Беляева Ольга Павловна - преподаватель общепрофессиональных дисциплин КГКП «Риддерский аграрно-технический колледж» Восточно-Казахстанской области

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА УРОКА ПО ПРЕДМЕТУ: «ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА»

ТЕМА УРОКА: « ПОДШИПНИКИ»

Пояснительная записка

На изучение данной темы, согласно требованиям типовой учебной программы по дисциплине «Техническая механика», утвержденной в 2009 году отводится 2 часа, т.е. одно теоретическое занятие.

При фактическом распределении учебного времени на изучение темы отклонений от учебной программы допущено не было.

В результате изучения темы учащийся:

Должен иметь представление:

• о назначении подшипников;

• об особенностях рабочего процесса подшипников скольжения и качения;

• о видах разрушения и критериях работоспособности подшипников;

• о конструкциях опор на подшипниках скольжения и качения;

• о достоинствах, недостатках и областях применения подшипников

Должен знать:

• устройство подшипников качения и скольжения;

• особенности работы подшипников;

• конструкции, материалы и КПД подшипников скольжения;

• порядок расчётов на теплостойкость, износостойкость и теплостойкость.

Должен уметь:

• определять по справочникам тип подшипников качения;

• проводить проверку подшипников качения на долговечность

Планируемый урок является не только одним из довершающих в изучении раздела «Передачи», но и в изучении технической механики.

Синтезируя в себе достижения математики, физики, материаловедения, черчения, а также разделов настоящего предмета - теоретической механики, сопротивления материалов, деталей машин, урок является связующим звеном между общетехническими и специальными дисциплинами.

Методическая разработка данного урока может быть использована для проведения занятий с учащимися, обучающимися по специальности: «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», «Технология машиностроения».

Обоснование целей и форм обучения

Вид целей обучения

Формулировка цели

Обоснование постановки данной цели

Учебная

1. Проверить знания учащихся по теме «Валы и оси».

1. На знании этой темы базируется понимание темы «Подшипники».

2. Получение сведений о степени усвоения материала учащихся.

3. Умение использовать ранее изученный материал к практическому решению задач

2. Сформировать понятие о назначении подшипников.

1. Расширяет кругозор.

2. Область применения подшипников в различных видах машин и механизмов.

3. Расширение знаний в разрезе специальности

3. Изучить разновидности, устройство и конструкции подшипников.

1. Требует содержания рабочей программы.

2. Подшипники широко используются в народном хозяйстве.

Развивающая

1. Способствовать развитию логического мышления

1. Развивает интеллект.

2. Помогает в решении проблемных задач и в дальнейшей учёбе.

2 Развивать умения: самостоятельно работать с литературой

1. Научиться работать с учебной литературой.

2. Уметь выделять из текста главное.

3. Развивать устойчивость внимания на разных этапах урока

Необходимы для дальнейшего обучения и усвоения материала.

4. Развитие чувства коллективизма, сотрудничества

1. Необходимы для реализации целей урока.

2. Использование индивидуальных особенностей каждого учащегося в группе в решении единой цели.

Воспитатель-ная

1. Формирование интереса к предмету и изучаемой темы

На знании темы базируются темы специальных предметов.

2. Воспитание дисциплинированности, доброжелательности

Необходимы человеку для учёбы, работы, поддержания нормальных отношений в коллективе.

На данном уроке использована индивидуальная и частично

групповая форма обучения.

Обоснование выбора и методов использования наглядных пособий

№

п/п

Вид пособия

Обоснование выбора

Метод использования

1

Слайд1. «Валы и оси»

Использованы как средства напоминания о теме прошлого занятия

Преподаватель иллюстрирует рисунки

на слайде

2

Слайд2. «Расчёт диаметра оси»

Использован как средство наглядности для расчёта диаметра оси

Учащиеся используют для решения поставленной задачи

3

Слайд3. «Подшипники скольжения»

Использован как средство наглядности при изучении опроса «Подшипники скольжения - классификация»

Преподаватель объясняет вопрос с использованием слайда

4

Слайд4.«Режимы трения»

Дают возможность показать работу подшипников при различных режимах трения

Учащийся объясняет вопрос и иллюстрируют рисунки на слайде

5

Слайд5.«Подшипники качения», стенд «Подшипники качения»

Использованы как средство наглядности при изучении вопросов - «Классификация, особенности работы и области применения подшипников качения»

Учащиеся объясняют вопросы с использованием слайда и стенда

6

Слайд6.«Сравнительная характеристика подшипников скольжения и рядов качения»

Использованы как средства закрепления нового материала. Дают возможность оценить степень усвоенности материала

Учащийся делает сообщение с иллюстрацией на слайде

7

Слайд7. «Уплотнения»

Дают возможность лучше понять вопрос о назначении уплотнений, их разновидностях

В процессе рассказа учащийся иллюстрирует рисунки на слайде и по нему объясняет особенности каждого вида уплотнений.

8

Отдельные виды подшипников качения

Средства наглядности дают возможность лучше понять устройство и разновидности подшипников качения

Демонстрация подшипников качения в процессе объяснения преподавателя и учащегося.

9

Редукторы

Средства наглядности способствуют реализации принципов наглядности и прочности усвоения материала

Демонстрация в процессе объяснения темы

10

Учебник «Детали машин»

Использован как средство обучения для организации самостоятельного изучения отдельных вопросов темы

Учащиеся читают вопрос по учебнику, анализируют, размышляют и конспектируют материал.

Обоснование структуры урока, типа и основных

его этапов

Для изучения данной темы был выбран комбинированный урок обеспечивающий возможность проведения контроля и закрепления, усвоения знаний, полученных при изучении предыдущей темы и изучении нового материала.

Кроме того, комбинированный урок позволяет более полно раскрыться интеллектуальным способностям учащихся, создать технологическую атмосферу доброжелательности и понимания.

Урок в целом построен по структуре соответствующей данному типу, однако имеют место небольшие изменения. Так этап проверки усвоения новых знаний запланирован не после этапа усвоения новых знаний, а проходит по мере объяснения нового материала, тем самым, закрепляя в памяти учащихся знания и умения, которые необходимы для самостоятельной работы по новому материалу.

№

п/п

Этап

Обоснование этапа

1

Организационный

Психолого-организационный этап, обеспечивает нормальную обстановку работы и психологическое настроение учащихся.

2

Опрос

1. Проверка знаний учащихся ранее изученного материала

2. Формирование познавательной деятельности каждого учащегося путем анализа ответов своих товарищей.

3. Помочь слабым учащимся лучше усвоить материал.

4. Умение применять свои знания на практике - путем решения задач.

3

Подготовка к усвоению нового материала.

1. Показать практическую значимость изучения нового.

2. Довести до учащихся цели и задачи, которые они должны решать в процессе усвоения нового материала.

4

Усвоение новых знаний

1. Путём широкого использования наглядных пособий-слайдов, стенда, моделей добиться полного усвоения темы, в связи с тем, что на изучение темы отводится только 2 часа.

2. Для получения положительных результатов организована самостоятельная работа с учебником, а также использованы опережающие задания, подготовленные учащимися.

5

Закрепление

1. Даёт возможность проводить степень усвоения нового материала учащимися.

2. Учащиеся на этом этапе учатся выделять основные признаки ведущих понятий.

3. Развивает внимательность учащихся.

6

Домашнее задание

Дать методические рекомендации учащимся для дополнительной подготовки темы урока дома.

7

Подведение итогов

1. Преподаватель отмечает положительные и отрицательные моменты в работе учащихся.

2. Возможность напомнить наиболее важные моменты рассмотренной темы урока.

Обоснование методов обучения

Этап

Применяемый метод

Обоснование метода

Организационный

Словесный - разъяснение преподавателя

1. Организует внимание учащегося

2. Обеспечивает создание условий для нормальной организационной работы.

Опрос

1. Метод устного фронтального опроса

1. Формирует полноту ответов в результате дополнения того, что было упущено.

2. Практический метод (режим поставленной задачи в трех вариантах для каждого ряда учащихся)

1. Помогает слабым учащимся лучше осознать материал.

2. Коллективная совместная работа позволяет лучше усвоить материал.

3. Повышает прочность знаний.

Подготовка к усвоению нового материала

Словесный - сообщение,. разъяснение

1. Сообщение темы урока, его целей и задач.

2. Разъяснение практической значимости нового материала

Усвоение новых знаний

1 Вопрос

вопрос 1.1

вопрос 1.2

вопрос 1.3

вопрос 1.4

2 Вопрос

вопрос 2.1

вопрос 2.2

вопрос 2.3

вопрос 2.4

1. Словесный - объяс-нение преподавателя с применением наглядных средств.

2. Самостоятельная работа с книгой.

• Активизирует мыслительную деятельность учащихся.

• Способствует развитию аналитического мышления

Рассказ учащихся (опережающее задание), с применением рисунков на слайде

• Смена учебной деятельности способствует у учащихся лучшее понимание вопроса.

Словесный - объяснение преподавателя

• Объяснение материала с элемен-тами беседы позволяют система-тизировать знания учащихся

1. Словесный - объясне-ние преподавателя с применением объёмных моделей.

• Привлечение учащихся к восприятию материала.

2. Разъяснение учащихся с использованием нагляд-ных средств - слайда и стендов (опережающее задание).

• Способствует реализации развивающих и воспитательных целей урока.

Подведение итогов и домашнее задание

Словесный - разъяснение преподавателя.

• Оценивается работа группы в целом и каждого учащегося, выставление оценок.

• Даются рекомендации по выполнению домашнего задания

План урока

Тип урока: комбинированный

Цель урока:

Учебная: 1. Проверить знания учащихся по теме: «Валы, оси»

2. Сформировать понятия о назначении подшипников

3. Изучить разновидности, устройство и конструкции подшипников

Развивающая: 1. Способствовать развитию логического мышления

2. Развивать умения:

- самостоятельно работать с литературой

3. Развивать устойчивость внимания на разных этапах урока

4. Развитие чувства коллективизма, сотрудничества

Воспитательная: 1. Формирование интереса к предмету и изучаемой теме

2. Воспитание дисциплинированности, доброжелательности

Межпредметные связи:

«Горные машины и комплексы», «Грузовые и подъёмные машины и комплексы», «Материаловедение»

Подход к обучению : проблемный

Методы обучения:

словесные (объяснение, беседа)

наглядные (иллюстрация, демонстрация),

активные (самостоятельная работа с книгой, опережающее задание)

Наглядные пособия:

Слайды, редукторы, стенд «Подшипники», отдельные виды подшипников качения

Литература:

Основная:

1. А.И. Аркуша «Техническая механика», 1983 г.

2. Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина «Детали машин», 1979 г.

Дополнительная:

1. «И.И. Устюгов «Детали машин», 1981 г.

Ход урока

I. Организационный этап:

• приветствие

• определение отсутствующих

• организация внимания

• определение видов деятельности учащихся и преподавателя

• выделение времени на повторение домашнего задания

II. Опрос. Тема: «Валы, оси».

Фронтальный опрос

1. Назначение валов и осей?

2. Существует ли различие между валом и осью?

3. Покажите на рисунке подвижную и неподвижную оси?

4. Что называется цапфой?

5. Как называют цапфы, показанные на рисунке?

6. Условие прочности оси? (работа по формулам)

7. Испытывает ли вал деформацию изгиба?

8. Какая из формул соответствует формуле проверочного расчета вала на кручение?

9. Решить задачу:

Рассчитать диаметр оси грузового блока, на который действует нагрузка:

I - вариант: F = 8000 Н, [] = 120 МПа

II - вариант: F = 6000 Н, [] = 120 МПа

III- вариант: F = 4200 Н, [] = 120 МПа

III. Подготовка к усвоению нового материала.

1. Сообщение темы урока.

2. Цели и задачи для учащихся:

• усвоить назначение подшипников

• понять особенности работы подшипников

• разобраться в конструкции подшипников скольжения и типах подшипников качения

IV. Усвоение новых знаний.

1. Подшипники скольжения:

1.1 общие сведения:

• классификация

• достоинства и недостатки подшипников (самостоятельная работа с учебником)

1.2 режимы трения

• объяснение учащихся (опережающее задание)

1.3 виды разрушения;

1.4 условный расчет подшипников

2. Подшипники качения:

2.1 общие сведения:

- классификация

• объяснение преподавателя

• объяснения учащихся (опережающее задание)

• достоинства и недостатки подшипников (самостоятельная работа с учебником)

2.2 маркировка подшипников

-объяснение учащихся (опережающее задание)

2.3 сравнительная характеристика подшипников скольжения и качения:

-объяснение учащихся (опережающее задание)

2.4 уплотнения в подшипниковых узлах

-объяснение учащихся (опережающее задание)

2.5 виды разрушения подшипников

2.6 монтаж и демонтаж подшипников

V. Подведение итогов.

VI. Домашнее задание

1. А.И. Аркуша «Техническая механика, гл. 12-14

2. Н.Г. Куклин, Г.С. Куклина «Детали машин», гл.12

Фронтальный опрос (устный)

По теме «Валы и оси»

Вопрос преподавателя

Предполагаемый ответ учащихся

1. Назначение валов и осей

Предназначены для поддержания установленных на них деталей.

2. Существует ли различие между валом и осью?

Вал предназначен для передачи вращающего момента и при работе испытывает изгиб и кручение.

Ось предназначена только для поддержания сидящих на ней деталей и работает только на изгиб.

3. Покажите на рисунке подвижную и не по-движную оси.

-на рисунке показана подвижная ось

-на рисунке показана неподвижная ось

4. Что называется цапфой?

Часть вала, охватываемого опорой.

5. Как называют цапфы, показанные на рисунке?

На рисунке - цилиндрическая

На рисунке - коническая

На рисунке - шаровая

6. Условие прочности оси? (Работа по формулам)

а) ;

б)

Ответ а).

7. Какая из формул соответствует формуле проверочного расчёта вала на кручение?

Ответ б).

Задача

Рассчитать диаметр оси грузового блока, на который действует нагрузка

1 вариант- F=8000 Н

2 вариант-F=6000 Н

3 вариант-F=4200 Н

Решение:

Ra c F

50 мм 50 мм

200

150

10 5

1 вариант

F=8000 Н

Ra=Rb=F / 2 = 8000/2 = 4000 H

Mx=Ra*50=4000 * 0,05 = 200 H*м =

= 200 * 10³ Н*мм

Эп.М_Х

2 вариант

F=6000 Н

Эп.М_ХRa=Rb=F / 2 = 6000/2 = 3000 H

Mx=Ra*50=3000 * 0,05 = 150 H*м = = 150 * 10³ Н*мм

3 вариант

F=4200 Н

Ra=Rb=F / 2 = 4200/2 = 2100

Mx=Ra*50=2100 * 0,05 = 105 H*м = = 105 * 10³ Н*мм

Эп.М_Х

Усвоение новых знаний

1 Подшипники скольжения

1.1 Общие сведения

Опоры осей и валов подразделяются на две группы: опоры скольжения и качения.

Подшипниками скольжения называют опору для поддерживания вала (или вращающейся оси).

В таком подшипнике цапфа вращающегося вала (или оси) проскальзывает по опоре. При этом возникает трение металла и проводит к изнашиванию пары вала (оси) подшипника. Для уменьшения изнашивания необходимо рационально выбирать материал трущихся пар и обеспечить нормальные условия смазывания рабочих поверхностей.

Подшипники скольжения делятся на три основных типа:

1. Неразъёмные подшипники - могут быть выполнены за одно целое со станиной (рис. 1.а ). Или в виде втулки1, установленный в корпус подшипника 2 (рис.1,б ).

а.

б.

Рисунок1-Подшипники скольжения

В первом случае станину 1, во втором - втулку 1, изготавливают из фрикционных материалов - антифрикционный чугун, бронза оловянная, латунь, баббит, алюминиевые сплавы, текстолит, резина, дерево, графит (прессуют и изготавливают вкладыши).

Корпус подшипника выполняется из чугуна или стали.

Вопрос преподавателя : Для чего во втулке 1 неразъёмного подшипника делают канавки и отверстия?

Ответ: Для ввода и удержания смазочного материала не трущихся поверхностей

2. Разъёмные подшипники скольжения отличаются от неразъёмных подшипников, тем, что в нём втулка заменена вкладышами 2, 3.

Устройство подшипника:

1 - корпус

2, 3 - вкладыши

4 - крышка

5 - болты или шплинты

Вкладыши изготавливают из антифрикционного материала или двух металлов (тело вкладыша из стали, а рабочую часть толщиной  от 1 до 3 мм заливают баббитом или свинцовой бронзой).

Во внутренней полости вкладышей делают канавку, по которой подводят смазку.

Смазывающие канавки делают в верхнем вкладыше (в не нагруженной зоне подшипника). Для того, чтобы вкладыши не имели осевых перемещений, их изготавливают с буртиками. Для удержания вкладышей от вращения вместе с валом предусматривают их закрепления с помощью штифтов.

Вопрос преподавателя: Для чего в корпусе подшипника предусмотрен зазор ?

Ответ: Для компенсации величины износа подтягивание болтов, т.е. для ликвидации радиального зазора.

3. Подшипники с самоустанавливающимися вкладышами применяют при больших отношениях длины цапфы (шейки) к её диаметру =l/d=1,5…2,5.

При таких значениях «» обычный вкладыш не может следовать за отклонением оси цапфы, вызванный деформацией вала, а это приводит к возникновению больших кромочных давлений между цапфой и вкладышем.

Самоустанавливающийся вкладыш имеет выпуклую сферическую шаровую поверхность, опирающуюся на выгнутую сферическую поверхность пальца, запрессованного в гнездо корпуса подшипника.

Такая конструкция допускает небольшой угловой поворот оси вкладыша, что положительно сказывается на работе трущейся пары вала и подшипника. Вкладыши изготавливают из чугуна или стали с последующей заливкой баббитом ,свинцовой бронзой и т.п.

Вопрос преподавателя: Как распределено давление в опоре, показанной на рисунке? Какие подшипники скольжения желательно устанавливать в этом случае?

Ответ: Давление в опоре распределено неравномерно. Желательно устанавливать самоустанавливающиеся подшипники.

Достоинства и недостатки подшипников скольжения:

Достоинства:

1. Надежно работают в высокоскоростных приводах.

2. Способы воспринимать большие ударные и вибрационные нагрузки.

3. Имеют сравнительно малые размеры.

4. Работают бесшумно.

5. Разъёмные подшипники допускают установку их на шейки коленчатых валов.

6. Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию.

Недостатки:

1. В процессе работы требуют постоянного надзора из-за высоких требований к смазке и опасности нагрева.

2. Сравнительно большие осевые размеры.

3. Значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке.

4. Большой расход смазки

Вопрос преподавателя: С учётом достоинств и недостатков подшипников скольжения назовите машины, в которых их можно применять?

Ответ: Целесообразно применять в металлорежущих станках, прокатных станках , сельхозмашинах.

1.2 Режимы трения

В подшипниках скольжения может быть полусухое, полужидкостное и жидкостное трение, переходящее последовательно одно в другое по мере возрастания угловой скорости вала от нуля до определенной величины. Вращающийся вал увлекает смазку в клиновой зазор между цапфой и вкладышем и создаёт гидродинамическую подъёмную силу, в следствие которой цапфа всплывает по мере увеличения скорости. В период пуска, когда скорость скольжения мала, большая часть поверхности трения не разделена смазкой и трение будет полусухое.

При увеличении скорости цапфа всплывает, и толщина смазывающего слоя увеличивается, но отдельные выступы трудящихся поверхностей остаются не разделенными смазкой. Трение в этом случае будет полужидкостное.

При дальнейшем возрастании угловой скорости и соблюдении определённых условий, появляется сплошной устойчивый слой смазки, распределяющий шероховатости поверхностей трения. (рис. )Возникает жидкостное трение, при котором износ и заедание отсутствуют.

Рисунок - Расположение поверхностей трения при жидкостном трении (сильно увеличено): 1 - цапфа; 2 - вкладыш; 3 - слой смазки

В некоторых случаях при малой угловой скорости вала создаётся граничное трение, когда трущиеся поверхности не разделены слоем смазки, но на поверхностях цапф и вкладыша имеется тонкая адсорбированная масляная плёнка толщиной порядка 0,1 мкм.

Жидкостное трение возникает лишь в специальных подшипниках при соблюдении определенных условий. Большинство подшипников скольжения работает в условиях полужидкостного трения, а в периоды пуска и останова - в условиях полусухого и граничного трения. Граничное, полусухое и полужидкостное трение объединяют одним понятием - трение при несовершенной смазке.

Вопрос преподавателя: Перечислите условия для обеспечения полужидкостного трения подшипников.

Ответ: а) возрастание угловой скорости

б) масло должно быть необходимой вязкости

в) зазор между поверхностями трения должен быть требуемой величины

г) смазка должна полностью разделять трущиеся поверхности.

3. Виды разрушения

1.Абразивный износ - возникает в следствие попаданий со смазкой абразивных частиц и неизбежного полусухого трения при пуске и останове.

2.Заедание - возникает при перегреве подшипника, с повышением температуры понижается вязкость масла, масляная плёнка местами разрывается, образуется металлический контакт с температурными пиками. Происходит заедание цапфы в подшипнике и , как следствие этого, вкладыши выплавляются или полностью захватываются разогретой цапфой, и подшипник выходит из строя.

3.Усталостное выкрашивание - происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках (в поршневых двигателях и т.п.)

Вопрос преподавателя: От каких факторов зависит интенсивность изнашивания подшипников скольжения?

Ответ: а) от давления между цапфой и вкладышем;

б) вида материала;

в) стойкости масляной плёнки и долговечности сохранения смазывающих свойств масел.

1.4 Условный расчёт подшипников скольжения

Основным критерием работоспособности опор скольжения являются износостойкость - сопротивление изнашиванию и заеданию.

Условный расчёт подшипников скольжения производят по среднему давлению «Рс» между цапфой и вкладышем и по произведению этого давления на определённую скорость скольжения.

Рс * V

Расчёт по среднему давлению Рс гарантирует невыдавливаемость смазочного материала и представляет собой расчёт на износостойкость, а расчёт по Рс *V - обеспечивает нормальный тепловой режим и отсутствие заеданий.

Условие нормальной работоспособности подшипников скольжения и подпятников в условиях граничного трения:

Рс[Рс]

Рс*V[Рс*V]

где Рс - действительное среднее давление между цапфой и вкладышем, МПа.

V - окружная скорость, м/с.

[Рс] - допускаемое давление, МПа.

[Рс*V] - допускаемое значение критерия.

где Fr - радиальная нагрузка на подшипники, Н.

d - диаметр цапфы, м

l - длина цапфы, м

d*l - проекция опорной поверхности на диаметральную плоскость.

Таблица - Значения [Р] и [Р*V]

Материал

[Р], МПа

[Р*V], МН*м/(м*с)

Сталь по бронзе БРОЦС6-6-3

4-6

4-6

Сталь закалённая по баббиту

6-10

15-20

Сталь по серому чугуну

2-4

1-3

2 Подшипники качения

2.1 Общие сведения

Подшипники качения, как и подшипники скольжения, предназначены для поддержания вращающихся осей и валов.

Электродвигатели, ПТМ, сельхозмашины, летающие аппараты, зубчатые редукторы и многие другие механизмы и машины в настоящее время немыслимы без подшипников качения.

Рисунок 2- Подшипники качения

Подшипники качения состоят из двух колец - внутреннего и наружного кольца, тел качения и сепаратора (обойма).

Основными элементами подшипников качения являются тела качения - шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые сепаратором на определённом расстоянии друг от друга.

Тела качения и кольца изготовляют из специальной шарикоподшипниковой стали, содержащей большой процент хрома (ШХ 6, ШХ 9, …), а сепараторы - чаще всего из низкоуглеродистой стали, бронзы, латуни, текстолита и капрона.

Классификация:

1. По форме тел качения

а) шариковые (рис.2 а,б )

б) роликовые (рис. 2в,г,з )

• цилиндрические

• конические

• бочкообразные

• игольчатые

• с витыми роликами

2. По числу рядов тел качения

а) однорядные

б) двухрядные

в) четырёхрядные

3. По направлению воспринимаемой нагрузки

а) радиальные - для радиальных нагрузок (рис. 2 (а-е))

б) радиально-упорные - для совместных радиальных и осевых нагрузок (рис. 2 (ж, з))

в) упорные - воспринимают только осевые нагрузки (рис. 2 (и,к)).

г) упорно-радиальные - могут воспринимать осевые и радиальные, но преобладает осевая нагрузка.

4. В зависимости от нагрузочной способности и ширины подшипников:

Нагрузочные способности:

По ширине:

а) сверхлегкие

б) особо лёгкие

в) легкие

г) средние

д) тяжёлые

е) особо тяжёлые

а) узкие

б) нормальные

в) широкие

Вопрос преподавателя: Чем принципиально отличаются подшипники качения от подшипников скольжения?

Ответ: В подшипниках качения трение скольжения заменено трением качения.

Основные типы подшипников качения

(доклады учащихся)

Задание для учащихся: обратить внимание на особенности работы подшипников качения, область их применения.

Шариковый радиальный подшипник является самым распространённым подшипником в машиностроении. Он дешёв, допускает перекос внутреннего кольца относительно наружного до 0 градусов 10 минут. Предназначен для радиальной нагрузки. Имея желобчатые дорожки качения, может воспринимать и осевую нагрузку. Обеспечивает осевое фиксирование вала в двух направлениях. При одинаковых габаритных размерах работает с меньшими потерями на трение и при большей угловой скорости вала, чем подшипники всех других конструкций.

Шариковый радиальный сферический подшипник предназначен для радиальной нагрузки. Одновременно с радиальной может воспринимать небольшую осевую нагрузку и работать при значительном (до 2-3 градусов) перекосе внутреннего кольца относительно наружного. Способность самоустанавливаться определяет область его применения.

Шариковый радиально-упорный подшипник предназначен для комбинированных (радиальных и осевых) или чисто осевых нагрузок. Подшипники, смонтированные попарно, воспринимают осевые силы, действующие в обоих направлениях. Применяются для жестких валов при большой частоте вращения.

Шариковый упорный подшипник воспринимает одностороннюю осевую нагрузку. При действии осевых сил попеременно в обоих направлениях устанавливают двойной упорный подшипник. Во избежание заклинивания шариков от действия центробежных сил этот подшипник применяют при средней и низкой частоте вращения.

Роликовый конический подшипник воспринимает одновременно радиальную и осевую нагрузки. Применяется при низких и средних скоростях вращения. Обладает большей грузоподъёмностью. Не допускает перекоса колец, поэтому требует жестких валов, точной расточки корпусов и тщательного монтажа. Подшипники этого типа, как и предыдущие, устанавливают попарно, они должны быть нагружены осевой силой - внешней или специально созданной при сборке.

Роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами воспринимает только радиальную нагрузку. Допускает осевое взаимное смещение колец. Применяются для коротких жестких валов, а также в качестве «Плавающих» опор (для валов шевронных шестерен и др.). Грузоподъёмность его составляет в среднем 1,7 от грузоподъёмности шарикового радиального.

Роликовый подшипник с игольчатыми роликами воспринимает только радиальную нагрузку. При сравнительно небольших габаритных размерах обладает высокой радиальной грузоподъёмностью.

Задание для учащихся: Дайте характеристику подшипникам качения в червячном редукторе ( по модели редуктора).

Ответ: На ведущем и ведомом валу насажены шариковые подшипники, однорядные

Достоинства и недостатки подшипников качения

Достоинства:

Подшипники качения имеют ряд преимуществ перед подшипниками скольжения

1. Сравнительно малая стоимость вследствие массового производства подшипников.

2. Малые потери на трение и незначительный нагрев. Потери на трение при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы.

3. Высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин.

4. Малый расход смазки.

5. Не требует особого внимания и ухода.

Недостатки:

1. Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам

2. Малонадежны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил.

3. Большие радиальные размеры

4. Шум при больших скоростях

2.2 Маркировка подшипников качения

Каждый подшипник имеет клеймо-номер, цифры которого характеризуют определённый признак подшипника.

Пример: 7309

• первые две цифры справа обозначают его внутренний диаметр.

09 * 5 = 45 мм.

Это для подшипника с d=20-495 мм.

• третья цифра справа обозначает серию подшипника:

1. особо легкая серия

2. лёгкая

3. средняя

4. тяжёлая

5. лёгкая широкая

6. средняя широкая

Подшипник 7309 - средней серии.

• четвёртая цифра справа обозначает тип подшипника.

Подшипник 7309 - роликовый конический подшипник.

• пятая или пятая и шестая цифры справа обозначают отклонения конструкции от основного типа.

Подшипник №7309 - основной конструкции

Аналогичный подшипник с бортом № 67309.

• седьмая цифра обозначает серию ширин.

Цифры 0, 2, 4, 5, 6, стоящие через тире впереди цифр условного обозначения подшипника, указывают его класс точности.

0- нормальный класс точности (как правило «0» в обозначении не указывают).

2 - сверхвысокий класс точности

4 - особо высокий

5 - высокий

6 - повышенный

Задание для учащихся: Дайте характеристику подшипникам качения, имеющих клеймо (обозначение) 6-2405.

Ответ:

6 - класс точности

2 - тип: роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами

4 - серия подшипника - тяжёлая

5 - 5*5=25 мм (внутренний диаметр).

Методика подбора

При проектировании подшипника качения не рассчитывают, а подбирают по каталогу, в зависимости от диаметра цапфы и характеристики, нагрузки, требуемой долговечности подшипника (числа часов работы), угловой скорости вращающегося кольца.

2.3 Сравнительная характеристика подшипников скольжения

и подшипников качения

Задание для учащихся: Обратить внимание, от каких условий, факторов зависит выбор типа опоры (т.е. подшипника скольжения или качения).

При проектировании узла вал - подшипник перед конструктором стоит задача выбора типа опоры - скольжения или качения. Тип опоры зависит не только I конструкции узла, его компоновки, но и от многих эксплуатационных и технологического факторов.

При возможности обеспечение жидкостного режима смазывания в узле можно рекомендовать опоры с подшипниками скольжения, имеющими следующего преимущества, по сравнению с подшипниками качения: простота конструкции компоновки; незначительные габаритные размеры; способность выдерживать большие радиальные и ударные нагрузки; возможность ремонта и низкая стоимость, особенно больших диаметрах.

Увеличение угловой скорости вала, имеющего подшипники качения. резко снижает их долговечность. Вследствие малой площади поверхности рабочих элементов подшипников качения эти опоры называются более жёсткими, что являет одной из причин шума, а иногда и вибрации узла, особенно при больших угловых скоростях.

Кольца подшипников качения - цельные (неразъёмные). Это делает непригодными в некоторых случаях, например, для установки на коленчатые валы. Однако особого предпочтения подшипникам скольжения отдать нельзя, т.к. в результате непосредственного контактирования отдельных участков поверхности вала и опоры шейка вала изнашивается, что в конечном итоге ведёт к замене не только втулки, но вала (подшипники качения исключают изнашивание вала).

Для обеспечения жидкостного трения опоры скольжения подшипников скольжения требует иногда весьма сложных конструкций смазочных устройств и постоянного ухода. По сравнению с подшипником качения подшипники скольжения требуют повышенного расхода смазочного материю, который должен поступать непрерывно, т.к. иначе происходит быстрый нагрев, заклинивание подшипникового узла.

Вопрос 1: Можно ли заменить подшипники скольжения (вкладыши) коренных 2 и шатунных 1 шеек неразборного коленчатого вала на подшипник качения?

Ответ: Заменить подшипник скольжения на подшипники качения нельзя. Кольца подшипника неразъемные. Это делает их непригодными для монтажа в некоторых случаях, например, для неразборного коленвала.

Вопрос 2: Можно ли заменить подшипник скольжения (втулку)3, пальца шатуна 4 на подшипник качения? Если это возможно, то какой тип подшипника можно установить?

Ответ: Замена подшипника скольжения на подшипник качения - возможно. Желательно на игольчатый подшипник - он имеет меньший наружный диаметр, чем шариковые или роликовые и выдерживает ударные нагрузки.

2.4 Уплотнения в подшипниковых узлах

Задание для учащихся: Назначение уплотнений, рекомендации по их применению и виды уплотняющих материалов.

Надежность подшипников качения во многом зависит от типа уплотняющих устройств. Уплотнения в подшипниковых узлах должны не допускать утечки смазочного материала из корпуса, где установлены подшипники, а также защищать подшипники от попадания в них пыли, грязи, влаги и др.

Уплотнения, применяемые в машиностроении, подразделяют на: контактные, щелевые, лабиринтные и защитные мазеудерживающие кольца и маслоотражательные шайбы.

Рисунок3-Уплотнения подшипников

Работа контактных уплотнений зависит от выбора материалов, устанавливаемых в крышках корпуса подшипника и контактирующих с валом, на котором находится подшипник. Наибольшее распространение получили контактные уплотнения из войлочных, фетровых и кожаных колец. Основное достоинство уплотнений этого типа - простота и дешевизна изготовления. (рис 3а,б ).

Этот тип уплотнения рекомендуется применять при незначительных окружных скоростях (до 4-5 м/с) и температуре окружающей среды до 90⁰С. Вал (или) промежуточная втулка должен быть обработан с достаточной точностью.

Для того чтобы уплотняющий материал лучше прилегал к вращающемуся валу в конструкцию включают браслетную пружину. Такие уплотнения называют манжетными (рис.3д ). Пружина должна прижимать уплотняющий материал к валу с незначительной силой (для уменьшения изнашивания и нагрева вала).

В качестве уплотняющих материалов используют твердую резину или пластмассы, чаще завальцованные в железный кожух (последние называют кассетными уплотнениями).

Манжетные уплотнения работают при окружных скоростях до 10 м/с, с температурой узла до 100⁰С.

Щелевые и лабиринтные уплотнения устраняют недостатки, имеющие место в уплотнениях контактного типа.

Щелевые уплотнения (рис.3г ) имеют 2-3 кольцевые канавки в крышке корпуса подшипника (зазор с =0,10,4 мм). Канавки и зазор оказывают значительное гидравлическое сопротивление вытекающему из корпуса смазочному материалу.

Аналогично устроено лабиринтное уплотнение. В уплотнении этого типа радиальные и осевые щели делают сложные формы, напоминающие лабиринт (рис.3в).

Лабиринтные и щелевые уплотнения работают при окружных скоростях до 30 м/с. Недостатком этих уплотнений является ненадежная защита смазочного материала от пыли и невозможностью их применения при высоких температурах.

Вопрос1: Какой основной недостаток у уплотнений контактного типа?

Ответ учащихся: При попадании на уплотнительный материал грязи, песка - уплотнения изнашивают вал.

Вопрос 2: Положительную или отрицательную роль играет смазка, находящаяся в зазорах лабиринта и кольцевых проточках?

Ответ учащихся: Смазочный материал уплотняет зазор и является необходимым (положительным) условием уплотнений этого типа.

Смазка подшипников качения и КПД

Она уменьшает трение и шум, отводит теплоту, защищает подшипник от коррозии, заполняет зазор в уплотнении.

Виды смазок:

1. Пластичные смазки.

2. Жидкие смазки.

3. Твердые смазки.

КПД =0,99-0,995

Вопрос: В чём состоит принципиальные различные смазывания в подшипниках качения и скольжения?

Ответ учащихся: В подшипниках скольжения главная цель - разделить нагруженную поверхность подшипника и вала слоем смазочного материала. В подшипниках качения смазывание играет вспомогательную роль- главным образом для уменьшения трения скольжения тел качения о сепаратор.

2.5 Виды разрушения подшипников качения

Основными причинами потери работоспособности подшипников качения являются:

1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей тел качения и беговых дорожек колец в виде раковин и отслаивания вследствие циклического контактного нагружения.

2. Пластические деформации на дорожках качения вследствие действия ударных нагрузок.

3. Задиры рабочих поверхностей качения по причине недостаточной смазки.

4. Абразивный износ - следствие плохой защиты от попадания пыли.

5. Разрушение сепараторов от действия центробежных сил. Этот вид разрушения является основной причиной потери работоспособности быстроходных подшипников.

6. Раскалывание колец и тел качения из-за перекосов при монтаже или при больших динамических нагрузках.

Вопрос учащимся: Назовите основные причины, влияющие на долговечность подшипников качения.

Ответ: Смазывание, высокое качество изготовления подшипника качения, материал подшипника качения.

2.6 Монтаж и демонтаж подшипников качения

Перед сборкой подшипникового узла подшипник промазывают в горячем минеральном масле или бензине. Посадочные поверхности вала и корпуса чисто протирают и смазывают.

На вращающуюся деталь кольцо подшипника (внутреннее - на вал, натужнее в корпус) монтируется с натягом, на не вращающуюся - с посадкой, обеспечивающей значительно меньший натяг или зазор.

Для облегчения посадки подшипника на вал с натягом подшипник предварительно нагревают до 80-90⁰С в горячем масле или при помощи паяльной лампы. Силу напресовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируется с натягом.

Передача монтажных усилий через тела качения недопустима. Демонтируют подшипники при помощи съемников и других приспособлений, исключающих удары.

Во избежание появления вмятин на дорожках качения при демонтаже подшипник захватывают за внутренне кольцо при удалении с вала и за наружное - при удалении из корпуса.