоры приводного вала.

Пульт управления электродвигателем находится на передней стенке корпуса и на рисунке не показан.

Электродвигатель с помощью клинового ремня приводит во вращение вал, на конце которого установлена испытательная головка с подшипниками. Все четыре подшипника насажены на стальную втулку 13, вращающуюся вместе с валом. На два крайних подшипника устанавливается корпус головки 4, а на два средних – стальная обойма 15.

При вращении нагрузочного винта 12 усилие Q передается через центрирующие шарики и динамометрическую скобу 10 на обойму с двумя средними подшипниками. Эти подшипники поджимаются к втулке 13, при этом одновременно усилием реакции нагружаются и оба крайних подшипника (см. схему нагружения подшипников на рис. 2). Таким образом, в каждом из четырех подшипников создается одинаковая радиальная нагрузка Fr=Q/2.

Усилие Q, создаваемое нагрузочным винтом, определяется по величине упругого прогиба динамометрической скобы, измеряемому индикатором часового типа 11, и тарировочному графику. Тарировочный график (находится в лаборатории) устанавливает пропорциональную связь между величиной прогиба скобы и величиной нагрузки Q.

Включение электродвигателя осуществляется переводом переключателя в положение «Сеть» с последующим нажатием на кнопку «Пуск». Необходимая частота вращения приводного вала создаётся перестановкой клинового ремня на соответствующие ступени ведущего и ведомого шкивов (на рис.1 показано положение ремня при n=1000 об/мин.).

Возникающий в подшипниках качения момент вращения передается на корпус головки, который удерживается от вращения установленным внизу грузом (маятником), и отклоняется на некоторый угол в зависимости от величины

8

Рис. 2 Кинематическая схема лабораторной установки и схема нагружения подшипников

9

4.ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОГО ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

4.1Не приступайте к работе, не ознакомившись с методикой её выполнения и устройством лабораторной установки.

4.2Перестановку клинового ремня на шкивах передачи выполняйте при выключенном переключателе (выведенном из положения «Сеть»).

4.3Во избежание возможного схода испытательной головки с конца приводного вала, нагружение подшипников винтом 12 проводите плавно и без резких движений.

4.4При возникновении посторонних шумов в работающей лабораторной установке следует немедленно выключить электродвигатель.

5.ВНЕАУДИТОРНАЯ ПОДГОТОВКА

КВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

5.1Ознакомиться с содержанием методических указаний по выполнению и оформлению работы.

5.2Уяснить цель работы, устройство и действие лабораторной установки, методику проведения исследования подшипников.

5.3Изучить материалы по трению и смазке подшипников качения (см. список литературы).

5.4Подготовить бланк отчета по форме и рекомендациям, содержащимся в разделе 8 настоящих методических указаний. Форма таблицы для внесения

иобработки опытных данных имеется в ПРИЛОЖЕНИИ 2. Для построения графических зависимостей подготовить один лист формата А4 с миллиметровой сеткой.

6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ В ЛАБОРАТОРИИ

6.1Ознакомиться на рабочем месте с конструкцией лабораторной установки и системой нагружения подшипников.

6.2Из таблицы ПРИЛОЖЕНИЯ 1 выбрать величину допускаемой радиальной нагрузки [Fr] для испытываемых подшипников (тип подшипника выяснить у преподавателя) и вычислить ряд рабочих значений (Н) радиальной нагрузки Fri=0,25; 0,5; 0,75 и 1,0 [Fr] с записью их в таблицу отчета. Одновременно внести в таблицу и значения усилий Qi(H) для нагрузочного винта, соответствующие значениям Fri, т.е. Qi=2Fri.

6.3По тарировочной характеристике динамометрической скобы определить значения её прогиба (мм) для каждого значения Qi с записью в таблицу.

6.4Слегка подвернуть нагрузочный винт с целью выборки зазоров в системе нагружения, и установить стрелку индикатора в нуль.

10

6.5Вывести маятник из состояния покоя и проверить его установку в нуль. При необходимости, добиться нулевого положения маятника соответствующим перемещением груза 9 (рис.1, вид А).

6.6Для уменьшения разброса экспериментальных значений момента вращения подшипники должны предварительно проработать под нагрузкой около 4…5 минут с частотой вращения n=2000 об/мин. Для этого необходимо: установить клиновой ремень на шкивах в среднее положение, включить электродвигатель, нагрузить подшипники усилием (0,5…0,75) [Fr], и по истечении указанного времени работы снять нагрузку и выключить электродвигатель. Убедиться, что стрелка индикатора и маятник возвратились в нулевое положение.

6.7Первый этап исследования момента сопротивления подшипников проводится с минимальным количеством смазочного масла, имеющимся в головке (основной объем смазочного масла должен находиться в цилиндре с

поршнем).

6.7.1.Включить электродвигатель (n=2000 об/мин.) и, успокоив маятник, выполнить отчет суммарного момента вращения Т0 при нулевой нагрузке с внесением результата в таблицу отчета.

6.7.2. Не выключая двигатель, последовательно создавать ряд нагрузок Qi (согласно п. 6.2) на подшипники, снимая каждый раз значения момента вращения Твр с записью их в таблицу отчета.

6.7.3. Снять нагрузку на подшипники до нуля и выключить электродвигатель. Убедиться, что маятник и стрелка индикатора силоизмерительного устройства вернулись в исходное (нулевое) положение.

6.7.4 Выполнить замеры моментов вращения Т0 и Твр при частотах n=3000 и 1000 об/мин. в том же порядке, как указано в пп. 6.7.1 - 6.7.3.

6.8Во втором этапе исследования установить максимальный (избыточный) уровень масла в подшипниках до полного погружения нижнего шарика или

ролика в масло. Выполнить этот этап исследования при частотах вращения n=1000, 2000 и 3000 об./мин. в такой же последовательности,

как в пп. 6.7.1 - 6.7.4.

6.9По окончании экспериментальной части работы вычислить моменты вращения, приходящиеся на один подшипник, при нулевой нагрузке (Т0) и текущих значениях радиальной нагрузки (Твр):

Т0= Т0/4 и Твр= Твр/4.

Результаты записать в соответствующие строки таблицы.

6.10 Для одной из частот вращения (по усмотрению преподавателя) и при минимальном и максимальном уровнях масла вычислить приведенный коэффициент трения подшипника по зависимости, полученной из формулы (1)