Устройство подшипника

Устройство подшипника

Основные элементы подшипника

Подшипники качения чаще всего состоят из:

• двух колец (внутреннего и наружного),
• тел качения и сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение.

Подшипник крепится на валу и в корпусе, тем самым создавая опору качения.

Название основных элементов радиального шарикового подшипника

По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения. Для предохранения внутренних элементов подшипников от грязи могут применяться встроенные уплотнения. Во многих расчетах часто используется такой термин как средний диаметр, который является среднеарифметическим значением между наружным диаметром подшипника и диаметром отверстия внутреннего кольца.

Название основных отличительных особенностей радиально-упорного конического роликового подшипника

Отличительной особенностью радиально-упорных и упорных подшипников является наличие угла контакта, равный углу между линией действия нагрузки, соединяющей точки контакта тела качения и дорожек качения, по которым нагрузка передается от одной дорожки качения на другую, и линией, перпендикулярной оси подшипника.

Название основных отличительных особенностей упорных подшипников (шарикового и сферического роликового)

Одинарный упорный подшипник состоит из двух колец и комплекта тел качения в сепараторе. Одно кольцо этого подшипника – “тугое” – монтируют непосредственно на вал с соответствующей посадкой; второе кольцо, так называемое “свободное“, устанавливают в корпус.

Подшипники скольжения.

Подшипники скольжения состоят из:

• корпуса, обычно изготавливают из чугуна;
• вкладышей помещённых в корпус (на вкладыши непосредственно опирается ось или вал), для уменьшения трения изготавливают из материалов, которые в паре с цапфой вала имеют малый коэффициент трения.

Коэффициент трения f при смазке:

Для стали по чугуну и пластмассе. 0,15-0,20

По антифрикционному чугуну, бронзе. 0,10-0,15

По баббиту. 0,06-0,10

Виды подшипников скольжения

Различают неразъёмные подшипники скольжения и разъёмные.Неразъёмные подшипники проще по конструкции и дешевле разъёмных, но они неудобны при монтаже осей и валов. Разъёмные подшипники удобны при монтаже, допускают регулировку зазоров путём сближения крышки и корпуса.

На рисунке а) дана конструкция неразъёмного подшипника скольжения, состоящего из корпуса 1 и вкладыша 2 (втулки);

На рисунке б) конструкция разъёмного подшипника, состоящего из корпуса подшипника 1, крышки подшипника 2, вкладыша верхнего 3 и вкладыша нижнего 4. Крышка крепится шпильками или болтами.

Подшипники качения.

Опора качения состоит из корпуса, подшипника качения, устройств для закрепления подшипника на валу и в корпусе, защитных и смазочных устройств подшипника. В зависимости от назначения корпус подшипника качения, так же как и корпус подшипника скольжения, может быть отдельным или выполненным как одно целое с деталью, на которой устанавливается подшипник, например, с корпусом редуктора и т. п.

Рис. 1

Подшипники качения (рис. 1; 2) состоят из:

• наружного и внутреннего колец с дорожками качения;
• шариков или роликов (тел качения), которые катятся по дорожкам качения колец;
• сепаратора, разделяющего и направляющего шарики или ролики, что обеспечивает их правильную работу.

В некоторых подшипниках качения для уменьшения габаритов отсутствует одно или оба кольца, а в других — сепаратор.

Рис. 2

Достоинства подшипников качения:

• малые моменты сил трения и пусковые моменты,
• малый нагрев,
• незначительный расход смазочных материалов,
• простое обслуживание.

Эти преимущества подшипников качения обеспечивают им широкое распространение в различных областях машиностроения и приборостроения. Подшипники качения стандартизованы. Массовое производство их на специализированных заводах позволяет выпускать подшипники качения высокого качества при сравнительно небольшой стоимости. Отечественная промышленность изготовляет подшипники качения свыше 1000 типоразмеров с диапазоном наружных диаметров 1 мм. З м.

Недостатки подшипников качения:

• низкая долговечность при больших угловых скоростях и больших нагрузках;
• ограниченная способность воспринимать ударные и динамические нагрузки;
• большие габариты по диаметру, особенно при больших нагрузках;
• высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных подшипников.

Поэтому в соответствующих областях машиностроения вместо подшипников качения применяют подшипники скольжения.

По форме тел качения различают шариковые (рис. 1) и роликовые (рис. 2) подшипники.

Роликоподшипники в зависимости от формы роликов бывают с

• цилиндрическими короткими (рис. 2, а),
• длинными, витыми, бочкообразными (рис. 2, б),
• коническими (рис. 1, в),
• игольчатыми (длинные цилиндрические ролики малого диаметра) роликами.

Шарикоподшипники работают лучше, чем роликоподшипники, при больших угловых скоростях, обладают большей самоустанавливаемостью, и все они могут воспринимать осевую нагрузку. Роликоподшипники обладают большей грузоподъемностью.

По числу рядов тел качения подшипники качения различают

• однорядные (рис. 1, а, в, г; 2, а, в),
• двухрядные (рис. 1, б; 2, б),
• многорядные.

В зависимости от направления нагрузки различают подшипники качения:

• радиальные, воспринимающие только радиальную нагрузку (рис. 2, а) или радиальную и некоторую осевую нагрузку (рис. 1, а, б; 2, б);
• упорные, воспринимающие только осевую нагрузку (рис 1, в);
• радиально-упорные (рис. 1, г; 2, в) и упорно-радиальные, воспринимающие комбинированную — радиальную и осевую – нагрузку.

По конструкции и условиям эксплуатации подшипники качения подразделяются на

• несамоустанавливающиеся (рис. 1, а, в, г; 2, а, в)
• самоустанавливающиеся (рис. 1, б; 2, б).

Ряд однотипных подшипников качения, габаритные размеры (диаметры и ширина или высота) которых соответствуют установленным размерным рядам ГОСТ 3478-79, составляет стандартную размерную серию. Различают подшипники качения следующих серий:

по радиальным габаритным размерам —

• сверхлегкие (две серии),
• особо легкие (две серии),
• легкие,
• средние,
• тяжелые (семь серий);

по ширине —

• узкие,
• нормальные,
• широкие и особо широкие.

Примерное соотношение между габаритами различных серий подшипников качения одного и того же внутреннего диаметра показано на (рис. 3). Наиболее распространены подшипники качения легких и средних серий нормальной ширины.

Рис. 3

В соответствии с ГОСТ 520—71 для подшипников качения установлены следующие классы точности (в порядке повышения точности): 0, 6, 5, 4 и 2. Точность подшипников качения характеризуется точностью основных размеров (внутреннего и наружного диаметров подшипника и ширины колец), точностью формы и взаимного расположения поверхностей колец, точностью вращения. С повышением класса точности стоимость подшипника качения значительно возрастает. Подшипник класса 2 примерно в 10 раз дороже подшипника класса 0. В общем машиностроении наиболее широко применяют подшипники качения класса точности 0. Подшипники качения более высоких классов точности применяют для валов и осей, к которым предъявляют требование точного вращения. Условные обозначения подшипников качения состоят из цифр и букв, которые приведены в каталогах и справочниках по подшипникам качения.

Шарики, ролики и кольца подшипников качения изготовляют из сталей ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 18ХГТ и 20Х2Н4А. Применяют также низкоуглеродистые легированные стали с последующей цементацией и закалкой. Сепараторы подшипников качения выполняют из мягкой углеродистой стали, латуни, бронзы, алюминиевых сплавов, пластмасс (текстолита и других слоистых пластиков, а также из полиамидов) и некоторых других материалов. В условиях ударных нагрузок и при высоких требованиях к бесшумности работы подшипников качения шарики и ролики изготовляют из пластмасс (стеклопластиков).

Виды подшипников. Преимущества и недостатки

Что такое подшипник

Подшипник (от «под шип») — сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.

То есть подшипник — это опора, которая воспринимает нагрузки и допускает относительное перемещение частей механизма в требуемом направлении.

По виду трения подшипники делятся на подшипники скольжения и подшипники качения.

В чем разница между подшипниками качения и подшипниками скольжения

В подшипниках качения главенствующую роль играет трение качения, т.к. трение скольжения между сепаратором и телами качения, как правило, невелико. Поэтому в подшипниках качения, по сравнению с подшипниками скольжения, наблюдаются значительно меньшие потери энергии, а также меньший механический износ.

Широкое применение подшипников качения обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с подшипниками скольжения меньшим моментом сопротивления вращению, особенно в начале движения, а также при малых и средних частотах вращения; большей несущей способностью на единицу ширины подшипника; полной взаимозаменяемостью; простотой эксплуатации; меньшим расходом смазочных материалов и цветных металлов; более низкими требованиями к материалам и термообработке валов.

Подшипники качения

Преимущества подшипников качения

1. сравнительно малая стоимость вследствие массового производства
2. малые потери на трение и незначительный нагрев при работе
3. высокая взаимозаменяемость, что облегчает монтаж и ремонт машин при эксплуатации
4. малый расход цветных металлов при изготовлении и смазочного материала при эксплуатации
5. малые осевые размеры

Недостатки подшипников качения

1. большие радиальные размеры
2. чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам
3. большая сопротивляемость вращению, шум и низкая долговечность на высоких скоростях вращения.

Подшипники качения состоят из:

• наружного и внутреннего колец с дорожками качения,
• тел качения (шариков или роликов),
• сепараторов, разделяющих и направляющих тела качения.

Сепаратор отделяет тела качения друг от друга и удерживает их на равном расстоянии. Большое влияние на работоспособность подшипника оказывает качество сепаратора. Сепараторы разделяют и направляют тела качения. В подшипниках без сепаратора тела качения набегают друг на друга. При этом кроме трения качения возникает трение скольжения, увеличиваются потери и износ подшипника. Установка сепаратора значительно уменьшает потери на трение, так как сепаратор является свободно плавающим и вращающимся элементом. Большинство сепараторов выполняют штампованными из стальной ленты.

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.

В качестве тел качения используют шарики или ролики. Ролики могут быть тонкими и длинными, так называемые игольчатые ролики.

На что влияет разный тип тел качения?

Роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие радиальные нагрузки, чем шариковые.

В то же время быстроходность роликовых подшипников ниже, чем шариковых, однако разница незначительная. Подшипники роликового типа обязательно требуют координации осей мест, на которые осуществляется посадка. Когда данный фактор обеспечить невозможно, появляется кромочное давление на дорожки, осуществляющие качение, что оказывает негативное влияние на качество данных подшипников.

Применение игольчатых подшипников позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках.

Виды подшипников качения

По виду тел качения

• Шариковые
• Роликовые (игольчатые, если ролики тонкие и длинные)

По типу воспринимаемой нагрузки

• Радиальные (нагрузка вдоль оси вала не допускается).
• Радиально-упорные, упорно-радиальные. Воспринимают нагрузки как вдоль, так и поперек оси вала. Часто нагрузка вдоль оси только одного направления.
• Упорные (нагрузка поперек оси вала не допускается).
• Линейные. Обеспечивают подвижность вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или невозможно. Встречаются рельсовые, телескопические или вальные линейные подшипники.
• Шариковые винтовые передачи. Обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения.

По числу рядов тел качения

По чувствительности к перекосам (по способности компенсировать несотносность вала и втулки):

• несамоустанавливающиеся, допускающие взаимный перекос колец до 8′.
• самоустанавливающиеся, допускающие взаимный перекос колец до 4º.

По материалу тел качений:

• Полностью стальные
• Гибридные (стальные кольца, тела качения неметаллические. Как правило, керамические)

При покупке подшипника также следует учитывать нагрузочную способность (или габариты) и точность подшипника.

Класс точности регламентирует величины предельных отклонений размеров, формы и расположения деталей подшипника. В зависимости от наличия требований к уровню вибраций, величине момента трения и других дополнительных технических требований подшипники разделяют на три категории — А, В и С. Обычно к подшипникам категории С не предъявляется никаких специальных требований. Следует отметить, что с повышением точности подшипника возрастает его стоимость.

СМАЗЫВАНИЕ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Жидкие смазочные материалы (масла)

Пластичные смазочные материалы

— погружение в масляную ванну- разбрызгиванием — под действием центробежных сил — масляным туманом

— заполнение смазочным материалом пространства внутри подшипника- герметизированный подшипник с двухсторонним контактным уплотнением с запасом смазки на весь период службы

Подшипники скольжения

Достоинства подшипников скольжения

1. надежно работают в высокоскоростных приводах
2. хорошо воспринимают ударные и вибрационные нагрузки (большая площадь поверхности и демпфирование масляного слоя)
3. имеют небольшие радиальные размеры
4. допускают установку на шейки коленчатых валов
5. имеют относительно простую конструкцию

Недостатки подшипников скольжения

1. сравнительно большие осевые размеры
2. требуют постоянного контроля за наличием и качеством смазки
3. имеют значительные потери на трение в период пуска и при плохой смазке.

Чаще всего, подшипник скольжения состоит из корпуса с цилиндрическим отверстием, куда вставляется втулка из материала с антифрикционными свойствами. В такой конструкции. обычно, предусмотрена также система смазки, которая обеспечивает поступление смазочного материала в зазор между валом и втулкой подшипника.

Рабочие зазоры в подшипниках, работающих со смазкой, рассчитываются на основе гидродинамической теории. При этом, находится минимальная толщина слоя смазки в микрометрах, температура и давление в этом слое, а также расход смазочного материала. Подшипники различной конструкции, с различными значениями скорости вращения цапфы и в разных условиях эксплуатации могут характеризоваться различными типами трения, которое может быть сухим, граничным, гидродинамическим или газодинамическим. Следует заметить, что даже подшипники с гидродинамическим трением при пуске механизма некоторое время работают в режиме граничного трения.

Смазка относится к числу основных факторов, определяющих надежность и срок службы подшипника. Функцией смазки является: обеспечение минимального трения между подвижными частями, отвод избыточного тепла, защита от неблагоприятных внешних факторов. При этом, смазка может быть: жидкой (синтетические и минеральные масла или вода для подшипников из неметаллических материалов); пластичной (смазки с использованием литиевого мыла или сульфоната кальция); твердой (дисульфид молибдена, графит и пр.); газовой (азот или инертные газы). Самыми высокими эксплуатационными параметрами обладают самосмазывающиеся пористые подшипники, которые изготовлены по технологии порошковой металлургии. Такой пористый подшипник, будучи пропитанным маслом, в процессе работы нагревается и смазка выдавливается из пор в рабочий зазор на трущиеся поверхности. В нерабочем состоянии такой подшипник остывает и смазка снова уходит в его поры.

В зависимости от допустимого направления рабочих нагрузок, подшипники разделяют на осевые (упорные) и радиальные.