Подшипник устройство – в чем разница с деталью качения, как устроен, классификация и виды, как проводить ремонт и выбрать смазку, достоинства и недостатки, ГОСТ, устройство и фото

Содержание

Подшипники: виды, размеры, стандарты, маркировка

Подшипники — одно из ключевых изобретений, которое определило путь развития промышленности. Самый простой подшипник состоит из двух колец, вставленных одно в другое и предназначенное для поддержания и направления вращающегося вала.

Продажа импортных подшипниковПродажа импортных подшипников

Основные типы

Все подшипники могут быть разделены на две основные группы – подшипники качения и скольжения. Конструкция первых состоит из

  • двух колец – внешнего и внутреннего;
  • шариков;
  • сепаратора, в котором установлены шарики.
  • Подшипники скольжения имеют следующую конструкцию:
  • внешняя обойма;
  • внутренняя обойма, выполненная из материала с низким коэффициентом трения, например, тефлон (фторопласт).

Задача, которую призваны решать подшипники любого типа – это снижение трения между вращающимся и стационарными узлами агрегата. Это необходимо для снижения потерь энергии, нагрева и износа деталей, вызываемыми силой трения.

Подшипники скольжения

Сферические подшипники скольженияСферические подшипники скольжения

Сферические подшипники скольжения

Этот узел обычно выполняют в виде массивной опоры, изготовленной из металла. В ней проделывают отверстие, куда вставляют втулку или вкладыш, выполненный из материала с низким коэффициентом трения.
Для повышения эффективности работы этого узла и снижения трения в него вводят жидкую или плотную смазку. Это приводит к тому, что вал отделяется от втулки пленкой маслянистой жидкости. Эксплуатационные параметры подшипника скольжения зависят от следующих параметров:

  1. Размера элементов, входящих в этот узел.
  2. Скоростью вращения вала и размера нагрузок, приходящихся на него.
  3. Густотой смазки.

Для обеспечения смазывания подшипника можно использовать любую вязкую жидкость – масло, керосин, эмульсии. В некоторых моделях подшипников скольжения для смазки применяют газы. Кроме, перечисленных материалов применяют и твердые, иногда их называют консистентные, смазки.

В некоторых конструкциях подшипников предусмотрена принудительная система смазки.

Подшипники качения

Подшипники качения внешний вид фотоПодшипники качения внешний вид фото

Внешний вид подшипника качения

В подшипниках этого типа трение скольжение подменяется трением качения. Благодаря такому решению происходит существенное снижение трения и износа.

Подшипники качения имеют разнообразные конструкции и размеры. В качестве тел вращения могут быть использованы шарики, ролики, иголки.

Шарикоподшипники

Шарикоподшипники являются самым распространенным типом подшипников. Он состоит из двух колец, между которыми устанавливают сепаратор с предустановленными шариками определенного размера. Шарики перемещаются по канавкам, которые, при изготовлении тщательно шлифуют. Ведь для полноценной работы подшипника необходимо, чтобы шарики не проскальзывали, и при этом у них была существенная площадь опоры.
Сепаратор, в который устанавливают шарики, обеспечивает их точное положение и исключает какой-либо контакт между ними. Производители выпускают изделия, которые укомплектованы двухрядными сепараторами.

Подшипники этого класса применяют при довольно небольших радиальных нагрузках и большом количестве оборотов рабочего вала.

Роликоподшипники

В подшипниках этого класса в качестве тел вращения применяют ролики различной формы. Они могут иметь форму цилиндров, усеченных конусов и пр. Производители освоили выпуск широкой номенклатуры роликовых подшипников с разными размерами колец и тел вращения.
Конический роликоподшипник используют для работы при наличии разнонаправленных нагрузках (осевой и радиальной) и больших оборотах на валу. Конструктивно роликовый подшипник похож на шариковый. Он также состоит из двух колец, сепаратора и роликов. Размеры роликовых подшипников определены в ряде стандартов, которые имеют силу в нашей стране. Например, ГОСТ 8328-75 определяет конструкцию, маркировку и размеры подшипников с короткими роликами. А ГОСТ 4657-82 регламентирует размеры и конструкцию игольчатых подшипников. То есть на каждый вид подшипников существует свой ГОСТ.

Роликовые подшипникиРоликовые подшипники
Роликовые подшипники: внутреннее устройство
Шариковые подшипники внутреннее устройствоШариковые подшипники внутреннее устройство
Шариковые подшипники: внутреннее устройство

В этих нормативных документах приведены таблицы размеров подшипников, которыми должны руководствоваться конструкторы, при проектировании таких узлов.

Кстати, для облегчения жизни проектировщиков разработаны и успешно применяются справочники подшипников, в которых изложены принципы расчетов подшипниковых узлов, указаны размеры самих изделий и сопровождающих деталей, например, размеры заглушек.

Смазка

Эксплуатационный срок работы подшипников определяется износом тел качения и дорожек, расположенных в кольцах. Для продления срока службы подшипников применяют смазку, она может быть жидкой, например, в коробках передач станочного оборудования, или консистентной (твердой).

Нанесение смазки на подшипникиНанесение смазки на подшипники
Нанесение смазки на подшипник
Смазка на подшипнике
Смазка на подшипнике
Смазка, нанесенная на подшипник

Кроме износа деталей подшипника, не последнюю роль играет и рабочая температура в узле. Вследствие нее может происходить неравномерная тепловая деформация. Это может привести к повышению частоты проскальзывания, и снижается твердость материала, из которого они изготовлены.

Производители выпускают подшипники с закрытыми сепараторами. В такие изделия еще на стадии производства закладывают твердую смазку, которая гарантировано проработает весь ресурс.

Разновидности подшипников скольжения

Всего размеры и основные характеристики подшипников скольжения, изложены в соответствующих ГОСТ. Всего их насчитывается порядка шести десятков. Например, ГОСТ 11607-82 нормирует требования к разъемным корпусам подшипников скольжения, а ГОСТ 25105-82, предъявляет требования к вкладышам, которые устанавливают в корпуса подшипников скольжения.

Классификация подшипников скольжения

Изделия этого типа можно разделить на следующие основные типы:

  1. Одно- и многоповерхностные.
  2. Со смещением поверхностей.
  3. Радиальные.
  4. Осевые.
  5. Радиально-упорные.

Кроме того, подшипники можно различать по конструкции:

  1. Неразъемные, их называют втулочными.
  2. Разъемные, они состоят из двух деталей основного корпуса и крышки к нему.
  3. Встроенные, по своей конструкции, они составляют единое целое с корпусом механизма.

Нельзя забывать и о количестве точек подачи масла. Существуют подшипники с одним и несколькими клапанами. Кроме, приведенных классов можно назвать еще один – по возможности регулирований подшипника.

Конструкция подшипников скольжения не отличается сложностью. В состав конструкции могут входить два кольца. Одно из них (внутреннее) вращается в процессе работы. Вместо, тел вращения в устройствах этого типа применяют втулки, изготовленные из антифрикционных материалов. Для повышения эффективной работы в подшипники закачивают смазочные материалы.

Существуют два типа подшипников скольжения — гидростатические и гидродинамические. В изделиях первого типа смазка подается от масляного насоса. Вторые в этом плане удобнее, они сами могут выступать в роли насоса. Смазка будет поступать в них за счет разности давления между его компонентами.

Подшипники скольжения могут иметь, сферическое, упорное и линейное исполнения. Первые подшипники применяют в тех узлах, где преобладают низкие скорости вращения вала. Главное достоинство такого исполнения подшипников – это возможность передавать вращение даже при значительных перекосах валов.

Подшипники упорного исполнения применяют для работы там, где преобладают поперечные усилия. Довольно часто их монтируют в турбинах и паровых машинах.

Схема подшипника упорного исполненияСхема подшипника упорного исполнения
Схема подшипника упорного исполнения
Подшипники упорного исполненияПодшипники упорного исполнения
Подшипники упорного исполнения

Подшипники линейного исполнения исполняют роль направляющих. Кстати, их особенностью можно назвать их бесперебойную работу даже при постояннодействующих радиальных усилиях.

Подшипник линейного исполненияПодшипник линейного исполнения

Подшипник линейного исполнения

Многолетняя, если не многовековая практика использования подшипников скольжения позволяет сделать выводы о достоинствах и недостатках этих конструкций.

  • изделия этого класса обеспечивают надежную работу в условиях высоких скоростей вращения вала;
  • обеспечение серьезных ударных и вибрационных усилий;
  • довольно небольшие размеры;
  • подшипники этого типа допустимо устанавливать в устройствах работающие в воде;
  • некоторые модели позволяют выполнять настройку зазора и, таким образом, гарантируют точность установки оси вала.

Между тем, подшипникам скольжения присущи и определенные недостатки.

  • в процессе эксплуатации необходимо постоянно контролировать уровень смазки;
  • при недостаточной смазке и запуске возникает дополнительная сила трения;
  • более низкий в сравнении с другими классами подшипников КПД;
  • при производстве таких изделий применяют довольно дорогие материалы;
  • при работе, подшипники этого класса могут генерировать излишний шум.

Стандарты подшипников скольжения

Одно из отличий подшипников от других типов деталей, применяемых в промышленности – это то, что они все стандартизированы. Выше было отмечено что на продукцию этого класса действует 60 ГОСТ, и это не считая ТУ и другой нормативной документации.
ГОСТ не только нормирует конструкцию и размеры подшипников, но и порядок их обозначения на чертежах, в спецификациях и другой рабочей документации.

Кроме того, ГОСТ на технические условия подшипников регламентирует параметры допусков и посадок, которые обязаны соблюдать производители.

Маркировка

Маркировка подшипников – это параметры, которые показывают рабочие диаметры изделия (внутренний и внешний), конструктивные особенности. Все эти данные закодированы в наборе цифр и буквенных символов. Порядок кодировки, детальная расшифровка регламентирована в ГОСТах на подшипниковую продукцию. Так, кодировка шариковых и роликовых подшипников однорядных приведена в ГОСТ 3189-89.

В закодированном наименовании подшипника содержатся следующие данные:

  • серия ширины;
  • исполнение;
  • тип изделия;
  • группа диаметров;
  • посадочный диаметр.

Кстати, важно понимать, что на территории нашей страны применяют две системы обозначения подшипников – ГОСТ и ISO.

Пример расшифровки маркировки на подшипниках картинкаПример расшифровки маркировки на подшипниках картинка

Пример расшифровки маркировки на подшипниках

Маркировка может быть нанесена на одно из колец. Если подшипник закрытого типа то маркировку наносят на уплотнение или защитном кольце.

Классы точности подшипников

Класс точности подшипника – это показатель, который характеризует максимальные отклонения значения размеров подшипника от номинала.

В некоторых устройствах при выборе подшипника потребитель руководствуется ценой на него, а остальные параметры для него не так критичны. В некоторых других случаях потребитель выбирает подшипник исходя из предельной скорости вращения, при которой не будут, проявляются такие явления, как вибрация и пр. Такие довольно жесткие условия предъявляются к изделиям, работающим на транспорте, станочным узлам, робототехнических комплексов.

В машиностроении существует зависимость между точностью обработки и ее стоимостью. То есть, чем точнее деталь, тем больше ее конечная цена.

Разделение подшипников по точности позволяет подобрать такое изделие, которое будет отвечать требованиям, которые предъявляет проектировщик и в то же время с приемлемой для потребителя ценой.

Класс точности описывает точность производства изделий. Для регулировки этого параметры существуют нормативы, определенные в ГОСТ и ISO. В них определены допуски на все размеры – диаметры, ширину, фаски и пр.

Назначение подшипников качения 

Подшипники качения предназначены для поддержки вращающихся валов. Они нашли свое применение в машинах, разного типа, например, в подъемно-транспортных устройствах, технике, применяемой в сельском хозяйстве, судовых двигателях.

Магнитные подшипники

Магнитные подшипники, которые все чаще применяют в различных машинах и механизмах работает на основании принципа магнитной левитации. В результате реализации этого принципа в подшипниковой опоре отсутствует контакт между валом и корпусом подшипника. Существуют активное исполнение и пассивное.

Активные изделия уже в массовом производстве. Пассивные, пока еще находятся на стадии разработки. В них, для получения постоянного магнитного поля применяют постоянные магниты типа NdFeB.

Использование магнитных подшипников предоставляет потребителю следующие преимущества:

  • высокая износостойкость подшипникового узла;
  • применение таких изделий, возможно, в агрессивных средах в большом диапазоне внешней температуры.
Бесконтактный магнитный подшипник фотоБесконтактный магнитный подшипник фото

Бесконтактный магнитный подшипник

В то же время использование таких узлов влечет за собой некоторые сложности, в частности:

В случае пропадания магнитного поля, механизм неизбежно понесет повреждения. Поэтому для бесперебойной и безаварийной работы проектировщики применяют так называемые страховые подшипники. Как правило, в качестве страховочных применяют подшипники качения. Но они в состоянии выдержать несколько отказов системы, после этого требуется их замена, так будут изменены их размеры.

Создание постояннодействующего, а главное, устойчивого, магнитного поля сопряжено с созданием больших и сложных систем управления. Такие комплексы вызывают сложности с ремонтом и обслуживанием подшипниковых узлов.

Излишнее тепловыделение. Оно обусловлено тем, что обмотка нагревается в результате прохождения через нее электрического тока, в некоторых случаях, такой нагрев недопустим и поэтому приходится устанавливать системы охлаждения, что, разумеется, приводит к усложнению и удорожанию конструкции.

Где используются устройства скольжения

На самом деле сложно найти механизм, в котором не установлены подшипники скольжения. Даже на атомных подводных лодках, на подшипниках этого типа устанавливают гребные валы. Подшипники скольжения нашли широкое применение в станкостроении. В частности, в них устанавливают валы, по которым перемещается суппорт, резцедержатель и другие составные части станка.

Классификация подшипников качения

К подшипникам качения относят:

  • шариковые;
  • роликовые,
  • упорные и многие другие.

Все они характеризуются высокими параметрами износостойкости и возможностью работы в условиях разнонаправленных нагрузок – осевых и радиальных.

Характеристики подшипников качения

К основным характеристикам подшипников качения можно отнести следующие:

Угловая скорость, подшипники качения могут показывать высокие значении этой скорости, особенно если сепараторы выполнены из цветного металла или полимеров.

Перекос вала. Допустимо то, что перекос может достигать от 15’ до 30’. Кроме того, подшипники качения способны воспринимать небольшие осевые усилия. Она не должна превышать 70% от неиспользуемой радиальной грузоподъемности.

Подшипники качения показывают минимальные потери на трение.

Каталог импортных подшипников FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и др.

В мировой экономике подшипниковая отрасль занимает отдельное место, во много это обусловлено значимостью продукции ей выпускаемой.

В нашей стране такую продукцию выпускают на специализированных подшипниковых заводах. Но, в последнее время существенно увеличен импорт подшипников из рубежа. Их поставляют из разных стран мира – США, КНР, Германии и пр.

Для ознакомления с номенклатурой поставляемой продукции достаточно ознакомиться с каталогами подшипников, которые предлагают потребителям зарубежные производители — FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и многие другие. Достаточно одного взгляда и можно понять всю величину номенклатуры предлагаемых подшипников.

Но при заказе импортной продукции необходимо понимать, что подшипники, поступающие из-за границы, должны соответствовать требованиям наших нормативов и иметь документы, подтверждающие их качество и безопасность в эксплуатации. Подшипники очень часто поделывают. Рекомендуем покупать подшипники только у авторизированных поставщиков.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Подшипник качения | Основные особенности, классификация, устройство, диагностика и ремонт подшипников качения

Основные особенности и устройство

Подшипник качения (жирный) используется в качестве опоры вращающихся частей механизмов или машин.

Конструкция этого типа подшипника включает в себя два кольца – внутреннее, которое надевается на цапфу вала, и наружное,  тела качения и сепаратор, который разделяет между собой тела качения и направляет их движение.

По форме тел качения, которые  применяются, подшипник качения (жирный) может быть шариковым или роликовым.

Подшипники качения и скольжения имеют между собой принципиальное различие: в подшипнике качения (жирный) (см. рис. 1) работа происходит  в условиях трения качения, а  в подшипнике скольжения преобладающим видом трения является трение скольжения.

 


Рис. 1. Подшипник качения (жирный)

 

На наружной стороне внутреннего кольца и на внутренней стороне наружного кольца выполнены дорожки качения, при этом их геометрическая форма зависит от типа тел качения, применяемых в данном подшипнике. В некоторых случаях подшипник изготавливается с использованием одного кольца, тогда дорожка качения находится прямо на валу или на поверхности детали.  Иногда конструкция подшипников качения не предусматривает наличия сепаратора.  Применение подшипников качения без сепаратора  (см. рис. 2) предпочтительно в тех случая, когда необходимы малые радиальные габариты.

 

 

Рис 2. Подшипник качения (жирный) без сепаратора.

Такие подшипники имеют большее количество тел качения, за счёт этого сила трения увеличивается, таким образом, происходит снижение предельной частоты  вращения  и обеспечивается большая грузоподъёмность подшипника качения.

Назначение по типу нагрузки

В зависимости от назначения подшипники качения подразделяются на четыре группы. Подбор подшипников качения должен происходить  с учётом типа нагрузки. Радиальные однорядные подшипники используются для восприятия радиальных осевых нагрузок. Радиально-упорные используются в случае комбинированных нагрузок, т. е. радиальных и осевых. Упорно-радиальные используются в тех случаях, когда преобладают в основном осевые нагрузки и присутствуют незначительные радиальные.

Этот вид подшипника качения используется сравнительно редко.  Упорный подшипник качения (жирный) применяется только для осевых нагрузок.

Выбор подшипников качения должен проводиться с учётом множества параметров, в числе которых – точность подшипника качения, величина fnp, долговечность и статическая грузоподъёмность.

Наряду со многими другими характеристиками, грузоподъёмность подшипника качения, пожалуй, один из наиболее важных параметров.  При выборе подшипников инженерные работники руководствуются обычно специальными изданиями, например, очень полная номенклатура с указанием особенностей применения, множеством характеристик приведена в издании «Подшипники качения. Справочник», издательство «Металлург», год 1984.

Есть ещё один очень хороший каталог подшипников качения  авторов Черменского и Федотова. Здесь рассмотрено все характеристики подшипников качения,  маркировка подшипников качения, рассмотрены тела качения, особенности проектирования подшипникового узла, рекомендации по выбору подшипника качения,  приведены таблицы условных обозначений подшипников качения, рассмотрены новые перспективные направления в разработке, вопросы выбора посадки подшипников качения, в том числе подшипники  качения бейзельман.  В общем, книга является неоценимым пособием, как для инженеров, так и для тех, перед кем встала необходимость подобрать подшипники качения.

Смазочные материалы

Очень важно учитывать такой момент, как смазка подшипников качения. Недостаточная смазка, или смазка некачественным смазочным материалом может стать причиной того, что любой подшипник качения выйдет из строя очень скоро.

В настоящее время существует очень большой ассортимент смазок для самых разных типов подшипников качения. Применяются как жидкие, так и твёрдые и пластичные смазочные материалы, но наиболее широко применяются пластичные, так как они обеспечивают наиболее благоприятные возможности для работы механизма.

Существуют разные смазки для различных условий работы подшипников:

  • Смазки универсальные пластичные;
  • Смазки для высоких и экстремально высоких температур;
  • Смазки пластичные для низких температур;
  • Смазки пластичные для высокооборотных подшипников;
  • Смазки, предназначенные для подшипников, работающих в условиях высоких и экстремально высоких нагрузок;
  • Смазки для пищевой промышленности;
  • Смазки специально для химически агрессивной среды;
  • Смазки пластичные противошумные;

Использование правильно подобранных масел обеспечивает хорошее отведение тепла, стабильность работы, способствует очищению подшипника качения (жирный) от продуктов, образующихся в процессе износа.

Классификация

Классификация подшипников качения по точности регламентируется классами. Во всех  странах мира для обозначения  класса точности подшипников качения используется единый стандарт, при этом класс указывают слева через тире.

Разработанный в нашей стране на подшипники качения ГОСТ 3395 обозначает типы подшипников качения и их конструктивные особенности.

По техническим требованиям роликовые и шариковые подшипники качения должны соответствовать ГОСТу 520.

Допуски и посадки подшипников качения  должны соответствовать ГОСТ 3325-85

Таблица 1.

Поля допуска на диаметры отверстий корпусов подшипников качения и посадочных валов

Квалитеты Поля допусков для отклонений
e f g H J s j K m n p r
Для вала
3 H 3 J s 3
4 g4 H 4 J s4 k4 m4 n4
5 G*5 H*5 J s5 (j*5) K*5 M*5 N*5 p5
6 f6 G 6 H 6 J s6 (j*6) K6 M6 N6 P*6 R*6
7 f7 H*7 r7
8 e8 f8 h8
9 (e9) f9 h9
10 (h20)

 

 

Квалитеты Поля допусков для отклонений
e f g H J s j K m n p
Для отверстия корпуса
3    
4 g4 H 4 J s4 K*4 M*4  
5 G*5 H *5 Js5 K*5 M*5 n5
6 F*6 G 6 H 6 Js 6 (j6) k6 m6 N6 P*6
7 F7 G7 h7 Js 7 (j*7) K7 M7 N7 P*7
8 E* 8 H*8
9 (e 9) H*9
10

Диагностика и ремонт

В роторных механизмах подшипники качения (жирный) являются одним из самых уязвимых механизмов (см. рис. 3). Подшипник осуществляет пространственную фиксацию ротора,  соответственно, большая часть нагрузок, возникающих  в механизме, как статических, так и динамических, воспринимается именно подшипником, поэтому диагностика подшипников качения должна проводиться своевременно, чтобы не допускать снижения работоспособности механизма.

Рис 3. Дефекты подшипника качения.

Оценка технического состояния проводится с помощью нескольких методов:

  •  Метод ПИК-фактора; данный метод заключается в измерении уровня вибрации с помощью виброметра, затем вычисляются значения  пиковой амплитуды вибрации и среднеквадратичное значение (СКВ). После вычисляется отношение этих двух значений. Достоинство данного метода заключается в его простоте, недостаток – в необходимости частых измерений в процессе эксплуатации.
  • Контроль подшипников качения методом анализа спектра вибросигнала. Данный метод обладает высокой помехозащищённостью, так как маловероятно, что  в механизме могут присутствовать источники, создающие вибрации той же частоты, что и дефекты подшипника качения. С помощью спектрального анализа можно диагностировать детали подшипника качения, а не только весь его целиком, так как кольца, тела вращения и сепаратор имеют свои частоты;
  • Метод анализа спектра огибающей. Сложный и дорогостоящий метод, основанный на анализе модулирующих низких частот и высокочастотной составляющей. В случае, когда имеется дефект, даже зарождающийся, высокочастотная составляющая будет модулироваться низкочастотным сигналом. Таким образом, осуществляется более своевременный контроль, чем при использовании других методов, и можно вовремя выявить необходимость  ремонта подшипника качения.
  • Метод измерения ударных импульсов, для которого применяется пьезоэлектрический датчик, основан на измерении и анализе затухающего колебания. Достоинство  метода в том, что он не зависит от внешних помех. Подшипниковые узлы после соударения дефектов испускают излучение определённой частоты, которое быстро затухает, на осциллографе колебания выглядят как импульсы, что и дало название методу. Существует один недостаток метода, связанный с особенностями конструкции подшипника качения: необходимо, чтобы между  датчиком и наружным кольцом подшипника качения (жирный) присутствовал массив металла.
  • Контроль подшипников качения  проводится также методом прослушивания. Подшипник, находящийся в идеальном состоянии, обычно издаёт еле слышное жужжание. При наличии инородных частиц в дорожке наружного кольца может возникнуть неравномерный вибрирующий звук. Недостаточный зазор подшипника качения также может вызвать звенящий металлический шум. Причиной шума могут стать и усталостные раковины, и повреждения, возникшие во время монтажа, и недостаточная смазка подшипника качения. В каждом случае звук имеет особый характер, от стучащего или вибрирующего до громкого гула. Метод доступный и простой, но недостаток его  в том, что повреждение выявляется слишком поздно, обычно уже тогда, когда требуется не ремонт подшипника качения, а его замена.

Устройство и виды подшипников — F&F GmbH

Принцип конструкции колесных подшипников не менее стар, чем принцип самого колеса. Со времен первого колеса стоял вопрос – как обеспечить его свободное вращение и защитить от разрушительного воздействия износа в процессе движения под нагрузкой. В этой статье мы рассмотрим основные виды подшипников, отдельные их компоненты и различия между подшипниками «колесным» и «ступичным». Но независимо от формы и типа подшипника все они выполняют единую цель, а их главным компонентом являются ролики, цилиндры и шарики.

Основные виды подшипников и их назначение

Шариковые подшипники

Одни из наиболее распространенных типы подшипников в которых используются сферические тела качения – шарики. Широко применяются в автомобилестроении, электродвигателях, бытовой технике и т. д. Впервые массовую обработку шаров и, соответственно, возможность массового производства данного вида подшипников предложила компания FAG.

Благодаря сферической форме тел качения возможно их вращение в любом направлении. Многие из видов шариковых подшипников способны воспринимать и радиальные нагрузки, с приложение веса сверху, и осевые, в сторону силы. Тем не менее, все виды шариковых подшипников характеризуются малой площадью контакта, которая напрямую зависит от размера шариков. Поэтому они применяются преимущественно в тех узлах машин и оборудования, на которые не приходятся большие нагрузки, отсутствует сильное давление и ударные воздействия. Использование шариковых подшипников для узлов, рассчитанных на большие нагрузки  требует увеличение диаметра сферического тела, соответственно увеличивается  и конструктивный размер изделия.

Цилиндрические роликовые подшипники

Roller bearings.jpgВ данном типе подшипников тела качения имеют цилиндрическую форму, что позволяет равномерно распределять радиальную нагрузку по широкому пятну контакта. Благодаря этому они оптимально подходят для некоторых тяжелых условий эксплуатации. Изобретателем одним из наиболее широко используемых типов – игольчатых роликовых подшипников, является компания INA.

Увеличенное пятно контакта обеспечивает стойкость к радиальным, но уменьшает стойкость к осевым силам. Поэтому у данного вида подшипников и их назначения нет возможности использования в узлах подвергаемых большим осевым нагрузкам. Широко применяется в подшипниковых узлах с малым диаметром вала, труднодоступных местах, например, коробках передач.

Роликовые конические подшипники

Тела качения данного типа подшипников представляют собой ролики конической формы. Благодаря этому значительно повышается стойкость к радиальной или осевой нагрузкам, а также к высоким ударным воздействиям. Наиболее часто назначением подшипников данного типа является монтаж внутри ступицы колеса. Распространенным конструктивным решением является совместное расположение двух конических подшипников в одном узле с зеркальным расположением конических роликов.

Конструкция и элементы подшипников

Основой классификации подшипников является форма тела качения, но существенная разнится и конструкция других элементов.

Обойма

Металлическое кольцо с высокоточной, прецизионной обработкой наружной и внутренней поверхностей. Конструктивные внутренние элементы подшипника окружены обоймой, которая и обеспечивает вращение. Часто роль наружной обоймы играет корпус или ступица, где имеются соответствующие проточки под тела качения. В этом случае подшипник, чаще всего, меняется вместе со всем узлом.

Нередко применяются составные подшипники, которые состоят из внутренней обоймы и сепаратора со сферическими телами качения, сальника и наружной обоймы. В этом возможна замена подшипника без наружной обоймы запрессованной в ступицу. При этом следует принять во внимание, что использование старой обоймы не всегда целесообразно и может повлечь уменьшение ресурса работы нового подшипника. Далеко не все дефекты заметны при осмотре, а преждевременный выход из строя обоймы влечет за собой выход из строя всего узла.

bearing cage.gifСепаратор

Данный элемент подшипника представляет собой обойму перфорированную по форме и размеру тел качения, которые устанавливает классификация подшипников – сферических, цилиндрических или конических. Это своего рода ячейки представляющие собой внутреннюю поверхность, в которой вращается подшипник. Сепараторы являются основной частью подшипника и, как правило, отдельно не поставляются.

Сальник

Представляет собой кольцо из закаленной резины. Второе название – пыльник, хотя его основное назначение не только защита от пыли, а и препятствие вытеканию смазки и попаданию воды. Уплотнения всегда изнашиваются в процессе эксплуатации подшипника и должны быть заменены при ремонте и замене подшипника. Рекомендуется при отсутствии уплотнений в узлах машин и оборудования установить их отдельно или заменить.

Ступица колеса

Wheel hub bearing.jpgЛитой или кованный элемент, к которому крепится автомобильное колесо. Как правило, подшипники колес находятся внутри ступицы и обеспечивают свободное их вращение вокруг оси. В зависимости от вида подшипников и их назначения могут называться ступичными или ступицей в сборе (ступица-подшипник). Поставляются они, чаще всего, в сборе со ступицей, что позволяет производить замену без помощи пресса, исключая неправильный монтаж.

Смазка

Высококачественная синтетическая или минеральная смазка, предназначенная для уменьшения трения и износа поверхностей изделия у любого вида подшипника. В отличие от трансмиссионных и моторных масел, смазка используемая в подшипникам характеризуется высокой стойкостью к температуре, сохраняет кинетическую вязкость при перегреве. Однако сильные значения вязкости не позволяют использовать данные типы смазок в изделиях с малыми зазорами.

Обязательным требованием при выполнении ремонтных работ, независимо от видов подшипников и их классификации, является использование чистых смазывающих материалов. Запрещается хранить открытую смазку на открытом воздухе в течение длительного времени по причине накопления содержащейся в воздухе пыли. Помните – пыль в составе смазки увеличивает износ подшипника.

Колесные и ступичные подшипники – в чем разница

Если взять конструкцию легковых авто, то виды подшипников и их классификация определяются типом привода – передним, задним или полным, а также тем, является ли колесо ведущим. Вот некоторые основные правила автомобильной классификации:

  • Подшипники применяемые на приводных колесах, независимо от того в передне- или заднеприводным является автомобиль, называются «ступичными». Причина в том, что назначение подшипника – находиться на ступице с валом который и вращает ось внутри подшипника. 
  • Подшипники, устанавливаемые на не приводные оси, называются «колесными» так как они размещаются между ступицей колеса и валом большого рычага.
  • Автомобили с полным приводом оснащены ступичными подшипниками на каждом из колес.

В целом же, термины «колесный» и «ступичный» идентичны и подразумевают одно и тоже изделие, что необходимо учитывать рассматривая виды подшипников и их классификацию.

устройство и классификация, какие бывают виды

Подшипники каченияКонструкция подшипника качения известна благодаря его способности обеспечивать свободное качение без повреждения, трения и износа при вращении. В современной механике ему нет аналогов, которые могли бы с большей эффективностью снижать трение и скольжение вращающихся частей.

История возникновения и развития

Отсчёт истории начинается с 3500 года до нашей эры, во времена Древнего Египта, когда его жители использовали примитивные и очень эффективные на то время опорные подшипники без применения шариков. Ближе к нашему времени, в 700-м году до нашей эры, кельты достаточно активно стали применять изделия, аналогичные современным цилиндрическим подшипникам качения.

Следующая точка в истории это 330 год до нашей эры, когда инженер Древней Греции Диад создал осадную машину, основным отличием которой отмечается применение простых скользящих элементов.

Виды подшипниковВ 1490 году Леонардо Да Винчи опубликовал первый чертёж подшипника качения в мире. Отмечается тот факт, что это изобретение произвело большое впечатление в кругу специалистов этого профиля. В 1794 году он был впервые запатентован. А в 1839 году американец Исаак Баббит изобрёл специальный металлический сплав, из которого в дальнейшем изготавливались шарики. В состав этого сплава входили медь, свинец, сурьма и олово.

Большим прорывом этой области считается 1853 год, когда Филлипп Мориц Фишер создал конструкцию педального велосипеда с применением специализированных роликовых подшипников в его механизмах. Последним значимым событием стало то, что в 1883 Фридрих Фишер создал машину, которая шлифовала шарики из закалённой стали. За счёт её создания появился всемирно известный швейтфуртский подшипниковый завод, а в скором времени эта технология стала использоваться повсюду.

Классификация, виды и типы

Строение подшипниковПодшипник представляет собой кинематический механизм, задача которого состоит в определении положения подвижных элементов частей конструкции и обеспечение их более эффективного вращения относительно друг друга. Он также обеспечивает опору вращающемуся валу механизма. Параллельно с этим выполняет функцию распределения радиальной и осевой нагрузки, передавая её на корпус всей машины. Благодаря этим свойствам вал фиксируется в нужном положении и одновременно вращается вокруг своей оси.

Классификация подшипников качения имеет следующий перечень:

  • Шариковый. Главной особенностью выделяется основной подвижный элемент — шарики. Считается самым распространненым видом, наиболее активно используется в автомобилях, электродвигателях, бытовом инструменте. Благодаря их сферической форме он может вращаться в разные стороны, предназначен на выдерживание радиальной и осевой нагрузки. Но из числа недостатков можно отметить малую площадь соприкосновения, поэтому в автомобиле их применяют в местах с низкой нагрузкой без воздействия ударов и вибраций. Использование шарикоподшипников для большой нагрузки влечёт за собой увеличение диаметра шариков, поэтому размер всего элемента увеличивается.
  • Роликовый. Состоит из деталей, представленных в цилиндрической форме. Различные радиальные нагрузки, оказываемые на ролики, равномерно распределяются по широкому пятну соприкосновения. Из-за этого они считаются оптимальным вариантом для использования в тяжёлых условиях. Но из-за цилиндрической формы такой вид не в состоянии обеспечивать большие осевые нагрузки. В узлах с малым диаметром вала применяется роликовый тип и для установки в труднодоступные места.
  • Конический. Устройство подшипника состоит из конусных роликов. Применяются они для удерживания высокой радиальной, осевой и ударной нагрузок. Основным местом установки считается ступица колеса машины. Некоторые производители в одном подшипнике устанавливают два ряда конических роликов по зеркальной схеме.

Устройство и составляющие подшипника

Какие бывают подшипники описано выше, но в большинстве своём их объединяет состав элементов, из которых они состоят.:

  • Как монтировать подшипникиОбойма. По геометрической форме представляет собой кольцо, внутренняя и наружная поверхность которого обработаны. Между этими обоймами движутся шарики. В современном автомобильном производстве внешняя обойма может встраиваться в ступицу и ремонт подшипника производится путём замены всего узла в сборе.
  • Сепаратор. Обойма специальной формы, по окружности которой находятся отверстия диаметром с используемый шарик. Выполняет роль ограничителя движения шарика внутри обойм.
  • Сальник. Применяется для замыкания открытой боковой поверхности подшипника, изготавливается из специальной резины. Препятствует попаданию грязи в смазку подшипника. Наиболее подвержена износу та часть, которая продаётся по отдельности для проведения ремонта.

Определение параметров по маркировке

Государственный стандарт определяет конструктивные параметры и характеристики устройства.

Корпус подшипника может быть с выемкой и без неё. В первом случае применяется на обработанных поверхностях при удерживании радиальной нагрузки. А без выемки устанавливаются в противоположном случае. Корпус бывает разной ширины, для определения типа используют следующие аббревиатуры:

  • ШМ — Широкий неразъемный.
  • УБ — Узкий неразъемный.
  • РШ — Широкий разъёмный.
  • РУ — Узкий разъёмный.

При изготовлении этих изделий производителем строго соблюдаются установленные законодательством стандарты. Поэтому производитель вместе со своим изделием предоставляет сопроводительную документацию о нём. Принятая маркировка на территории нашей страны состоит из следующих пунктов:

  • Основного обозначения.
  • Дополнительных префиксов.

Например, маркировку: 6−18030ПР20П. Основные параметры заложены в шесть цифр. Первоначальная цифра 6 — это класс точности изготовления изделия. А ПР20П можно расшифровать так:

  • П — префикс степени шероховатости поверхности.
  • Р2О — Тип используемой смазки подвижных частей.
  • П — Показатель уровня шума.

Остальной цифровой индекс обозначает:

  • Тип подшипника.
  • Указатель серии наружного диаметра и ширины.
  • Внутренний установочный диаметр.
  • Конструктивная особенность конкретной модели.

Класс точности изделия

Этот параметр указывает в основном на сферу применения изделия. Например, в современных автоматизированных станках применяются только изделия с высшим классом точности. В остальных массово применяемых механизмах используются подшипники с более низким уровнем качества при изготовлении. Класс точности может быть следующим:

  • Нормальный.
  • Сверхвысокий, применяемый индекс — 2.
  • Особо высокий — 4.
  • Высокий — 5.
  • Повышенный — 6.
  • Пониженный — от 7 до 8.

Анализируя вышеприведённый пример, можно сделать вывод, что изделие относится к повышенной степени точности.

Применение подшипников

Основное назначение этих устройств — это снижение фактора трения между подвижными элементами механизма. Могут применяться в автомобильной и сельскохозяйственной промышленности и при изготовлении различного производственного и бытового оборудования.

Преимущества и недостатки конструкции

Преимуществами изделий с такой конструкцией прежде всего считается низкий коэффициент трения и малая чувствительность к смазывающим материалам, дешевизна изготовления

Из числа минусов отмечается слабая стойкость к ударным нагрузкам и невозможность эксплуатации в агрессивных средах и при очень высоких оборотах.

Подшипники качения.

Подшипники качения



Общие сведения

Подшипники качения (рис. 1) представляют собой готовый узел, основными элементами которого являются тела качения – шарики 2 или ролики, установленные между кольцами 1 и 3 и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга сепаратором 4.

Сепаратор служит для направления и удержания тел качения в определенном положении (для обеспечения соосности колец) и для разделения тел качения от их взаимного контакта с целью уменьшения изнашивания и уменьшения потерь на трение.

Внешнее и внутреннее кольца подшипника (или, как их еще называют – обоймы) имеют на рабочей поверхности желобки – дорожки качения, по которым и перекатываются тела качения. Форма колец подшипников качения (наружных и внутренних) определяет угол контакта тел качения с дорожкой качения и, соответственно, влияет на величину осевой или радиальной грузоподъёмности подшипника.

Распределение радиальной нагрузки между телами качения, находящимися в нагруженной зоне (ограниченной дугой не более 180˚), неравномерно (рис. 2) вследствие контактных деформаций колец и различных тел качения. На размер зоны нагружения и неравномерность распределения нагрузки оказывают влияние величина радиального зазора в подшипнике и жесткость корпуса.

В отдельных случаях для уменьшения радиальных размеров подшипник применяют без колец (рис. 3) и тела качения катятся по дорожкам качения, образованным непосредственно на цапфе и в корпусе (в блоке зубчатых колес). Твердость, точность и шероховатость поверхности дорожек качения в этом случае должны быть такими же, как у подшипниковых колец (обойм). Такие игольчатые подшипники могут применяться без сепаратора (а) или с сепаратором (б).

Подшипники качения стандартизированы и широко распространены во всех отраслях машиностроения. Их изготовляют в больших количествах на специализированных подшипниковых заводах, которые организованы во многих городах России и других стран.

Достоинства и недостатки подшипников качения

По сравнению с подшипниками скольжения подшипники качения обладают рядом положительных свойств и преимуществ:

  • Сравнительно малая стоимость благодаря возможности стандартизации и массового производства.
  • Небольшие потери на трение и незначительный нагрев при работе, при этом потери на трение в момент пуска и в рабочем режиме практически не отличаются.
  • Полная взаимозаменяемость, что облегчает монтаж и ремонт машин и механизмов.
  • Небольшой расход дефицитных цветных материалов по сравнению с подшипниками скольжения, в конструкции которых обычно применяются медесодержащие сплавы и цветные металлы.
  • Незначительный расход смазочного материала во время эксплуатации.
  • Малые осевые размеры, простота монтажа и эксплуатации.

Не лишены подшипники качения и недостатков:

  • Относительно большие радиальные размеры.
  • Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.
  • Большое сопротивление вращению, шум и низкая долговечность при высоких частотах вращения.
  • Повышенный шум из-за циклического перекатывания тел вращения через нагруженную зону подшипника (рис. 2).
  • Более сложная конструкция по сравнению с подшипниками скольжения.
Область применения подшипников качения

Подшипники качения являются основным видом опор в машинах (автомобилях, сельскохозяйственной, дорожной и военной технике, самолетах, станках и т. п.). Так, в одном автомобиле может применяться более 120 типоразмеров подшипников качения, в самолете их количество может превышать 1000 шт. При этом надежность и долговечность подшипников во многом определяют ресурс машины или механизма.

***

Классификация подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

По форме тел качения (рис. 4) – шариковые и роликовые, причем последние могут быть с цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми роликами. Применяют и тела качения сложной геометрической формы (рис. 4,а).

По направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, радиально-упорные, упорные и упорно-радиальные. Деление подшипников в зависимости от направления воспринимаемой нагрузки носит в ряде случаев условный характер. Например, широко распространенный шариковый радиальный однорядный подшипник успешно применяют для восприятия не только радиальной или комбинированной, но и чисто осевой нагрузки, а упорно-радиальные подшипники обычно используют только для восприятия осевых нагрузок.

По числу рядов тел качения – одно-, двух- и четырехрядные.

По основному конструктивному признаку – самоустанавливающиеся (например, сферические самоустанавливающиеся при угловом смещении осей вала и отверстия в корпусе) и несамоустанавливающиеся; с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца (обоймы), сдвоенные и др.

Кроме основных подшипников каждого типа изготавливают их конструктивные разновидности (модификации).

***



Условные обозначения и маркировка подшипников качения

В нашей стране условные обозначения подшипников регламентируются российским стандартом ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений». Импортные подшипники имеют отличающуюся от российской маркировку, подробное описание которой приведено на следующей странице.

Условное обозначение подшипника обычно наносится на торцевую поверхность внешнего или/и внутреннего кольца (см. рисунок).

Основное условное обозначение может быть составлено из семи цифр, условно обозначающих внутренний диаметр подшипника, размерную серию, тип, конструктивные особенности и др. Нули, стоящие левее последней значащей цифры, не проставляют. В этом случае число цифр в условном обозначении может быть меньше семи, например: 7206.

Две первые цифры справа обозначают диаметр d отверстия внутреннего кольца подшипника. Для подшипников с внутренним диаметром d = 20…495 мм размер внутреннего диаметра определяется умножением указанных двух цифр на 5. Так, подшипник 7206 имеет диаметр внутреннего кольца d = 30 мм (06×5).

Третья цифра справа обозначает серию диаметров и совместно с седьмой цифрой, обозначающей серию ширин, определяет размерную серию подшипника, т. е. условно характеризует его внешние габариты. В порядке увеличения наружного диаметра подшипника (при одном и том же внутреннем диаметре d) серии бывают: особо легкая – 1, легкая – 2, средняя – 3, тяжелая – 4 и др. Так, подшипник 7206 – легкой серии диаметров 2.

Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника:

  •     0 — Шариковый радиальный
  •     1 – Шариковый радиальный сферический двухрядный
  •     2 – Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами
  •     3 – Роликовый радиальный сферический двухрядный
  •     4 – Роликовый радиальный игольчатый однорядный
  •     5 – Роликовый радиальный с витыми роликами
  •     6 – Шариковый радиально-упорный однорядный
  •     7 – Роликовый конический
  •     8 – Шариковый упорный, шариковый упорно-радиальный
  •     9 – Роликовый упорный, роликовый упорно-радиальный

Приведенный выше в качестве примера подшипник 7206 является роликовым коническим.

Пятая и шестая цифры справа обозначают отклонение конструкции подшипника от основного (базового) типа. Например, подшипник 7206 основной конструкции пятой цифры в обозначении не имеет, а аналогичный подшипник с упорным бортом на наружном кольце имеет обозначение 67206.

Седьмая цифра справа обозначает серию подшипника по ширине. В порядке увеличения ширины подшипника (при одних и тех же наружном и внутреннем диаметрах) серии по ширине бывают 0, 1, 2, 3 и др.

Кроме цифр основного обозначения справа и слева от него могут быть нанесены дополнительные буквенные или цифровые знаки, характеризующие специальные условия изготовления данного подшипника.

Так, класс точности подшипника маркируется цифрой слева от основного обозначения через тире (дефис). В порядке повышения классы точности обозначают: 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности, обозначаемый цифрой 0 и соответствующий нормальной точности, не проставляют.
В общем машиностроении применяют подшипники классов 0 и 6. В изделиях высокой точности или работающих с высокой частотой вращения (высокооборотные электродвигатели, шпиндели скоростных станков и т. п.) применяют подшипники классов 5 и 4. Приведенный в нашем примере подшипник 7206 имеет класс точности 0.
Помимо приведенных выше имеются и дополнительные (более высокие и низкие) классы точности.

В зависимости от наличия дополнительных требований к уровню вибраций, отклонениям формы и расположения поверхностей качения, моменту трения и другим параметрам установлены три категории подшипников:
    А – повышенные регламентированные нормы;
    В – регламентированные нормы;
    С – без дополнительных требований.
Знак категории указывают слева от обозначения класса точности.

Возможные знаки справа от основного обозначения:
    Е – сепаратор выполнен из пластических материалов;
    Р – детали подшипника из теплопроводных сталей;
    С – подшипник закрытого типа, заполненный смазочным материалом и др.

Примеры обозначений подшипников:

311 – подшипник шариковый радиальный однорядный средней серии диаметров 3, серии по ширине 0, с внутренним диаметром 55 мм, основной конструкции класса точности 0.

6-36209 – подшипник шариковый радиально-упорный однорядный, легкой серии диаметров 2, серии по ширине 0, с внутренним диаметром 45 мм, с углом контакта α = 12˚, класса точности 0.

4-12210 – подшипник роликовый однорядный с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии диаметров 2, серии по ширине 0, с внутренним диаметром 50 мм, с одним бортом на наружном кольце, класса точности 4.

4- 3003124Р – подшипник роликовый радиальный сферический двухрядный особо легкой серии диаметров 1, серии по ширине 3, с внутренним диаметром 120 мм, основной конструкции, класса точности 4, детали подшипника изготовлены из теплостойких сталей.

***

Статьи по теме «Подшипники качения»:

Характеристика основных типов подшипников качения
Расчет и подбор подшипников качения на заданный ресурс и статическую грузоподъемность
Примеры решения задач на подбор подшипников
Конструирование подшипниковых узлов
Обозначение и маркировка импортных подшипников



Подшипники качения и скольжения.

Сегодня подшипники используются во всех механизмах, связанных с вращающимися компонентами. Без подшипников не обходится вращение деталей в часах, валов в двигателе внутреннего сгорания, турбин в шахтах или аттракционов с названием «колесо обозрения».

Подшипник скольжения

Фактически подшипник представляет собой кольцо, надетое на предмет цилиндрической формы. Подшипники бывают радиальными (например, такие используются, чтобы удерживать колесо автомобиля) и упорными (используются в офисных креслах, чтобы они могли вращаться вокруг своей оси). Любой подшипник выполняет три задачи:
  1. Удерживает вал или ось в нужном положении;
  2. Максимально снижает сопротивление, возникающее при соприкосновении вращающегося вала, с фиксирующей его положение конструкцией;
  3. Передаёт нагрузку с вращающейся части на другие элементы конструкции.
Существует большое количество видов подшипников. По разным классификациям выделяют от семи до десяти. Однако самыми популярными среди них остаются подшипники качения и подшипники скольжения. Разница между ними заключается в том,  как они устроены и где применяются. Ниже будет дан ответ на вопрос: в чем же отличие  подшипника качения от подшипника скольжения?

Подшипники скольжения.

Они представляют собой кольца, внутрь которых помещается втулка или вал. С помощью кольца вал фиксируется нужным образом в пространстве, после чего может начинать вращаться. Подшипники скольжения бывают двух типов: неразъемные и разъемные. Первые представляют собой полноценное кольцо, в которое втулка просто вставляется. Вторые разделяются на две части: в первой фиксируется вал, после чего устанавливается вторая половина подшипника. Такой способ удобнее в эксплуатации, поэтому чаще используют именно раздельные подшипники скольжения.

Устройство подшипника скольжения

В процессе вращения вал непосредственно соприкасается с поверхностью подшипника. Из-за этого обе составные пары «подшипник-вал» начинают тереться друг о друга. В результате этого процесса обе детали быстро изнашиваются, а скорость вращения вала существенно сокращается.
Для того, чтобы этого избежать используются различные смазки.
Смесь, препятствующая трению, является важнейшим условием долговечной работы подшипника. Кроме повышения срока службы вала и подшипника, смазка позволяет сократить силу трения, обеспечивает теплоотводение и препятствует условиям внешней среды оказывать влияние на детали. Смазки бывают трёх видов:
  • жидкие,
  • твёрдые
  • газообразные.
В подавляющем большинстве подшипников скольжения применяются жидкие смазки. Твёрдые (на основе графита) используются, например, в скользящих подшипниках удерживающих колёсный вал в поезде – под большими нагрузками жидкие смазки оттуда моментально выдавливает. Газ в качестве «смазки» используется на высокоточных производствах с особыми условиями эксплуатации деталей. Задача газообразной смеси предотвратить непосредственное соприкосновение вала с поверхностью подшипника.

Достоинства подшипников скольжения

  1. Низкая вероятность поломки;
  2. Возможность выдерживать высокие ударные и вибрационные нагрузки;
  3. Они меньшего радиального размера, чем аналогичные подшипники качения;
  4. При использовании разъёмных подшипников скольжения их можно демонтировать без разборки других деталей конструкции;
  5. Низкий уровень шума при работе;
  6. Могут работать в воде
  7. Допускается наличие зазора между поверхностью подшипника и валом. Это позволяет использовать даже значительно изношенные детали без потери эффективности;
  8. Сохраняют высокий КПД даже при работе крупных валов.

Недостатки подшипников скольжения

  1. Всегда требуют наличия смазки при работе;
  2. Быстрый износ из-за трения при работе на некачественной смазке;
  3. Большие затраты на смазочные материалы;
  4. Необходимость постоянного контроля над условиями работы подшипника;
  5. Невысокий КПД, по сравнению с подшипниками качения
  6. Разная скорость износа подшипника и вала;
  7. Малая долговечность;
  8. Для изготовления подшипников скольжения используются более дорогие материалы, чем для подшипников качения.

Подшипники качения.

Они устроены сложнее, нежели подшипники скольжения. Во-первых, они представляют собой не одно, а два кольца. Причем диаметр первого больше, чем диаметр второго, настолько, чтобы между ними можно было поместить другие компоненты. Для этого на внешней стороне маленького кольца и внутренней стороне большого кольца вырезают специальные желоба. Обычно между кольцами помещают: шарики, иглы, бочонки или другие по форме тела качения. В результате получается конструкция из нескольких составляющих. Вал вставляется внутрь малого кольца. При вращении он воздействует на первое кольцо, которое вследствие этого раскручивается, увлекая за собой тела качения расположенные между первым и вторым кольцом. Большое кольцо при этом не крутиться, а находится в статичном положении. Из-за наличия тел качения между первым и вторым кольцами многократно уменьшается трение между деталями.

Устройство подшипников качения

Подшипники качения бывают двух типов: с наличием сепаратора и без него. Сепаратор представляет собой широкое кольцо с отверстиями на одинаковом расстоянии. В эти отверстия помещаются тела качения. Это позволяет установить их на одинаковом расстоянии и увеличить эффективность подшипника при сохранении объема используемых материалов. Большинство подшипников создаются с учетом наличия сепараторов. Однако имеются подшипники качения, изготовленные и без него. В таких подшипниках помещается максимальное количество тел качения, поэтому между ними не требуется расстояние. Большое количество тел качения позволяет увеличить грузоподъёмность подшипника.
Однако лимит скорости вращения вала в бессепараторных подшипниках намного меньше, чем в подшипниках с наличием сепаратора.
Кроме этого, выделяют закрытые и открытые подшипники качения. Первые обладают специальными протекторами, которые защищают элементы подшипника от всех условий внешней среды. В связи с этим они обходятся без дополнительного обслуживания и замены смазки. Подшипники качения открытого типа – более чувствительны к окружающему пространству. В них нередко попадают инородные тела, что приводит к разрушению подшипника.

Закрытый подшипник качения

Основным свойством подшипников качения является низкое трение  при соприкосновении поверхности вала с поверхностью подшипника. Из-за тел качения не происходит большой затраты энергии на сопротивление кольца и вала. В связи с этим и резко уменьшается износ и значительно увеличивается коэффициент полезного действия, по сравнению с подшипниками скольжения.

Достоинства подшипников качения

  1. Возможность использования в механизмах с высокой скоростью вращения вала;
  2. Способность удерживать вал при больших ударных и вибрационных нагрузках;
  3. Бесшумность работы;
  4. Маленькие осевые размеры.
  5. Нет необходимости замены смазки;
  6. Возможность использования при высоких температурах.

Недостатки подшипников качения

  1. Высокая стоимость;
  2. Трудоёмкий процесс изготовления;
  3. Большой радиус детали;
  4. Возможность использования только в сухих условиях;
  5. Не используются с высоконагруженными валами;
  6. Меньшая надежность по сравнению с подшипниками скольжения.
Несколько видео по теме:

Не забудь сохранить статью!


Конструирование подшипниковых узлов.

Конструирование подшипниковых узлов



Работоспособность подшипников качения зависит не только от правильного их подбора, но и от рациональности конструкции подшипникового узла и его элементов – сопряжение поверхностей подшипника с валом и корпусом, смазка, уплотнительные устройства и др.

Выбор типа подшипника

Выбор типа подшипника зависит от направления и величины действующих на него сил, частоты вращения, режима работы, необходимого ресурса, допустимых размеров, стоимости и особенностей монтажа. При выборе типа подшипника вначале рассматривают возможность применения наиболее дешевых и простых в эксплуатации подшипников – шариковых радиальных однорядных. Выбор других типов подшипников должен быть обоснован (самоустанавливаемость, условия монтажа, требование жесткости и т. п.).

Если нет особых требований к частоте и точности вращения, принимают подшипники класса точности 0.

Шариковые подшипники обеспечивают бόльшую точность вращения, менее требовательны к смазыванию, но имеют меньшую грузоподъемность и жесткость, чем роликовые.

Для малых нагрузок и больших частот вращения принимают шариковые радиальные однорядные подшипники легких размерных серий. Подшипники более тяжелых серий обладают большей грузоподъемностью, но допускаемая частота вращения у них меньше.
При одновременном действии значительных радиальных и осевых сил выясняют, достаточно ли одного подшипника в опоре, или необходимо, чтобы каждая из нагрузок воспринималась отдельным подшипником (рис. 1).

В опорах вала, расположенных в разных корпусах, применяют сферические подшипники, допускающие значительные перекосы колец и компенсации погрешностей монтажа.

При ударных или переменных нагрузках с большой кратковременной пиковой нагрузкой предпочтительны двухрядные роликовые подшипники.

Подшипники устанавливают в жестких корпусах, стремясь избежать перекосов колец, которые могут возникнуть вследствие неправильной обработки посадочных мест или при монтаже.

Целесообразно конструировать опоры качения так, чтобы относительно линий действия радиальных нагрузок вращалось внутреннее кольцо подшипника, поскольку число циклов нагружения при этом почти в два раза меньше по сравнению со случаем вращения наружного кольца.
Вращающееся относительно нагрузки внутреннее кольцо подшипника соединяют с валом посадкой с натягом во избежание его проворачивания и обкатывания по посадочной поверхности. Для этого применяют поля допусков вала: k6, m6, n6.

Обозначение полей допусков диаметра отверстия подшипника в соответствии с классами точности: L0, L6, L5, L4, L2.
Пример обозначения посадки подшипника качения класса точности 0 на вал:

Ø50L0/k6.

Установку неподвижных относительно нагрузки колец подшипника осуществляют с зазором для облегчения осевых перемещений колец при регулировании зазоров в подшипнике, а также при тепловых деформациях валов. Для этого применяют поля допусков отверстия корпуса H7, G7 и др.

Обозначение полей допусков наружного диаметра подшипника в соответствии с классами точности: l0, l6, l5, l4, l2.
Пример обозначения посадки подшипника качения класса 0 в корпус:

Ø90H7/l0.

При конструировании подшипниковых узлов стремятся к тому, чтобы вал с опорами представлял собой статически определимую систему. В статически неопределимых системах возможно нагружение опор силами, во много раз превышающими внешние расчетные нагрузки. Поэтому в большинстве случаев валы устанавливают на двух опорах.

По способности фиксировать осевое положение вала опоры разделяют на плавающие и фиксирующие.
Плавающие опоры допускают осевое перемещение вала в любом направлении для компенсации его удлинения (укорочения) при температурных деформациях. Они воспринимают только радиальную силу. В качестве плавающих опор применяют шариковые и роликовые радиальные подшипники.

Фиксирующие опоры ограничивают осевое перемещение вала в одном направлении или в обоих направлениях. Они воспринимают радиальную и осевую силы. В качестве фиксирующих опор применяют шариковые и роликовые подшипники. На рисунке 3 показаны основные схемы осевого фиксирования валов.

На схемах 1 и 2 одна опора фиксирующая, вторая плавающая. Фиксирующая опора ограничивает осевое перемещение вала в обоих направлениях. В опоре может быть установлен один (схема 1) или два (схема 2) подшипника, которые закрепляют в осевом направлении с двух сторон как на валу, так и в корпусе.

В плавающей опоре внутреннее кольцо подшипника закреплено с двух сторон на валу, а наружное – свободно перемещается в корпусе вдоль оси.

В таком виде вал с опорами представляет собой статически определимую систему и может быть представлен в виде балки с одной шарнирно-неподвижной, а другой – шарнирно-подвижной опорами.

Схемы 1 и 2 применяют при любом возможном расстоянии между опорами вала.

На схеме 1 вал фиксируется одним радиальным подшипником. Осевую фиксацию по этой схеме применяют, например, для приводных валов ленточных и цепных транспортеров, для валов цилиндрических зубчатых передач и т. п.

Пример конструкции опор вала, установленных по схеме 1, приведен на рис. 3.

На схеме 2 (рис. 3 ) вал фиксируется двумя подшипниками – радиальными или радиально-упорными. Эта схем характеризуется большей жесткостью фиксирующей опоры; ее применяют для установки валов, червяков, конических шестерен.

Пример конструкции вала, установленного на опорах по схеме 2, приведен на рис. 2 .

При выборе плавающей и фиксирующей опор по схемам 1 и 2 учитывают рекомендации:

1. Подшипники обеих опор должны быть нагружены по возможности равномерно, поэтому если вал действует осевая сила, то плавающей выбирают опору, нагруженную большей радиальной силой. При этом всю осевую силу воспринимает подшипник, нагруженный меньшей радиальной силой.

2. При отсутствии осевых сил плавающей выбирают менее нагруженную опору ,чтобы уменьшить сопротивление осевому перемещению подшипника и изнашивание поверхности корпуса.

3. Если входной (выходной) конец вала соединяют с другим валом муфтой, то фиксирующей принимают опору вблизи этого конца вала. На схемах 3 и 4 (рис. 3 ) обе опоры фиксирующие, причем каждая опора фиксирует вал только в одном направлении. В опорах таких схем могут быть установлены шариковые и роликовые радиальные или радиально-упорные подшипники.

Схемы 3 и 4 применяют с определенными ограничениями по расстоянию l между опорами. Связано это с изменением зазоров в подшипниках при температурных деформациях валов.

На схеме 3, называемой схемой установки подшипников «враспор», в сечениях вала между опорами действует напряжение сжатия от осевых сил. Чтобы не происходило защемление тел качения вследствие нагрева при работе, предусматривают осевой зазор а (см. рис. 3). Величина зазора должна быть несколько большей ожидаемой тепловой деформации подшипника и вала.
Из опыта известно, что в узлах с радиальными шарикоподшипниками при l ≤ 300 мм а = 0,2…0,5 мм.

Требуемый зазор а создают при сборке с помощью набора тонких металлических прокладок, устанавливаемых между корпусом и крышкой подшипника. Для радиальных подшипников рекомендуется l ≤ 10dn, где dn – диаметр цапфы.

В опорах схемы 3 могут быть применены и радиально-упорные подшипники, которые более чувствительны к изменению осевых зазоров вследствие температурных деформаций вала. Для таких подшипников рекомендуется l ≤ (6…8) dn, при этом меньшее значение относится к роликовым, бόльшие – к шариковым радиально-упорным подшипникам. Регулировку осевого зазора при сборке выполняют при помощи тонких (толщиной 0,05, 0,1 мм.).

На схеме 4 (рис. 3), называемой схемой «врастяжку», возможность защемления тел качения подшипников вследствие температурной деформации уменьшается, как как в этой схеме при удлинении вала осевой зазор в подшипнике увеличивается. По этой причине расстояние между подшипниками может быть несколько больше, чем в схеме враспор l ≤ (8…10) dn. Меньшие значения – для роликовых, большие – для шариковых подшипников.
Для шариковых радиальных подшипников l ≤ 12 dn.

В некоторых конструкциях применяю так называемые плавающие валы, обе опоры которых плавающие. Осевая фиксация вала в этом случае осуществляется не опорами, а какими-либо другими элементами конструкции, например зубьями шевронных колес или торцовыми шайбами.

Для облегчения сборки и регулировки в некоторых конструкциях подшипниковых узлов применяют чугунные стаканы, с помощью которых создают самостоятельные сборочные комплекты вала с подшипниками. Так, в подшипниковом узле вала-шестерни конической передачи установка стакана является обязательной. В этой конструкции регулировку подшипников осуществляют с помощью круглой шлицевой гайки, которую стопорят многолапчатой шайбой, а регулировку конического зацепления производят с помощью тонких прокладок.

В зависимости от осевой нагрузки, частоты вращения и принятой конструкции подшипникового узла (внутреннее кольцо подшипника на валу крепят разными способами (рис. 5) — упором в заплечик вала (а), концевой шайбой (б) круглой шлицевой шайкой (в).

Наружное кольцо подшипника закрепляют упором в торец крышки подшипника, между торцом крышки и упорным заплечиком корпуса, или упорны плоским пружинным кольцом 1 (рис.6, б) и др. В конструкциях с разъемными корпусами применяют цельные кольца 3 большого сечения и закладные крышки 2 (рис. 6, в).

***



Смазывание подшипников качения

Смазочные материалы в подшипниках уменьшают трение и шум, выполняют охлаждающую функцию, отводя тепло от деталей, заполняют зазоры в уплотнениях, обеспечивая герметичность подшипникового узла, защищают детали подшипника от коррозии, а также смывают с тел качения и колец продукты различные загрязнения и продукты износа.
Для смазывания подшипников качения применяют пластичные, жидкие и твердые смазочные материалы, свойства которых описаны здесь.

Пластичные смазочные материалы применяют для подшипников качения при окружной скорости поверхности вала до 10 м/с. Корпус подшипникового узла заполняют смазочным материалом в объеме 40…70% его свободного пространства. В некоторых случаях применяются подшипники закрытого типа, в которых смазочный материал, заложенный при сборке на заводе-изготовителе, сохраняется в течение всего срока эксплуатации.
Пластичные смазочные материалы экономичны, хорошо защищают подшипник от коррозии, не требуют сложных уплотнений, длительное время сохраняют свои физические свойства и не требуют замены.

Для подшипников общего назначения применяют пластичные смазочные материалы: ЦИАТИМ-201, Литол-24, различные солидолы и др.

Жидкие смазочные материалы (нефтяные масла и др.) используют для подшипников при окружных скоростях вала свыше 10 м/с. В зависимости от условий работы применяют различные способы подачи масла в подшипники (масляная ванна, капельное смазывание, разбрызгивание и др.). При частоте вращения вала до 3000 об/мин уровень масла должен быть ниже центра нижнего тела качения подшипника во избежание значительных гидравлических потерь. В редукторах и коробках передач часто применяют подачу масла разбрызгиванием из масляной ванны одним из быстровращающихся колес или специальными разбрызгивающими крыльчатками. Для защиты подшипников от избытка масла применяют маслоотражательные кольца (рис. 2).

Нефтяные масла более стабильны, обладают значительно меньшим внутренним трением, чем пластичные смазочные материалы, могут работать при относительно низких температурах. Однако такие смазочные материалы нуждаются в уплотнении узлов, чтобы избежать утечек и потерь.

Твердые смазочные материалы обычно применяют для подшипников, работающих в особых условиях. Например, при температурах до 300 ˚С применяют коллоидальный графит, а при работе в вакууме — дисульфид молибдена. Твердые смазочные материалы, в отличие от пластичных и жидких, не выполняют охлаждающих, моющих и защитных функций.

На практике стремятся смазывать подшипники качения тем же смазочным материалом, которым смазывается весь механизм (редуктор, коробка передач и т. п.). Периодичность замены смазочного материала устанавливают в зависимости от условий работы. При рабочей температуре до 50 ˚С масло следует менять один раз в год и проверять состояние тел качения и рабочих поверхностей колец подшипника.

***

КПД подшипников качения

В подшипниках качения имеют место потери энергии, которые обусловлены наличием трения качения между телами качения и кольцами, а также трение скольжение между телами качения и сепаратором, между элементами подшипника и уплотнениями. Кроме того, часть энергии теряется из-за преодоления гидравлического сопротивления смазочного материала, обладающего высокой вязкостью. Тем не менее, энергетические потери в подшипниках качения невелики, и обычно не превышают 0,005…0,1 % для одной пары подшипников, т. е. КПД такой пары составляет η = 0,99…0,995. Это несколько выше КПД подшипников скольжения.

***

Уплотнительные устройства

Для защиты от попадания в подшипник влаги и загрязнений, а также для предотвращения утечек смазочного материала подшипниковые узлы снабжают уплотнительными устройствами различной конструкции.

Широкое распространение получили манжетные уплотнения (рис. 4). Их применяют при окружных скоростях до 15 м/с. Они достаточно надежны, обладают хорошими уплотняющими свойствами.

Щелевые уплотнения (рис. 2) применяют для подшипниковых узлов, работающих в чистой среде при скоростях до 5 м/с. Зазоры в них заполняют пластичным смазочным материалом.

Лабиринтные уплотнения (рис. 7) являются бесконтактными, они пригодны для скоростей до 30 м/с. Уплотняющий эффект в лабиринтных уплотнениях создается чередованием радиальных и осевых зазоров, которые образуют длинную узкую извилистую щель. Зазор в лабиринте заполняют пластичным смазочным материалом независимо от вида смазочного материала подшипника. Радиальные зазоры получают изготовлением деталей при посадке h21/d11.

Центробежные уплотнения применяют при окружных скоростях свыше 0,5 м/с. При смазывании подшипника пластичным смазочным материалом с внутренней стороны корпуса устанавливают маслосбрасывающие кольца 2 (см. рис. 2) так, чтобы они выступали за стенку корпуса. Попадающее из картера на кольца во время работы жидкое горячее масло отбрасывается центробежной силой и не попадает в полость размещения пластичного смазочного материала, не вымывает его.

В ответственных конструкциях применяют комбинированные уплотнения в различных сочетаниях, например, лабиринтно-щелевое уплотнение (рис. 8).

***

Монтаж и демонтаж подшипников

При выполнении разборочных и сборочных работ с подшипниковыми узлами следует выполнять определенные требования, предотвращающие повреждение или поломку деталей.

Перед монтажем подшипники тщательно два-три раза промывают в 6 % -ном растворе нефтяного масла, в бензине или в горячем (70…75 ˚С) антикоррозионном водном растворе и проверяют на легкость вращения колец. Посадочные поверхности вала и корпуса промывают в керосине и насухо протирают чистыми салфетками.

Для облегчения установки подшипника вал слегка смазывают, а подшипник предварительно нагревают до 80…90 ˚С в горячем нефтяном масле или с помощью электроиндукционной установки. Силу запрессовки прикладывают к тому кольцу, которое монтируют с натягом (рис. 9).
Передача монтажных усилий через тела качения недопустима.

Демонтируют подшипники при помощи специальных съемников (рис. 10), исключающих удары по деталям. Во избежание поломки деталей или появления вмятин на дорожках качения при демонтаже подшипник захватывают за внутреннее кольцо при демонтаже с вала, и за наружное кольцо при демонтаже из корпуса.

***

Статьи по теме «Подшипники качения»:

Общие сведения о подшипниках качения
Характеристика основных типов подшипников качения
Расчет и подбор подшипников качения на заданный ресурс и статическую грузоподъемность
Примеры решения задач на подбор подшипников
Обозначение и маркировка импортных подшипников



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *