Подшипник

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
(перенаправлено с «Подшипник качения»)
Перейти к: навигация, поиск
Подшипник качения с неподвижным внешним кольцом

Подши́пник (англ. bearing) (от слова 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[1][2].

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

Основные параметры подшипников:[3][источник не указан 1274 дня]

  • Максимальные динамическая и статическая нагрузка (радиальная и осевая).
  • Максимальная скорость (оборотов в минуту для радиальных подшипников).
  • Посадочные размеры.
  • Класс точности подшипников.
  • Требования к смазке.
  • Ресурс подшипника до появления признаков усталости, в оборотах.
  • Шумы подшипника
  • Вибрации подшипника

Нагружающие подшипник силы подразделяют на:

  • радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;
  • осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Основные типы подшипников[править | править исходный текст]

По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:

  • подшипники качения;
  • подшипники скольжения;

К подшипникам скольжения также относят:

Основные типы, которые применяются в машиностроении, — это подшипники качения и подшипники скольжения.


Подшипники качения[править | править исходный текст]

Устройство однорядного радиального шарикоподшипника:
1) внешнее кольцо; 2) шарик (тело качения); 3) сепаратор; 4) дорожка качения; 5) внутреннее кольцо.
Подшипники качения различных размеров и конструкций

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без 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.

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большее число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение, и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые — чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Классификация[править | править исходный текст]

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

  • 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
    • Однорядные,
    • Двухрядные,
    • Многорядные;
  • По способности компенсировать несоосность вала и втулки[4]
    • Самоустанавливающиеся.
    • Несамоустанавливающиеся.

Механика[править | править исходный текст]

Подшипник представляет собой по существу планетарный механизм, в котором водилом является сепаратор, функции центральных колес выполняют внутреннее и наружное кольца, а тела качения заменяют сателлиты.

Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника
 n_c =  \frac{n_1}{2} \left(1-\frac{D_\omega}{d_m} \right)

где n1 — частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,
Dω — диаметр шарика,
dm = 0,5(D+d) — диаметр окружности осей шариков.

Частота вращения шарика относительно сепаратора
 n_{sp} = \frac{n_1}{2} \left(\frac{d_m}{D_\omega} - \frac{D_\omega}{d_m} \right)

Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца
 n_{c*} = \frac{n_3}{2} \left(1+\frac{D_\omega}{d_m} \right)

где n3 — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.

Для радиально-упорного подшипника
 n_c = \frac{n_1}{2} \left(1-\frac{D_\omega \cos \alpha}{d_m} \right)

 n_{sp} = \frac{n_1}{2} \left(\frac{d_m}{D_\omega} - \frac{D_\omega \cos^2 \alpha}{d_m} \right)

Из приведенных выше соотношений следует, что при вращении внутреннего кольца сепаратор вращается в ту же сторону. Частота вращения сепаратора зависит от диаметра Dω шариков при неизменном dm: она возрастает при уменьшении Dω и уменьшается при увеличении Dω.

В связи с этим разноразмерность шариков в комплекте подшипника является причиной повышенного износа и выхода из строя сепаратора и подшипника в целом.

При вращении тел качения вокруг оси подшипника на каждое из них действует нагружающая дополнительно дорожку качения наружного кольца центробежная сила

 F_c = 0,5 m d_m \omega^2_c ,

где m — масса тела качения,
ωс — угловая скорость сепаратора.

Центробежные силы вызывают перегрузку подшипника при работе на повышенной частоте вращения, повышенное тепловыделение (перегрев подшипника) и ускоренное изнашивание сепаратора. Всё это сокращает срок службы подшипника.

В упорном подшипнике, кроме центробежных сил, на шарики действует обусловленный изменением направления оси вращения шариков в пространстве гироскопический момент

 M_r = J \omega_c \omega_{sp}

Гироскопический момент будет действовать на шарики и во вращающемся радиально-упорном шарикоподшипнике при действии осевой нагрузки

 M_r = J \omega_c \omega_{sp} \sin \alpha

где  J = \rho \cdot \pi \cdot D^5_\omega / 60  — полярный момент инерции массы шарика;
ρ — плотность материала шарика;
ωsp и ωс — соответственно, угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси и вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора).

Под действием гироскопического момента каждый шарик получает дополнительное вращение вокруг оси, перпендикулярной плоскости, образованной векторами угловых скоростей шарика и сепаратора. Такое вращение сопровождается изнашиванием поверхностей качения, и для предотвращения вращения подшипник следует нагружать такой осевой силой, чтобы соблюдать условие  T_f = M_r , где Tf - момент сил трения от осевой нагрузки на площадках контакта шариков с кольцами.

Условное обозначение подшипников качения в России[править | править исходный текст]

Советская и российская маркировка подшипников состоит из условного обозначения и стандартизована в соответствии ГОСТ 3189-89 и условного обозначения завода-изготовителя.

Основное условное обозначение подшипника состоит из семи цифр основного условного обозначения (при нулевых значениях этих признаков оно может сокращаться до 2 знаков) и дополнительного обозначения, которое располагается слева и справа от основного. При этом дополнительное обозначение, расположенное слева от основного, всегда отделено знаком тире (—), а дополнительное обозначение, расположенное справа, всегда начинается с какой-либо буквы. Чтение знаков основного и дополнительного обозначения производится справа налево.

Подшипники скольжения[править | править исходный текст]

Коренной подшипник скольжения, коленвала двигателя с заливкой баббитом.

Подшипник скольжения — опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент — вкладыш, или втулка из антифрикционного материала и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу. Расчёт зазора подшипника, работающего в режиме разделения поверхностей трения смазочным слоем, производится на основе гидродинамической теории смазки.

При расчёте определяются: минимальная толщина смазочного слоя (измеряемая в мкм), давления в смазочном слое, температура и расход смазочных материалов. В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидкостным и газодинамическим. Однако даже подшипники с жидкостным трением при пуске проходят этап с граничным трением.

Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает: низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды и может быть:

Наилучшие эксплуатационные свойства демонстрируют пористые самосмазывающиеся подшипники, изготовленные методом порошковой металлургии. При работе пористый самосмазывающийся подшипник, пропитанный маслом, нагревается и выделяет смазку из пор на рабочую скользящую поверхность, а в состоянии покоя остывает и впитывает смазку обратно в поры.

Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз, полимерных материалов, керамики, твёрдых пород дерева (железное дерево).

Классификация[править | править исходный текст]

В основу классификации положен анализ режимов работы подшипников по диаграмме Герси-Штрибека.

Подшипники скольжения разделяют:

  • в зависимости от формы подшипникового отверстия:
    • одно- или многоповерхностные,
    • со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения),
    • со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);
  • по направлению восприятия нагрузки:
    • радиальные
    • осевые (упорные, подпятники),
    • радиально-упорные;
  • по конструкции:
    • неразъемные (втулочные; в основном, для I-1),
    • разъемные (состоящие из корпуса и крышки; в основном, для всех, кроме I-1),
    • встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
  • по количеству масляных клапанов:
    • с одним клапаном,
    • с несколькими клапанами;
  • по возможности регулирования:
    • нерегулируемые,
    • регулируемые.

Ниже представлена таблица групп и классов подшипников скольжения (примеры обозначения: I-1, II-5).

Группа Класс Способ смазки Вид трения Примерный коэффициент трения Назначение Область применения
I (несовершенная смазка) 1 Малое количество, подача непостоянная Граничное 0,1…0,3 Малые скорости скольжения и небольшие удельные давления Опорные ролики транспортеров, ходовых колес мостовых кранов
2 Обычно непрерывная Полужидкостное 0,02…0,1 Кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки
  • Линейные и формовочные машины
  • Кузнечно-прессовое оборудование
  • Прокатные станы
  • Грузоподъемные машины
3 Масляная ванна или кольца 0,001…0,02 Мало меняющиеся по величине и направлению усилия большие и средние нагрузки
Под давлением Переменная нагрузка
  • Газовые двигатели
  • Тихоходные и судовые двигатели
II 4 Кольца, комбинированный или под давлением Жидкостное 0,0005…0,005 Малые окружные скорости валов, особо тяжелые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках
  • Электрические машины средней и малой мощности
  • Легкие и средние редукторы
  • Центробежные насосы и компрессоры
  • Прокатные станы
5 Под давлением 0,005…0,05 Слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения

Достоинства[править | править исходный текст]

  • Надежность в высокоскоростных приводах
  • Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
  • Сравнительно малые радиальные размеры
  • Допускают установку разъемных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте
  • Простая конструкция в тихоходных машинах
  • Позволяют работать в воде
  • Допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала
  • Экономичны при больших диаметрах валов

Недостатки[править | править исходный текст]

  • В процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой
  • Сравнительно большие осевые размеры
  • Большие потери на трение при пуске и несовершенной смазке
  • Большой расход смазочного материала
  • Высокие требования к температуре и чистоте смазки
  • Пониженный коэффициент полезного действия
  • Неравномерный износ подшипника и цапфы
  • Применение более дорогих материалов

См. также[править | править исходный текст]

Логотип Викисловаря
В Викисловаре есть статья «подшипник»

Примечания[править | править исходный текст]

  1. Сведения о подшипниках: Что такое подшипники и их основные разновидности
  2. ПОДШИПНИК | Онлайн Энциклопедия Кругосвет
  3. Рабочие характеристики подшипников | Подшипники
  4. Скойбеда А. Т., Кузьмин А. В., Макейчик Н. Н. Детали машин и основы конструирования: Учеб / Под общ. ред. А. Т. Скойбеды. — Мн.: Вышэйшая школа, 2000. — С. 426. — 584 с. — 3000 экз. — ISBN 985-06-0081-0

Литература[править | править исходный текст]

  • Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035)
  • Ничипорчик С. Н., Корженцевский М. И., Калачев В. Ф. и др. Глава 13. Подшипники скольжения // Детали машин в примерах и задачах: [Учеб. пособие] / Под общ. ред. С. Н. Ничипорчика. — 2-е изд. — Мн.: Выш. школа, 1981. — 432 с. — ISBN ББК 34.44 Я 73, УДК 621.81 (075.8)
  • Леликов О. П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". — М.: Машиностроение, 2002. — 440 с. — ISBN 5-217-03077-1, УДК 621.81.001.66, ББК 34.42
  • Иосилевич Г. Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с. — ISBN 5-217-00217-4, УДК 62-2(075.8), ББК 34.44

Ссылки[править | править исходный текст]