Interested Article - Подшипник
- 2021-05-23
- 1
Подши́пник (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 с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции .
Опора с упорным подшипником называется подпятником .
Основные параметры подшипников:
- Максимальная 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
По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
- подшипники качения;
- подшипники скольжения;
К подшипникам скольжения также относят:
- ;
- газодинамические подшипники ;
- гидростатические подшипники ;
- гидродинамические подшипники ;
- магнитные подшипники .
Основные типы, которые применяются в машиностроении , — это подшипники качения и подшипники скольжения .
Подшипники качения
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.
Также существуют насыпные подшипники, состоящие из сепаратора и вставленных в него шариков (см. рис. выше), которые можно вытаскивать.
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
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 поперёк оси вала. Часто нагрузка вдоль оси только одного направления.
-
Упорные (нагрузка поперёк оси вала не допускается).
- Шариковые винтовые передачи . Обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения.
-
По числу рядов тел качения
- Однорядные,
- Двухрядные,
- Многорядные;
- Самоустанавливающиеся.
- Несамоустанавливающиеся.
-
По материалу тел качений:
- Полностью стальные;
- Гибридные: стальные кольца, тела качения неметаллические, как правило, керамические, применяются в быстровращающихся механизмах, чаще всего — в газотурбинных двигателях ;
-
Радиальный роликовый подшипник
-
Упорный шариковый подшипник
-
Упорный роликовый подшипник
-
Радиально-упорный шариковый подшипник
-
Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом
-
Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)
-
Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник
-
Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник
-
Самоустанавливающийся радиально-упорный роликовый подшипник
-
Самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами ( сферический )
-
Самоустанавливающийся подшипник
-
Сепаратор с роликами игольчатого подшипника
-
Шариковая винтовая передача
-
Шарики
Механическая теория
Подшипник представляет собой по существу планетарный механизм , в котором водилом является сепаратор, функции центральных колёс выполняют внутреннее и наружное кольца, а тела качения заменяют сателлиты.
Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника:
- где — частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,
- — диаметр шарика,
— диаметр окружности, проходящей через оси всех тел качения (шариков или роликов).
Частота вращения шарика относительно сепаратора:
Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца:
- где — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.
Для радиально-упорного подшипника:
Из приведённых выше соотношений следует, что при вращении внутреннего кольца сепаратор вращается в ту же сторону. Частота вращения сепаратора зависит от диаметра шариков при неизменном : она возрастает при уменьшении и уменьшается при увеличении
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 :
- где — масса тела качения,
- — 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
Гироскопический момент будет действовать на шарики и во вращающемся радиально-упорном шарикоподшипнике при действии осевой нагрузки:
- где — полярный момент инерции массы шарика;
- — плотность материала шарика;
- — угловая скорость вращения шарика вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора);
- — угловая скорость вращения шарика вокруг своей оси.
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:
- где — момент сил трения от осевой нагрузки на площадках контакта шариков с кольцами.
Условное обозначение подшипников качения в СССР и России
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
Определение
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.
Смазка может быть:
- жидкой (минеральные и синтетические масла , вода для неметаллических подшипников),
- пластичной (на основе литиевого мыла и и др.),
- твёрдой ( графит , дисульфид молибдена и др.) и
- газообразной (различные инертные газы , азот и др.).
Наилучшие эксплуатационные свойства показывают 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 ) .
PV-фактор
PV-фактор — основная характеристика (критерий) оценки работоспособности подшипника скольжения. Является произведением удельной нагрузки P (МПа) на окружную скорость V (м/с). Определяется для каждого антифрикционного материала экспериментально при испытаниях или в процессе эксплуатации. Многие данные по соблюдению оптимального PV-фактора даны в справочниках
Классификация
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:
- неразъёмные (втулочные; в основном, для I-1),
- разъёмные (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 транспортёров , ходовых колёс 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 |
|
|
3 | Масляная ванна или кольца | 0,001…0,02 | Мало меняющиеся по величине и направлению усилия большие и средние нагрузки |
|
||
Под давлением | Переменная нагрузка |
|
||||
II | ||||||
4 | Кольца, комбинированный или под давлением | Жидкостное | 0,0005…0,005 | Малые окружные скорости валов, особо тяжёлые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках |
|
|
5 | Под давлением | 0,005…0,05 | Слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения |
|
Достоинства
- Надёжность в высокоскоростных приводах
- Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
- Сравнительно малые радиальные размеры
- Допускают установку разъёмных 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
- 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
- ABEC — класс точности подшипников
Примечания
- . Дата обращения: 13 ноября 2010. 11 августа 2010 года.
- . Дата обращения: 17 октября 2022. 17 октября 2022 года.
- . Дата обращения: 17 октября 2022. 17 октября 2022 года.
- . Дата обращения: 5 января 2023. 5 января 2023 года.
- от 5 января 2023 на Wayback Machine // За рулём
Литература
- Справочник конструктора-машиностроителя : в 3 т. / под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп. — М. : Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ББК 34.42я2. — УДК . — ISBN 5-217-02964-1 .
- Подшипники скольжения // Детали машин в примерах и задачах : [учеб. пособие] / Ничипорчик С. Н., Корженцевский М. И., Калачёв В. Ф. и др. ; под общ. ред. С. Н. Ничипорчика. — 2-е изд. — Мн. : Выш. школа, 1981. — Гл. 13. — 432 с. — ББК 34.44 Я 73. — УДК .
- Леликов О. П. Основы расчёта и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». — М. : Машиностроение, 2002. — 440 с. — ББК 34.42. — УДК . — ISBN 5-217-03077-1 .
- Иосилевич Г. Б. Детали машин : учеб. для студ. машиностроит. спец. вузов. — М. : Машиностроение, 1988. — 368 с. — ББК 34.44. — УДК . — ISBN 5-217-00217-4 .
Ссылки
- 2021-05-23
- 1