Общие сведения о подшипниках

Изм.

 

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КР.СУТ.МО-41.2012.12

ВВЕДЕНИЕ

 

Подшипник – это конструктивный узел машины, который служит опорой для вращающихся вала или оси, воспринимающих радиальную и (или) осевую нагрузку. Подшипник предназначен для сохранения положения оси вращения вала, снижения трения между движущейся и неподвижной частями машины, уменьшения их нагрева и износа.

По кинематическому признаку различают подшипники скольжения и  подшипники качения.

Подшипники качения представляют собой опору вращающейся части  машины, работающую в условиях преобладающего трения качения. По форме тел качения  подшипники подразделяются на шариковые, игольчатые, роликовые с цилиндрическими, коническими, витыми, и бочкообразными роликами.

Шариковые подшипники предназначены  для эксплуатации при высоких  скоростях и сравнительно низких нагрузках. Это обусловлено низкими  потерями на трение и малой площадью контакта шарика с желобом.

По сравнению с подшипниками скольжения подшипники качения обладают рядом преимуществ. В частности, они менее требовательны к свойствам смазочного материала и менее чувствительны к его отсутствию, перебоям в подаче или ограниченному подводу; обладают значительно меньшим моментом трения, особенно при переходе от статического к динамическому контакту; при одинаковых режимах нагружения в меньшей степени нагреваются и требуют менее интенсивного теплоотвода; не требуют специального выбора материалов для изготовления сопрягаемых тел применительно к условиям нагружения.

При выборе смазочных материалов для шарикоподшипников следует  иметь в виду, что основным видом  изнашивания является не задир и  схватывание, а усталостное выкрошивание (питтинг). Поэтому применение смазочных  материалов с противозадирными присадками не повысит долговечность подшипников, а может способствовать коррозионно-механическому  изнашиванию. Не следует также для  повышения нагрузочной способности  шарикоподшипников применять смазочные  материалы высокой вязкости, так  как это повышает сопротивление  качению и приводит к перегреву  и заклиниванию. Чем выше частота  вращения вала, тем менее вязким должен быть смазочный материал.

Выбор смазочного материала  очень важен, так как неправильно  выбранный смазочный материал может  увеличить силу трения или же привести к износу трущихся материалов. 

 

РАЗДЕЛ 1. ОБЩИЕ  СВЕДЕНИЯ

 

1. Общие сведения о подшипниках

 

Подшипник - это наиважнейший элемент в машино- и электроприборостроении, применяемый во всех механизмах и устройствах, в которых предполагается движение конструктивных элементов относительно друг друга, и основной функцией которых является уменьшение трения и, следовательно, износа. Это устройство, которое является частью опоры, фиксирует положение в пространстве, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции, поддерживает вал, ось или иную конструкцию, обеспечивает вращение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением. Самые простые подшипники состоят из трех основных частей; наружное и внутреннее кольца, сепаратор и тела качения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1

Устройство  однорядного радиального шарикоподшипника: 
1) внешнее кольцо; 2) шарик (тело качения); 3) сепаратор;

4) дорожка  качения; 5) внутреннее кольцо.

 

Их гладкая поверхность  снижает трение при радиальной и  осевой нагрузках на конструктивные элементы механизма. Происхождением и  названием подшипники обязаны "вращающимся  телам" - деревянным круглякам, которые  египтяне применяли еще во времена  существования фараонов для перемещения тяжелых и крупногабаритных объектов. А найденные в глубине залива Неми в 1930г. сохранившиеся остатки вращающейся платформы от корабля императора Калигулы, доказывают, что рудименты подшипников использовались еще в античные времена. Эта платформа рассматривается как один из первых примеров упорного подшипника - подшипника, вращающегося вокруг своей оси и предназначенного выдерживать прямые нагрузи. Условные обозначение подшипника наносят на торцы колец травлением, клеймением или электроискровым способом. На наружной поверхности наружного кольца наносят электрохимическим травлением. Условное обозначение не наносят на кольца в ряде случаев для подшипников очень малых размеров. Их наносят на упаковку и записывают в сопроводительной документации. Условное обозначение подшипников качения состоит из основного условного обозначения и дополнительных знаков.

Виды подшипников

Основные типы подшипников:

• газодинамические подшипники. Газовыми подшипниками называются подшипники скольжения с газовой смазкой.
• магнитные подшипники. Это элемент опоры осей, валов и других деталей, работающих на принципе магнитной левитации. В результате опора является механически бесконтактной. В целом различают пассивные и активные магнитные подшипники. Но если активные магнитные подшипники уже получили определенное распространение, то пассивные подшипники (где магнитное поле создается высокоэнергетическими постоянными магнитами) только на стадии разработки.
• подшипники качения. Этот вид подшипников представляет собой опору вращающейся части машины, работающего в условиях преобладающего трения качения.
• подшипники скольжения. Представляется обычно неподвижным цилиндром, сквозь который проходит вал.

Наиболее распространенные типы подшипников - подшипники скольжения и подшипники качения. Подшипники разделяют  по таким классам: сферические, шариковые, игольчатые, цилиндрические и конические роликовые. Сферические подшипники выдерживают экстремальные условия  эксплуатации. Часто применяются  в промышленном оборудовании. Например: дробильное оборудование, насосы и  прочее. Цилиндрические подшипники способны выдерживать больше нагрузки, чем  шарикоподшипники, и применяются  в металлургии, автомобилестроении, тяжелом машиностроении, авиации, на железнодорожном транспорте и т.д.

Шариковые подшипники

Шариковый подшипник является одним из наиболее распространённых типов подшипников качения, нашедший широкое применение в самых разных отраслях промышленности. В силу своей конструктивной особенности, шариковые подшипники имеют самое низкое сопротивление качению. Причиной тому является форма тел качения – это шар. При качении, шар испытывает меньшее сопротивление, чем ролик, поэтому шарикоподшипник способен допускать гораздо большие частоты вращения, чем роликовый подшипник. 

Разновидности шариковых  подшипников:

Шариковые подшипники качения  могут быть однорядными и двухрядными, а также подразделяться на:

- радиальные шариковые  подшипники;

- упорные шариковые подшипники;

- радиально-упорные шариковые  подшипники.

Шариковые подшипники

 

Подшипники шариковые  однорядные радиальные:

Однорядные  шариковые подшипники состоят: из двух колец (внутреннего и наружного), тел качения (шариков), расположенных в один ряд и штампованного стального сепаратора, отцентрированного по телам качения. Наружная поверхность внутреннего кольца и внутренняя поверхность наружного кольца однорядного шарикового подшипника имеют канавку, предназначенную для направления движения тел качения (шариков). 

Наружное кольцо радиального шарикового подшипника может иметь канавку для стопорной шайбы, играющей роль фиксатора. Часто, такая фиксация радиального подшипника необходима, для предотвращения перекоса подшипника относительно оси посадочного отверстия, а также для фиксирования глубины посадки подшипника. 

Конструкция шарикового однорядного радиального подшипника, как правило, является неразъёмной. Подшипники могут быть открытого типа, либо закрытого. Во втором случае, боковое пространство между наружным и внутренним кольцом подшипника закрывается защитными шайбами (металлическими или резиноармированными), которые предотвращают попадание в подшипник инородных частиц и удерживают консистентную смазку, которой предварительно наполняют подшипник. Защитные шайбы могут устанавливаться как с обеих сторон, так и с одной. 

Подшипники шариковые  двухрядные радиальные:

Двухрядные  шариковые подшипники качения отличаются от однорядных наличием двух рядов тел качения (шариков). Наружная поверхность внутреннего кольца двухрядного радиального шарикового подшипника имеет две канавки, которые обеспечивают направление движения тел качения (шариков). Внутренняя же поверхность наружного кольца двухрядного подшипника может иметь канавки для качения шариков, а может и не иметь. Если внутренняя поверхность наружного кольца без канавок, а имеет сферическую поверхность, то такой подшипник является самоустанавливающимся. Другими словами, даже значительный перекос осей внутреннего и наружного колец радиального двухрядного шарикового подшипника, не отразится на его работе. Такое преимущество значительно расширяет спектр применения шариковых подшипников.

Подшипники шариковые  упорные:

Упорные шариковые подшипники состоят: из двух колец (нижнего и верхнего), тел качения (шариков) и сепаратора. На внутренних сторонах обоих колец имеются канавки для качения шариков (тел качения). Упорные шариковые подшипники, в основном, предназначены для восприятия осевых нагрузок (нагрузок, направленных параллельно оси вала). Упорные шарикоподшипники способны выдерживать меньшие нагрузки, чем упорные роликовые, но зато, они могут работать при гораздо больших частотах вращения, благодаря меньшему сопротивлению качения. По этой причине, в механизмах с высокими скоростями вращения, используют именно упорные шариковые подшипники, а если скорость небольшая, но механизм испытывает большие осевые нагрузки, то предпочтительнее будут упорные роликоподшипники. 

Подшипники радиально-упорные  шариковые:

Радиально-упорные  шариковые подшипники сочетают в себе свойства радиальных и упорных подшипников качения. Радиально-упорные подшипники воспринимают как осевые нагрузки, так и радиальные. Способность воспринимать осевую нагрузку определяется, главным образом, величиной угла контакта. Чем выше угол контакта, тем больше становится осевая грузоподъёмность радиально-упорного подшипника, но в тоже время, снижается радиальная.

Шариковые подшипники - применяют  при небольших нагрузках и  малых диаметрах валов, а при  больших нагрузках и больших  диаметрах валов - роликоподшипники. Шариковые подшипники справляются  с постоянными средними (но не шоковыми) осевыми и радиальными нагрузками. Шарикоподшипники способны воспринимать большую нагрузку. Подшипники шариковые упорные одинарные выдерживают осевую нагрузку одностороннего направления, а двойные - осевую нагрузку, действующую в обоих направлениях.

Однако для улучшения  работы подшипников, снижения коэффициента трения и уменьшения износа применяются  смазочные материалы.

Для смазывания подшипников качения применяют  жидкие (смазочные масла) и пластичные (пластичные смазки) смазочные материалы. 

Жидкий смазочный  материал – такой вид смазки, которая находится при температуре  эксплуатации в жидком состоянии. Это масла, жиры а также композиции на водной основе и жидкие металлы.

Пластичные (консистентные) смазочные материалы представляют собой коллоидные системы, находящиеся  в полужидком или твердом состоянии. При нагревании материалы этой категории  плавятся и переходят в жидкое состояние. 

Каждый из этих видов имеет  свои преимущества.

При выборе типа смазки для подшипников необходимо учитывать условия, при  которых будет осуществляться ее работа:

• Температурный диапазон.

Вязкость (или консистентность) смазок с повышением температуры  понижается. Для подшипников, работающих при низких температурах (ниже 0 ^oС), следует выбирать жидкие смазки с точкой застывания на 15-20 ^oС ниже рабочей температуры с минимальной вязкостью. Для подшипников, работающих при 70-80 ^oС, жидкие смазки должны обладать повышенной вязкостью, а пластичные – повышенной консистентностью. Для подшипников, работающих при температуре выше 70-80 ^oС, следует применять жидкие смазки с наибольшей вязкостью.

Также для стабильной работы подшипников при низких температурах (от -40^oС до -70^oС) используют силиконовые смазки. Они обладают хорошими низкотемпературными качествами и обеспечивают долговременную защиту подшипников от износа и коррозии. 
Для надежной работы подшипников в условиях сверхвысокой температуры (от +230 ^oС до +1000 ^oС) лучше использовать пастообразные смазки. Важным преимуществом паст является их универсальность: до температуры +230 ^oС – +280 ^oС они действуют как смазка, а после испарения основы при повышении температуры – как противозадирное покрытие, предотвращающее заклинивание подшипника.

• Скорость вращения подшипника.

При высокой скорости работы подшипника выбор смазки должен быть особенно тщательным, так как при  достижении предельно допустимой скорости вращения смазка сосредотачивается  на наружном крае подшипника, а его  внутренние детали остаются незащищенными. 
Для смазывания высокоскоростных подшипников применяют, как правило, синтетические смазки c высоким скоростным фактором.