Разновидности подшипников и особенности их применения
Подшипником (подшипниковым узлом) называется устанавливаемое в посадочное отверстие неподвижного корпуса механизма механическое устройство, в отверстие которого посадочными шейками вставляется вращающийся (качающийся) вал. Предназначен для фиксации вала (оси) в определенном положении внутри механизма и восприятия возникающих на валу различных нагрузок, минимизацию сил трения в цапфах.
Первые подшипники (от слов «под шип» - под шейку вала) появились тысячи лет назад. Теорию работы подшипников скольжения начал разрабатывать еще Леонардо да Винчи, в дальнейшем он же предложил конструкцию цапфы опоры вала с трением качения.
Наиболее переломные моменты доведения конструкции подшипниковых опор до современного вида произошли когда:
- американский изобретатель (по профессии ювелир) Исаак Баббит предложил опору для вращающегося вала в виде подшипника из прочного металла со вкладышем из антифрикционного мягкого сплава (олова или свинца, меди и сурьмы) — в 1839 году. Этот сплав назвали баббитом;
немецкий изобретатель Фридрих Фишер создал станок для изготовления (шлифования) шариков из стали — 1883 году (запатентована в 1890).Эти 2 события позволили создать большое количество разновидностей конструкций подшипников и превратить их производство в очень выгодный бизнес
Подшипниковые опоры самых разных конструкций стали неотъемлемой частью абсолютного большинства современных простых, силовых и прецизионных механизмов и машин.
Ассортимент современных опор, предлагаемых рынком, огромен.
Но принципиально все они подразделяются на 2 категории — подшипники качения и подшипники скольжения. Каждая из них имеет свою специфику.
Ознакомимся более подробно с их конструкциями, принципами работы, типами, особенностями применения, преимуществами и недостатками.
Подшипники качения. Конструкция, типы и особенности их применения
Базовая (типовая) конструкция таких опор состоит из:
- 2-х колец - внутреннего и наружного;
- комплекта тел качения (шариков или роликов);
- сепаратора.
В конструкции конкретных модификаций могут появиться и дополнительные детали — уплотнения, шайбы, втулки и т. д.
В собранном виде тела качения расположены в кольцевых, обращенных друг к другу, желобах и удерживаются там сепаратором в строго установленном порядке.
Основные параметры деталей и собранных опор, такие как точность изготовления размеров и форм расположения базовых поверхностей, чистота обработки (шероховатость) поверхностей, точности вращения и пр. определены ГОСТ 520-2011 или международными стандартами для импортных подшипников.
Собранный подшипник наружным кольцом уставляется в отверстие неподвижного корпуса, а шейка вращающегося вала вставляется в отверстие внутреннего кольца. В результате полностью исключается непосредственный контакт между подвижным валом и неподвижным корпусом и вращающийся вал на телах качения катится по «бесконечному» желобу на наружном кольце опоры. А поскольку коэффициент трения качения по сравнению с коэффициентом трения скольжения почти равен нулю, потери на трение минимизируются, кардинально уменьшается нагрев и износ соприкасающихся поверхностей.
Классификация подшипников качения
Все выпускаемые подшипниковые узлы качения по разным признакам подразделяются на;
- шариковые и роликовые - с телами качения в виде шариков или роликов соответственно. Роликовые воспринимают значительно большие нагрузки, поскольку контакт между телами качения происходит по линии, а в шариковых по точке;
- радиальные, радиально-упорные и упорные — воспринимают радиальные, радиальные и осевые, только осевые нагрузки соответственно.
- однорядные и многорядные. Отличаются количеством рядов тел качения. Многорядные, особенно роликовые, способны выдерживать очень большие нагрузки;
- самоустанавливающиеся — наиболее последнее детище компании SKF, стремительно набирающее популярность в применении. Отличаются тем, что желоб на наружном кольце выполнен сферическим. Это позволяет компенсировать значительно большую несоосность посадочных мест в корпусе и на валу (до 2-3 градусов), что значительно удешевляет изготовление механизмов с вращающимися деталями и обеспечивает более длительное время их эксплуатации. Заслуживает внимания сферический подшипник двухрядный — это универсальный узел, воспринимающий разнонаправленные нагрузки, причем довольно высокие;
- готовые к установке в механизмы сборочные единицы — шарниры, линейные направляющие, корпусные подшипниковые узлы и др. сборки. Эти изделия (пока в основном зарубежные) значительно сокращают процессы разработки документации на механизмы и сроки освоения их в производстве.
Следует добавить, что все подшипники качения (за редким исключением) требуют смазки рабочих поверхностей. Виды смазок - минеральные и синтетические, способы их внесения — периодические, разовые, заливка всего механизма.
Подшипники качения классифицируются и по точности изготовления на 0, 6, 5, 4, 2 классы точности. Узлы 2-го класса — самые точные, применяются в высокоточных высокоскоростных приводах.
Подшипники качения. Сферы применения
Во всех механизмах и машинах, где есть вращающиеся, поворачивающиеся или прямолинейно перемещающиеся детали или узлы, применяются подшипники качения. Это:
- электродвигатели и генераторы. В более мощных двигателях применяются роликовые подшипники;
- редукторы. В них используются радиальные и радиально-упорные опоры, способные воспринимать большие нагрузки;
- шкивы, шпиндели, колеса и др;
- пищевое оборудование — тестомесилки, мельницы, миксеры. В них используются подшипники из нержавейки;
- нефтехимическое оборудование. Подшипниковые узлы из керамики, из высоколегированных сталей;
- горнорудное оборудование, работающее в загрязненной атмосфере, с вибрацией и ударами. Здесь чаще используют роликовые подшипники компаний FAG, СКФ, NSK.
Преимущества подшипников качения
Основные из них:
- огромный ассортимент для выбора;
- очень малый пусковой момент;
- большинство узлов воспринимают разнонаправленные усилия;
Подшипники скольжения. Виды, особенности
Первые подшипники скольжения изготавливались из камня. После появления металлов стали изготавливаться из чугуна и бронзы, антифрикционного баббита. По сути, это втулки, устанавливаемые наружным диаметром в отверстия неподвижной опоры машины. В отверстие самой втулки вставляется шейка вращающегося вала.
С появлением новых материалов и технологий опоры скольжения стали высоко технологическими изделиями в виде втулок, в настоящее время широко применяемыми в различных механизмах машин. Виды и классификация подшипников скольжения
Классифицируются по конструкции (неразъемные, разъемные, втулки) и по воспринимаемой нагрузке (радиальные, упорные, радиально-упорные).
Неразъемный подшипник состоит из литого корпуса (чугун или алюминиевый сплав) и подшипниковой антифрикционной втулки, вложенной в подготовленное отверстие в корпусе. Корпус имеет лапы или фланец для крепления. Такие подшипники используются в тихоходных механизмах и установках. Их преимущество — простота и небольшая стоимость.
Разъемный подшипник включает в себя основание и крышку, разъемный вкладыш и элементы крепления. Облегчает процесс сборки, например, при установке коленчатых валов.
Втулки — под таким названием выделились в отдельную группу новые, простые по конструкции и эффективные по сути, подшипники скольжения. Конструктивно выглядят как цилиндрические трубки, иногда с буртиком. Относятся к радиальным подшипникам скольжения с умеренными нагрузками. Устанавливаются в корпус неразъемного подшипника или непосредственно в станину машины и разделяют поверхность неподвижного корпуса (станины) и поверхность шейки вращающегося вала, исключая трение между ними.
Подшипники скольжения в виде втулок классифицируются по:
- форме — на цилиндрические (РСМ) и на фланцевые (РСМF), воспринимающие радиальные и радиально-осевые нагрузки;
- материалу — на чугунные, стальные, бронзовые и полимерные (РВС), комбинированные (на стальную основу нанесены дисульфид молибдена или керамика);
- размерам — не метрические (РСМ) и дюймовые (РСZ);
- требованиям обслуживания — на обслуживаемые и необслуживаемые.
Самый известный поставщик втулок скольжения — компания SKF.
Применение — в кузнечном и прессовом оборудовании, в поршневых машинах, в центрифугах и турбинах, в координатно-расточных станках, на валах больших диаметров.
Преимущества и недостатки подшипников скольжения
Из преимуществ можно отметить:
- небольшие размеры по диаметрам;
- малошумность;
- устойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам;
- возможность использования при больших оборотах вращения вала;
- высокая точность вращения, что позволяет использовать их в высокопрецизионных установках;
- большая долговечность (при условии обеспечения жидкостного трения);
- стойкость к водяной или агрессивной среде.
К недостаткам можно отнести увеличенные габариты в направлении оси вала; необходимость обеспечения постоянного процесса смазывания, не малый расход смазки.
Из сказанного выше видно, что выбор подшипника задача очень даже не простая. Поэтому рекомендуется в обязательном порядке подробно обсудить этот вопрос со специалистами надежного магазина.
А если речь идет о выборе подшипникового узла еще на этапе разработки конструкторской документации серьезного изделия, необходимо оформить с ВНИИПП (институтом подшипниковой промышленности) Ведомость согласования на применение выбранного подшипника.
