Подшипники качения, как и подшипники скольжения, предназначены для поддержания вращающихся осей и валов.
Электродвигатели , подъемно-транспортные и сельскохозяйственные машины, летательные аппараты, локомотивы, вагоны, металлорежущие станки, зубчатые редукторы и многие другие механизмы и машины в на-стоящее время немыслимы без подшипников качения.
Использование цилиндрических радиальных роликоподшипников на ряд ограничено короткими и жесткими валами, очень чувствительными к деформациям деформации дерева. Поскольку они еще более чувствительны к изгибу, они используются для очень жестких валов. Он выполнен с наружным кольцом без плеча или внутренним кольцом без плеча. Имея радиально уменьшенную калибровку, эти подшипники занимают радиальные нагрузки по сравнению с цилиндрическими роликовыми подшипниками и не занимают осевые нагрузки. Может выполняться с иглами, расположенными рядом.
Подшипники качения состоят из двух колец — внутреннего 1 и наруж-ного 3, тел качения 2 (шариков или роликов) и сепаратора 4 (рис. 16, а). В зависимости от: формы тел качения различают подшипники шариковые (рис. 16, д, б, ж, и) и роликовые (рис. 16, в, г, е, з, к). Разновидностью роликовых подшипников являются игольчатые подшипники (рис. 16, д).
Рис. 8 Радиальные роликоподшипники или два ряда. Чтобы уменьшить радиальные размеры, внутреннее кольцо или даже два цилиндрических кольца можно опустить на два ряда. В этих случаях взлетно-посадочные полосы работают на валу шпинделя и, возможно, в корпусе, их поверхности закаливаются и выпрямляются. Они аналогичны двухрядным радиальным шарикоподшипникам, имеющим траекторию качения от внешнего кольца сферической формы и выполненные в нормальном или коническом отверстии на внутреннем кольце для установки на коническом шпинделе или цилиндрическом шпинделе с помощью втулки специальный подшипник.
Основными элементами подшипников качения являются тела каче-ния — шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживае-мые сепаратором на определенном расстоянии друг от друга.
Материалы. Материалы подшипников качения назначаются с учётом высоких требований к твёрдости и износостойкости колец и тел качения. Здесь используются шарикоподшипниковые высокоуглеродистые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, а также цементируемые легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твёрдость колец и роликов обычно HRC 60...65, а у шариков немного больше - HRC 62... 66, поскольку площадка контактного давления у шарика меньше. Сепараторы изготавливают из мягких углеродистых сталей либо из антифрикционных бронз для высокоскоростных подшипников. Широко внедряются сепараторы из дюралюминия, металлокерамики, текстолита, пластмасс.
ВПП и ролики сужаются. Чтобы предотвратить движение слайдов, конусы протектора и роликов должны иметь совпадающие пики. Ролики прикреплены к внутреннему кольцу с плечами, а наружное кольцо имеет наклонные подъездные пути. По этой причине радиально-осевые роликоподшипники с коническими роликами Рис. 10 Радиальные подшипники являются съемными, внешнее кольцо и внутреннее кольцо с роликовыми генераторами на двух роликах, установленных отдельно в подшипнике. Угол контакта β представляет собой ряды угла между нормальной осью роликов и плоскостью валков, такими же, как угол между осью ролика и осью подшипника.
Для обеспечения нормальной и долговечной работы подшипников ка-чения к качеству их изготовления и термической обработке тел качения и колец предъявляют высокие требования.
Подшипники качения — это опоры вращающихся или качающихся де-талей. Подшипники качения в отличие от подшипников скольжения стан-дартизованы. Подшипники качения различных конструкций (диапазон на-ружных диаметров 1,0-2600 мм, масса 0,5-3,5 т, например, микроподшип-ники с шариками диаметром 0,35 мм и подшипники с шариками диаметром 203 мм) изготовляют на специализированных подшипниковых заводах.
Рис. 11 Радиально-осевые конические роликоподшипники. Углы контакта 10º или 28º. Подшипники с β = 10º используются, когда радиальная нагрузка преобладает, а подшипники с β = 28º, когда преобладает осевая нагрузка. Радиально-осевые конические роликоподшипники на одном ряду устанавливаются парами, в одном и том же подшипнике или в разных подшипниках. Радиально-осевые роликовые подшипники также выполняются на два ряда или даже на четыре ряда для очень высоких радиальных нагрузок. Эти подшипники рекомендуется использовать в случае жестких валов, поскольку они очень чувствительны к угловым отклонениям между осями колец.
Выпускаемые в СНГ подшипники качения классифицируют по способности воспринимать нагрузку — радиальные, радиально-упорные, упор-но-радиальные и упорные.
Рис. 16. Подшипники качения: а, б, в, г, д, е — радиальные подшипники; ж, з — радиально-упорные подшипники; и, к — упорные подшипники; 1 — внутреннее кольцо; 2 — тело ка-чения; 3 — наружное кольцо; 4— сепаратор
Эти подшипники используются для захвата очень больших осевых нагрузок в одном или обоих направлениях. Поскольку они не радиально закрывают вал, эти подшипники обычно используются в сочетании с радиальными подшипниками. Осевые подшипники чувствительны к деформациям деформации дерева и высоким оборотам из-за вращательного эффекта элементов качения.
Поскольку подшипники являются съемными, рекомендуется, чтобы минимальное осевое усилие, указанное в каталогах подшипников, было даже в покое. Рис. 13 Осевые радиальные подшипники. Подшипниковые узлы должны обеспечивать вращение вала и деталей, установленных на нем, и передачу нагрузки от этих частей к неподвижной части. Осевое крепление подшипниковых колец Конструктивные элементы, которые могут использоваться для осевого крепления подшипников, зависят от размера осевых нагрузок, которые необходимо поднять, и кольца, для которого производится осевое крепление.
Радиальные подшипники (см. рис. 16, а-е) воспринимают (в основ-ном) радиальную нагрузку, т. е. нагрузку, направленную перпендикулярно к геометрической оси вала.
Упорные подшипники (см. рис. 16, и, к) воспринимают только осе-вую нагрузку.
Радиально-упорные (см. рис. 16, ж, з) и упорно-радиальные подшип-ники могут одновременно воспринимать как радиальную, так и осевую на-грузку. При этом упорно-радиальные подшипники предназначены для пре-обладающей осевой нагрузки.
Для осевого крепления подшипников, которые являются частью сборок, которые не имеют осевой нагрузки, достаточно закрепить кольцо, затянув регулировку между соответствующим кольцом и сопряженной деталью. Крепежные подшипники, которые занимают осевые силы, достигаются дополнительными конструктивными элементами, которые различаются в зависимости от закрепляемого кольца. Наиболее распространенными структурными элементами, используемыми для крепления внутренних колец, являются: с опорным плечом, выполненным на валу; с промежуточной втулкой между опорным кольцом и валом на валу или другой частью, прикрепленной к валу; с эластичным опорным кольцом; гайка подшипника; крепежным винтом болта, только на концах вала.
В зависимости от соотношения размеров наружного и внутреннего диа-метров, а также ширины подшипники делят на серии: сверхлегкую, особо легкую, легкую, среднюю, тяжелую, легкую широкую, среднюю широкую.
В зависимости от серии при одном и том же внутреннем диаметре кольца подшипника наружный диаметр кольца и его ширина изменяются.
Рис. 14 Осевые крепежные элементы для внутренних колец Крепление наружных подшипников может быть выполнено с помощью одного из следующих элементов: крышки подшипника; резьбовые детали ввинчиваются в корпус или другие элементы, закрепленные на корпусе; поддержки плеча или чашка реализуется в корпусе подшипника; Эластичное кольцо подшипника, закрепленное в корпусе или даже во внешнем кольце подшипника.
Рис. 15 Осевые крепежные элементы для наружных колец Регулировки и допуски для подшипников подшипников Радиальное позиционирование подшипников достигается путем выбора регулировок между кольцами и сопряженными частями, а также путем установки соответствующих радиальных пушек в эксплуатации. Допуски отверстий на внутреннем кольце и наружный диаметр наружных колец подшипников стандартизированы на международном уровне. По этой причине допуски к диаметрам шпинделей выбираются в унитарной системе ствола, а допуски на диаметры отверстий в корпусе выбираются в единичной системе деревьев.
По классам точности подшипники различают следующим образом:
"0" - нормального класса;
"6" - повышенной точности;
"5" - высокой точности;
"4" - особовысокой точности;
"2" - сверхвысокой точности.
При выборе класса точности подшипника необходимо помнить о том, что "чем точнее, тем дороже".
По форме тел качения подшипники делят на шариковые (см. рис. 16, а, б, ж, и), с цилиндрическими роликами (см. рис. 16, в), с кониче-скими роликами (см. рис. 16, з, к), игольчатые (см. рис. 16, д), с витыми роликами (см. рис. 16, е), с бочкообразными роликами (сферическими) (см. рис. 16, г). Тела качения игольчатых подшипников тонкие ролики — иглы диаметром 1,6-5 мм. Длина игл в 5-10 раз больше их диаметра. Се-параторы в игольчатых подшипниках отсутствуют.
Эти допуски определяют типы регулировок между валом шпинделя и внутренним кольцом подшипника, соответственно наружным кольцом и отверстием в корпусе. Типы настроек выбираются в зависимости от: режима загрузки колец; тип и размер выполняемых задач; тип и размер подшипника; температурные условия; конструкция каркаса; условия установки и разборки; специальные условия осевой подвижности. Режим загрузки строк может быть периферийной или локальной нагрузкой. Если нагрузки сохраняют свое направление и направление, вращающееся кольцо подвергается периферийной нагрузке и рекомендуется затягивание, а кольцо без ротора загружается локально, а его свободный монтаж рекомендуется.
По числу рядов тел качения различают однорядные (см. рис. 16, а, в, д-к) и двухрядные (см. рис. 16, б, г) подшипники качения.
По конструктивным и эксплуатационным признакам подшипники делят на самоустанавливающиеся (см. рис. 16, б, г) и несамоустанавливающиеся (см. рис. 16, а, в, д-к).
Под типом подшипника понимают его конструктивную разновидность, определяемую по признакам классификации.
Тип и размер груза влияет на размер затягивания при нажатых настройках в смысле увеличения требуемого затягивания с размером груза или ударами. Тип и размер подшипника вызывают более высокую затяжку на роликовых подшипниках и меньшие на шарикоподшипниках, а также затягивание выше самого большого подшипника. Температурные условия вызывают затягивание или иглу, тем выше рабочая температура. Конструкция корпуса может быть с плоскостью разделения - в этом случае невозможно выбрать наклонный фитинг в корпусе или без разделительной плоскости, обязательный для нагрузок периферийного действия на внешнем кольце.
Каждый подшипник качения имеет условное клеймо, обозначающее тип, размер, класс точности, завод-изготовитель.
На неразъемные подшипники клеймо наносят на одно из колец, на разборные — на оба кольца, например, на радиальный подшипник с ко-роткими цилиндрическими роликами (см. рис. 16, в), где наружное коль-цо без бортов и свободно снимается, а внутреннее кольцо с бортами со-ставляет комплект с сепаратором и роликами.
Тонкое затягивание рекомендуется для тонких клеток или легких материалов. Условия монтажа и разборки должны быть максимально простыми. Если оба кольца затянуты, рекомендуется выбрать съемные подшипники или конические подшипники и экстракционную втулку. Специальные условия осевой подвижности достигаются путем выбора свободной посадки между местным нагрузочным кольцом и конъюгатом. Регулировка воспроизведения подшипника Относительное смещение колец без применения нагрузки в радиальном или осевом направлении известно как радиальное или осевое воспроизведение.
На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.
В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.
Радиальное движение подшипника изменяется из-за регулировки затяжки из-за теплового расширения. Радиальные подшипники выполнены с тремя радиальными размерами: нормальным, уменьшенным или увеличенным. Нормальное радиальное воспроизведение, не собранное, установлено так, что после установки в нормальных температурных условиях игра в игру является оптимальной. Если регулировки сделаны с увеличенным зажимным или рабочим температурами выше, целесообразно выбирать более крупные радиальные шарикоподшипники.
Осевая игра важна для регулировки радиально-осевых подшипников или осевых подшипников. Радиально-осевые подшипники не выполняются с определенным радиальным воспроизведением в несобранном состоянии, игра должна быть отрегулирована при сборке вместе с осевым воспроизведением. Для достижения нормального воспроизведения настройки настройки устанавливаются в соответствии с схемой монтажа и температурными условиями. Вытеснение наружного кольца достигается с помощью наборов регулировочных прокладок, расположенных между крышкой подшипника и корпусом, или посредством.
Первая и вторая цифры справа условно обозначают его номинальный внутренний диаметр d (диаметр вала). Для определения истинного размера d (в миллиметрах) необходимо указанные две цифры умножить на пять. Например, подшипник...04 имеет внутренний диаметр 04 . 5 = 20 мм. Это правило распространяется на подшипники с цифрами...04 и выше, до...99, т. е. для J = 20h - 495 mm. Подшипники с цифрами... 00 имеют d- 10 мм; ...01 d = 12 мм; ...02 d = 15 мм; ...03 d = 17 мм.
Резьбовых элементов в крышке или корпусе. Регулируемые прокладки изготовлены из латуни и имеют разную толщину, хорошо проложенные. Смещение внутреннего кольца обычно достигается с помощью опорных гаек или других гаек, привинченных к валу. Характерные схемы проектирования подшипников Наиболее распространенными узлами подшипников являются валы, поддерживаемые на двух подшипниках. Поддержка валов на нескольких подшипниках практикуется только для очень длинных валов или если деформации изгибов деревьев неприемлемы.
В таких сборках очень важно наблюдать за коаксиальностью шпинделей. Схемы, лежащие в основе узлов подшипниковых подшипников, поддерживаемых на двух подшипниках, различаются в соответствии с тем, как достигается осевая фиксация. Существуют три принципиальные схемы. Осевая монтажная схема на одном конце. Один из лагерей принимает осевые силы в обоих направлениях. Другой подшипник подвижен в осевом направлении, что делает только радиальное крепление. Этот тип схемы рекомендуется для длинных валов с относительно большими изменениями длины во время работы либо из-за теплового расширения, либо из-за упругой деформации.
Третья цифра справа обозначает серию подшипника, определяя его на-ружный диаметр: 1 — особо легкая, 2 — легкая; 3 — средняя, 4 — тяжелая; 5 — легкая широкая, 6 — средняя широкая.
Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника. Если эта цифра 0, то это означает, что подшипник радиальный шариковый одно-рядный; шариковый однорядный (если левее 0 нет цифр, то 0 не указыва-ют); 1 — радиальный шариковый двухрядный сферический; 2 — радиаль-ный с короткими цилиндрическими роликами; 3 — радиальный роликовый двухрядный сферический; 4 — игольчатый или роликовый с длинными ци-линдрическими роликами; 5 — роликовый с витыми роликами; 6 — радиально-упорный шариковый; 7 — роликовый конический (радиально-упорный); 8 — упорный шариковый; 9 — упорный роликовый.
Тот факт, что осциллирующие радиальные подшипники могут фиксировать валы в обоих направлениях и обычно используются в таких схемах, делает эту схему пригодной для деформационных деревьев. 16 Основные схемы для подшипников большого диаметра. Кроме того, осевая монтажная схема с односторонним креплением используется на валах, поддерживаемых на нескольких подшипниках, один подшипник делает осевое крепление, а другой - в осевом направлении. Осевое движение осевого неподвижного подшипника достигается перемещением подшипника или осевым смещением относительно подшипника.
Так, например, подшипник 7208 является роликовым коническим.
Пятая и шестая цифры справа характеризуют конструктивные особен-ности подшипника (неразборный, с защитной шайбой, с закрепительной втулкой и т. п.).
Например :
50312 — радиальный однорядный шарикоподшипник средней серии со стопорной канавкой на наружном кольце;
Для балансировки нагрузки рекомендуется использовать радиальную нагрузку на осевой подшипник. Два лагеря используют каждую аксиальную силу, ориентированную на них. Он обычно используется для фиксации относительно коротких валов с уменьшенными осевыми деформациями. Изгибные деформации валов можно брать в допустимых пределах используемых подшипников. Если используемые подшипники радиально-осевые, точки приложения реакций подшипника перемещаются в направлении центра вала, а расстояние между ними уменьшается.
Установка роликового подшипника может быть слегка увеличена, чтобы учесть возможное тепловое расширение вала, которое, как правило, уменьшает его. Два лагеря принимают все осевые силы в одном смысле. Каждый лагерь принимает осевые силы, стоящие перед другим лагерем. Он обычно используется для фиксации относительно коротких валов с осевыми деформациями или уменьшенным изгибом. Если используемые подшипники радиально-осевые, точки приложения реакций подшипника перемещаются в направлении наружу вала, расстояние между ними увеличивается.
150312 — тот же подшипник с защитной шайбой;
36312 — радиально-упорный шариковый однорядный подшипник сред-ней серии, неразборный.
Седьмая цифра справа характеризует серию подшипника по ширине.
ГОСТом установлены следующие классы точности подшипников каче-ния: 0 — нормальный класс (как правило, 0 в обозначении не указывают); 6 — повышенный; 5 — высокий, 4 — особо высокий, 2 — сверхвысокий. Цифру, обозначающую класс точности, ставят слева от условного обозна-чения подшипника и отделяют от него знаком тире; например, 206 означа-ет шариковый радиальный подшипник легкой серии с номинальным диа-метром 30 мм, класса точности 0.
Кроме цифр основного обозначения слева и справа от него могут дополнительные буквенные или цифровые знаки, характеризующие специальные условия изготовления данного подшипника.
Так, класс точности маркируют цифрой слева через тире от основного обозначения. В порядке повышения точности классы точности обозначают: 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности, обозначаемой цифрой 0 и соответствующей нормальной точности, не проставляют. В общим машиностроение применяют подшипники классов 0 и 6. в изделиях высокой точности или работающей высокой частотой вращения (шпиндельные узлы скоростных станков, высокооборотный электродвигатели и др.) применяют подшипники класса 5 и 4. подшипники класса точности 2 используют в гироскопических приборах.
Так, например, подшипник 7208 — класса точности 0.
Помимо приведенных выше имеются и дополнительные (более высокие и более низкие) классы точности.
В зависимости от наличия дополнительных требований к уровню вибраций, отклонениям формы и расположения поверхностей качения, моменту трения и др. установлены три категории подшипников: А — повышенные регламентированные нормы; В — регламентированные нормы; С — без дополнительных требований.
Возможные знаки справа от основного обозначения: Е — сепаратор выполнен из пластических материалов; Р — детали подшипника из теп-лостойких сталей; С — подшипник закрытого типа при заполнении сма-зочным материалом и др.
Примеры обозначений подшипников:
311 — подшипник шариковый радиальный однорядный, средней серии диаметров 3, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 55 мм, основной конструкции (см. рис. 14.5, а), класса точности 0;
6-36209 — подшипник шариковый радиально-упорный однорядный, легкой серии диаметров 2, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 45 мм, с углом контакта а = 12°, класса точности 6;
4-12210 — подшипник роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами, легкой серии диаметров 2, серии ширин 0, с внутренним диаметром d = 50 мм, с одним бортом на наружном кольце (см. рис. 14.9, б), класса точности 4;
4-3003124Р — подшипник роликовый радиальный сферический двухрядный особолегкой серии диаметров 1, серии ширин 3, с внутренним диаметром d = 120 мм, основной конструкции (см. рис. 14.8), класса точности 4, детали подшипника изготовлены из теплостойких сталей.
Характеристики подшипников качения.
Наибольшее распространение получили шариковые радиальные одноряд-ные подшипники (см. рис. 16, а). Эти подшипники допускают сравнительно большую угловую скорость, особенно с сепараторами из цветных металлов или из пластмасс, допускают небольшие перекосы вала (от 15" до 30") и могут воспринимать незначительные осевые нагрузки. Допустимая осевая нагрузка для радиальных несамоустанавливающихся подшипников не должна превы-шать 70% от неиспользованной радиальной грузоподъемности подшипника.
Роликовые радиальные подшипники с короткими роликами (см. рис. 16, в) по сравнению с аналогичными по габаритным размерам шари-коподшипниками обладают увеличенной грузоподъемностью, хорошо вы-держивают ударные нагрузки. Однако они совершенно не воспринимают осевых нагрузок и не допускают перекоса вала (ролики начинают работать кромками, и подшипники быстро выходят из строя).
Роликовые радиальные подшипники с витыми роликами (см. рис. 16, е) применяют при радиальных нагрузках ударного действия; удары смягчают-ся податливостью витых роликов. Эти подшипники менее требовательны к точности сборки и к защите от загрязнений, имеют незначительные ради-альные габаритные размеры.
Игольчатые подшипники (см. рис. 16, д) отличаются малыми радиаль-ными габаритными размерами, находят применение в тихоходных (до 5 м/с) и тяжелонагруженных узлах, так как выдерживают большие ради-альные нагрузки. В настоящее время их широко используют для замены подшипников скольжения. Эти подшипники воспринимают только радиальные нагрузки и не допускают перекоса валов. Для максимального уменьшения размеров применяют подшипники в виде комплекта игл, не-посредственно опирающихся на вал, с одним наружным кольцом.
Самоустанавливающиеся радиальные двухрядные сферические шариковые (рис. 16, б) и роликовые (см. рис. 16, г) подшипники применяют в тех слу-чаях, когда перекос колец подшипников может составлять до 2—3°. Эти под-шипники допускают незначительную осевую нагрузку (порядка 20% от не-использованной радиальной) и осевую фиксацию вала. Подшипники имеют высокие эксплуатационные показатели, но они дороже, чем однорядные.
Конические роликоподшипники (см. рис. 16, з) находят примене-ние в узлах, где действуют одновременно радиальные и односторонние осевые нагрузки. Эти подшипники могут воспринимать также и ударные нагрузки. Радиальная грузоподъемность их в среднем почти в 2 раза выше, чем у радиальных однорядных шарикоподшипников. Их рекомендуется ус-танавливать при средних и низких угловых скоростях вала (до 15 м/с).
Аналогичное использование имеют радиально-упорные шарикоподшипники (см. рис. 16, ж), применяемые при средних и высоких угловых скоростях. Радиальная грузоподъемность у этих подшипников на 30-40 % больше, чем у радиальных однорядных. Их выполняют разъемными со съемным на-ружным кольцом и неразъемными.
Шариковые и роликовые упорные подшипники (см. рис. 16, и. к) предназначены для восприятия односторонних осевых нагрузок. Применя-ются при сравнительно невысоких угловых скоростях, главным образом на вертикальных валах. Упорные подшипники радиальную нагрузку не вос-принимают. При необходимости установки упорных подшипников в узлах, где действуют не только осевые, но и радиальные нагрузки, следует допол-нительно устанавливать радиальные подшипники.
В некоторых конструкциях, где приходится бороться за уменьшение радиальных габаритов, применяются т.н. "бескольцевые" подшипники, когда тела качения установлены непосредственно между валом и корпусом. Однако нетрудно догадаться, что такие конструкции требуют сложной, индивидуальной, а, следовательно, и дорогой сборки-разборки.
Достоинства подшипников качения:
- низкое трение, низкий нагрев;
Экономия смазки;
Высокий уровень стандартизации;
Экономия дорогих антифрикционных материалов.
Недостатки подшипников качения:
- высокие контактные напряжения, и поэтому ограниченный срок службы;
- высокие габариты (особенно радиальные) и вес;
Высокие требования к оптимизации выбора типоразмера;
Большая чувствительность к ударным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции;
Повышенный шум;
Слабая виброзащита, более того, подшипники сами являются генераторами вибрации за счёт даже очень малой неизбежной разноразмерности тел качения.
Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников и некоторыми другими нюансами. Будет полезна студентам ВТУЗов и, возможно, молодым специалистам.
Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.
Постоянный адрес статьи:
При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!
Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения , замечания и комментарии на электронном адресе: Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!
Старый вариант статьи: http://www.snr.com.ru/e/about_bearings/about_bearing.htm
Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.
Рисунок 1 - Подшипники выполняют функции опор осей и валов
Рисунок 2 - Подшипник линейного перемещения
В настоящее время широко находят применение подшипники:
контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качени я и скольжения ;
бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники .
По виду трения различают:
подшипники скольжения , в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;
подшипники качения , в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.
Рисунок 3 - Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения
Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.
Рисунок 4 - Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения
В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:
жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала , непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;
граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки ;
сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности , жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;
газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа , трение минимально.
Таблица 1 - Виды смазки подшипников скольжения
|
Основные виды смазки |
Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки |
|
В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS 2 и WS 2 ; В виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS 2 / C , WS 2 / C , TiC / C и наноалмаза; В виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a - C : H ), аморфного углерода (a -С), нитрида углерода (C 3 N 4 ) и нитрида бора (BN ); В виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B 4 C , Al 2 O 3 , SiC , Si 3 O 4 , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN , В виде чешуйчатых пленок из MoS 2 и графита; В виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, В виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, В виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, В виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; Углерод; Полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, Жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), Керамика и металлокерамика. |
|
|
Жидкостная |
Гидродинамическая смазка: толстослойная и
эластогидродинамическая;
|
|
Тонкопленочная |
Смешанная смазка (полужидкостная); Граничная смазка. |
|
Газодинамическая смазка |
Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.
|
|
б) |
|
|
|
|
а) |
в) |
|
г ) |
|
а - внешний вид,
б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл",
в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,
г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)
Рисунок 5 - Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно
Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:
допускают высокую скорость вращения;
позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;
экономичны при больших диаметрах валов;
возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);
допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.
а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,
б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,
в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)
Рисунок 6 - Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive ) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделейв широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD ( 0,8-дюймовые )
Таблица 2 - Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)
|
Требования к HDD |
Требования к подшипнику |
Подшипник качения |
Гидродинамический подшипник |
Типичное применение |
|
|
из твердого металла |
из пористого материала* |
||||
|
Большой объем хранения данных |
Однократные биения |
Персональный компьютер, сервер |
|||
|
Высокие скорости вращения |
|||||
|
Низкий уровень шума |
Низкий уровень шума |
Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO) |
|||
|
Низкое потребление тока |
Низкий крутящий момент |
||||
|
Устойчивость к ударам |
Устойчивость к ударам |
Мобильные компьютеры (ноутбуки) |
|||
|
Безотказность |
Устойчивость к заклиниванию |
Все компьютеры |
|||
|
Жесткость |
Жесткость |
||||
Примечание:
* - данные приведены для NTN BEARPHITE;
** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.
Недостатки подшипников скольжения:
высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);
необходимость в непрерывном смазывании;
неравномерный износ подшипника и цапфы;
применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;
относительно высокая трудоемкость изготовления.
Рисунок 7 - Принципиальная схема опоры с подшипником качения
Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.
|
|
|
|
|
г) д) |
||
а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами ,
д - с бочкообразными роликами
Примечание: приведены только некоторые виды тел качения
Рисунок 8 - В подшипниках качения применяются тела качения различных форм
В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.
Рисунок 9 - Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники
Таблица 3 - Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам
|
Тип подшипника |
Высокая частота вращения |
Восприятие перекоса |
|||
|
радиальная |
осевая |
комбинированная |
|||
|
Шариковый радиальный |
|||||
|
Шариковый радиальный двухрядный сферический |
|||||
|
Радиально-упорный однорядный шариковый |
|||||
|
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине") |
|||||
|
Шариковый с четырехточечным контактом |
|||||
|
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец |
|||||
|
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец |
|||||
|
Радиальный игольчатый |
|||||
|
Сферический роликовый |
|||||
|
Конический роликовый |
|||||
|
Упорный шариковый |
|||||
|
Упорный с коническими роликами |
|||||
|
Упорно-радиальный роликовый сферический |
Примечание:
* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.
По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:
значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;
в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;
экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;
меньшие габаритные размеры в осевом направлении;
простота обслуживания и замены;
меньше расход смазочного материала;
невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;
простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.
а)
б)
в)
г)
д)
e )
а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;
б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;
в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;
г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;
д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;
e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом, и/ или смазыванием, и/или работойна высоких частотах вращения
Рисунок 10 - Повреждения подшипников качения
Недостатками подшипников качения являются:
ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;
непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;
значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;
шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;
сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
повышенная чувствительность к неточности установки;
высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.
Рисунок 11 - Магнитный подшипник
Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.
Рисунок 12 - Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля
Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:
Электростатические;
на постоянных магнитах;
активные магнитные;
LC- резонансные;
индукционные;
кондукционные;
диамагнитные;
Сверхпроводящие;
Магнитогидродинамические.
Рисунок 13 - Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника ( АМП )
Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.
Рисунок 14 - Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника
Основными преимуществами АМП являются:
относительно высокая грузоподъемность;
высокая механическая прочность;
возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;
возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;
возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...
|
|
|
| а) |
б) |
а - схема компрессора с подшипниками качения,
б - схема компрессора с магнитными подшипниками
Рисунок 15 - Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой , что , например , позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения
В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.
АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :
Турбокомпрессоры и турбовентиляторы;
Турбомолекулярные насосы;
Электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);
Турбодетандеры;
газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;
инерционные накопители энергии.
Рисунок 16 - Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками
Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).
Рисунок 17 - Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов
Русское слово “подшипник ”, судя по названию, образовано от корня “шип” и приставки “под”. То есть подшипник - это нечто расположенное “под шипом”. Вот что говорит на этот счет классический словарь “Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля”, содержащий много старинных и первоначальных значений тех или иных русских слов.
ПОДШИПНЫЙ - то, что под шипом. Подшипник м. в машинах, та часть подушки, на коей лежит шип оси или вала, упорная подкладка, на коей ось обращается.
ШИП - вообще, всякая насаженная, вставленная, припаянная или оттянутая ковкою часть вещи, для вставки в гнездо, для захвата, задержки и пр.
ШИПНИК
- м. подшипник или гнездо, куда
вкладывается шип оси.
Говоря современным инженерным языком, речь идет о гнезде или втулке, куда вставляется цапфа вала или оси (шип) и там вращается. Первоначально использовались втулки (подшипники скольжения), затем распространились подшипники качения. Однако название осталось, так как подшипник – по-прежнему деталь, которая располагается “под шипом”.
а - внешний вид ступицы колеса телеги,
б - конструкция
ступицы колеса телеги
Рисунок 18 - На примере конструкции ступицы колеса телеги, которые широко использовались в России почти до середины XX века, можно понять, откуда произошло слово “подшипник” – нечто расположенное “под шипом”
В английском языке, например, слово “bearing ” (“подшипник”) берет свое начало от “to bear” в смысле “поддерживать” и “нести нагрузку”. То есть bearing - это нечто поддерживающее и несущее нагрузку от вращающейся оси.
Нередко слово “подшипник” пишут как “потшипник” , “подшибник” , “потшибник” , то есть с явной орфографической ошибкой. Это связано с тем, что при произношении согласные “б” и “п”, “д” и “т” довольно близки по звучанию. Поэтому, если человек незнаком с орфографией слова “подшипник” и не знает его происхождения, то старается применить правило “как слышится - так и пишется”. Но в данном случае применять такое правило нельзя.
Подшипники используются в различных уголках мира, и это слово звучит довольно часто из уст инженеров и техников. Однако “подшипники” на разных языках пишутся и звучат по-разному.
Таблица 4 - Слово “подшипники” на некоторых языках мира
|
Язык |
Написание |
Транскрипция на английском |
Как звучит на русском |
|
Английский |
Bearings |
[ be:ərɪŋs] |
Бэрингс |
|
Арабский |
محامل |
[ maha:məl ] |
махамэль |
|
Голландский |
Lagers |
|
Лагхес |
|
Испанский |
родамьентос |
||
|
Итальянский |
Cuscinetti |
|
Кушинетти |
|
Китайский |
轴承 |
|
|
|
Корейский |
베어링 |
|
Пёрин |
|
Немецкий |
вальтслагэ |
||
|
Португальский |
Rolamentos |
|
Роламентос |
|
Русский |
подшипники |
подшипники |
|
|
Французский |
Roulements << Наверх 1
) Albert Kascak
,
Robert Fusaro
&
Wilfredo Morales. Permanent
Magnetic Bearing for Spacecraft Applications. NASA/TM-2003-211996;
5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ; 6)
Kazuhisa Miyoshi. Solid
Lubricants and Coatings for Extreme Environments:
State-of-the-Art Survey. NASA, 2007
; 9) NTN Technical Review №71. April 2004. OSAKA, JAPAN; 10
) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др.
DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC 14) Torbjorn A. Lembke. Induction
Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and
Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of
Technology.
Stockholm, Sweden,
2003
;
18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003 ; 19) Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля. |