Подшипник к чему относится
Подшипник к чему относится
Что такое подшипник
Подшипник — механический узел, являющейся частью опор или упоров, которое фиксируют вал, ось, ротор или иную подвижную часть механизма с заданной жёсткостью, предоставляя ей совершение движений, разрешённых конструктором этого механизма в предусмотренных им степенях свободы.
Подшипник фиксирует положение в пространстве, допускает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим, учитывая физические свойства процесса перемещения, сопротивлением на преодоление сил трения.
Он воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции (возможно – подвижные), чем обеспечивает целостность конструкции механизма, содержащего подвижные и относительно неподвижные части, и его безопасность для окружающих людей, животных и растений.
Понятие подшипника интуитивно. Трение – одно из важнейших свойств физического мира, окружающего нас. В ряде случаев трение необходимо, и человек использует его в своих интересах. Например, обычный гвоздь держится в древесине только за счёт трения. В случаях, когда используется подшипник, задача заключается в минимизации силы трения для того, чтобы обеспечить переход, например, электрической энергии в энергию движения с минимальными потерями.
Силы, нагружающие подшипник, подразделяют на:
· радиальные, действующие перпендикулярно оси подшипника;
· осевые, действующие параллельно оси подшипника.
Кроме того, подшипники подвергаются ударным нагрузкам, вибрациям, химическим и механическим (пыль и пр.) воздействиям со стороны окружающей среды.
Многообразие требований к подшипникам и факторов, воздействующих на них, приводит к огромному разнообразию типов подшипников, их размеров, материалов, используемых для изготовления, смазок и пр.
Ниже кратко описываются широко распространённые группы и типы подшипников.
Подшипники скольжения
Исторически первые подшипники скольжения появились очень давно, в одно время с колесом. Их изготавливали из дерева или камня. Когда появилась бронза, а затем железо, для изготовления подшипников стали использовать эти металлы. Бронзу и сталь используют до сих пор.
В эпоху промышленной революции началось массовое внедрение подшипников скольжения в станках и машинах. Технологии их производства начали быстро развиваться.
Потребности производства и народного хозяйства привели к появлению линейных подшипников скольжения.
Более подробное описание подшипников скольжения приведено в разделе
Подшипники скольжения
Подшипники качения
Подшипники качения состоят из:
· двух колец – внешнего и внутреннего, на которых выбраны дорожки – желоба для тел качения. Для упорных подшипников качения дорожки выбираются на торцевых поверхностях колец;
· тел качения. Это могут быть шарики, цилиндры, усечённые конусы, бочкообразные ролики, иглы – цилиндры с большим отношением длины к диаметру и, как правило, с торцами сферической формы; Примеры тел качения, используемых в подшипниках, приведены на рисунке П-1.
· сепаратора, который разделяет тела качения друг от друга, удерживает их на равном расстоянии друг от друга и направляет их движение. Некоторые типы подшипников не имеют сепаратора. Они имеют большее количество тел качения, что повышает их грузоподъёмность. Но допустимые частоты вращения бессепараторных подшипников заметно ниже из-за большего момента сопротивления вращению;
· уплотняющих шайб, которые защищают смазку тел качения, воздействия на них и желоба от факторов окружающей среды. Не все типы подшипников выпускаются с шайбами – уплотнителями.
Рисунок П-1. Формы тел качения, используемые в подшипниках качения.
В процессе работы тела качения катятся по желобам колец, одно из которых в большинстве случаев неподвижно относительно основного механизма. Нагрузка распределяется на тела качения неравномерно. Распределение нагрузки зависит от величины радиального зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей.
Подшипник качения – высокотехнологичное изделие, т.к. все его детали должны быть изготовлены с высочайшей точностью и из высококачественных материалов, что в совокупности гарантирует, что рабочие параметры подшипника некоторого типа будут стабильны для любого его экземпляра.
В некоторых механизмах для уменьшения габаритов, повышения точности и жёсткости конструкции используют совмещённые опоры, т.е. дорожки качения выполняют непосредственно на валу и (или) на поверхности корпусной детали.
Подшипник качения – это планетарный механизм. В нём преимущественно возникает трение качения. Потери, возникающие из-за трения скольжения между телами качения и сепаратором, малы.
При прочих равных условиях трение качения меньше, чем трение скольжения. Поэтому, при прочих равных условиях, потери на трение в механизме, использующем подшипники качения, будут меньше, а износ узлов установки валов будет ниже.
Закрытые подшипники качения (имеющие защитные уплотняющие шайбы или крышки), как правило, не требуют замены (пополнения) смазки в течение всего периода эксплуатации. Открытые подшипники качения чувствительны к загрязнениям, поступающим из окружающей среды и к попаданию инородных тел. Если требования к окружающей среде, в которой должен эксплуатироваться подшипник, нарушаются, то он может разрушиться существенно быстрее, чем это определено его рабочими характеристиками.
Подшипники качения: конструкция и классификация
Наиболее широко распространённые типы подшипников качения состоят из двух колец, элементов (тел) качения и сепаратора. В зависимости от направления основной нагрузки, которую несёт подшипник, их разделяют на радиальные и упорные. Если подшипник приспособлен для работы в условиях как радиальной, так и осевой нагрузок, то его называют радиально-упорным подшипником. В зависимости от формы элементов качения подшипники делятся на шариковые подшипники и роликовые подшипники. Применяются тела качения самых разнообразных форм, рисунок ПК-1.
Количество признаков, по которым осуществляется классификация подшипников качения, велико. Основными признаками являются следующие:
· По виду тел качения – шариковые и роликовые. Роликовые тела качения, в свою очередь могут быть цилиндрами, «бочками», усечёнными конусами, или иглами, т.е. цилиндрами с большим отношением длины цилиндра к его диаметру. В игольчатых подшипниках обычно используются цилиндры с торцами, которым придается форма полусферы.
· По типу воспринимаемой нагрузки – радиальные, радиально – упорные, упорно – радиальные, упорные, линейные. Радиальные подшипники в состоянии воспринимать только радиальные нагрузки. В случае возникновения осевой нагрузки радиальный подшипник не предотвращает смещения оси (внутреннего кольца, вала) подшипника относительно его внешнего кольца. Радиально – упорные подшипники фиксируют движущиеся части механизма в двух направлениях – по радиусу и вдоль оси вращения. Упорно – радиальные подшипники рассчитаны, прежде всего, на компенсацию усилий, действующих вдоль оси подшипника, в то же время они в состоянии воспринимать серьёзные усилия, действующие на механизм поперёк оси вращения. Упорные подшипники компенсируют усилия вдоль оси подшипника. Очевидно, что упорно – радиальные и упорные подшипники отличает «тонкая грань», заданная некоторым параметром; не может быть упорного подшипника, который не противостоит хотя бы небольшим радиальным нагрузкам. Линейные подшипники – обобщенное название механизмов, которые обеспечивают плавное управляемое движение каретки или втулки вдоль направляющего вала с малыми потерями энергии на трение между направляющей и кареткой. Такие подшипники находят всё более широкое применение в робототехнике, медицинском оборудовании и пр.
· По количеству рядов тел качения – однорядные, двухрядные, многорядные. Наиболее распространены однорядные и двухрядные подшипники.
· По способности компенсировать угловые отклонения валов (роторов). Любой вращающийся ротор создаёт радиальные биения в подшипниках, на которых он установлен. Если ротор массивен, например, состоит из дисков турбины, крайне трудно сбалансировать вращающуюся часть механизма (ротор или вал) относительно оси вращения. Другая трудность – обеспечить точную соосность колец подшипников и вала. При размещении «несбалансированного» ротора в «жестких» и к тому же несоосных подшипниках неизбежно возникнут вибрации и дополнительные напряжения на поверхностях трения тел качения и дорожек колец подшипников. Это ускоряет процесс выхода из строя подшипниковых узлов и всего механизма в целом. Поэтому, помимо обычных «несамоустанавливающихся» жестких подшипников, появились «самоустанавливающиеся». За счет двух рядов тел качения и специальной формы направляющих бороздок самоустанавливающиеся подшипники менее чувствительны к несоосности колец подшипника и вала, а также к его биению.
Классификацию можно продолжить – подшипники могут быть выполнены с сепараторами, обеспечивающими дополнительную фиксацию тел вращения между кольцами подшипника на равном расстоянии друг от друга в плоскостях, перпендикулярных оси вращения подшипника, подшипники могут иметь различную высоту колец, могут снабжаться уплотнителями, предохраняющими попадание на трущиеся поверхности механизма подшипника соединений и частиц из окружающей среды, а также сохраняющими в подшипнике смазку, уменьшающую трение. На кольцах могут быть выполнены пазы для обеспечения фиксации подшипника в подшипниковом узле и (или) отверстия для подачи и удаления смазки и пр.
Существуют десятки типов подшипников качения, тысячи их разновидностей, исполнений. Количество моделей исчисляется тысячами. Терминология, применяемая для обозначения деталей, входящих в состав подшипников, проиллюстрирована на рисунках П-3 – П-8. Классификация подшипников, в силу многообразия их видов и типов, является непростым делом. Один из вариантов классификации приведён в таблице П-1.
Таблица П-1. Классификация подшипников качения.
Тип тела вращения
Название вида подшипника
Количество рядов тел вращения
Подшипники
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.
Основные типы
Все подшипники могут быть разделены на две основные группы – подшипники качения и скольжения. Конструкция первых состоит из
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 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:
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
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.
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).
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:
Кроме того, подшипники можно различать по конструкции:
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.
Подшипники линейного исполнения исполняют роль направляющих. Кстати, их особенностью можно назвать их бесперебойную работу даже при постояннодействующих радиальных усилиях.
Подшипник линейного исполнения
Многолетняя, если не многовековая практика использования подшипников скольжения позволяет сделать выводы о достоинствах и недостатках этих конструкций.
Между тем, подшипникам скольжения присущи и определенные недостатки.
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:
Кстати, важно понимать, что на территории нашей страны применяют две системы обозначения подшипников – ГОСТ и ISO.
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:
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:
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.