Из чего состоит подшипник. Упорный подшипник

16.09.2023 | Обзоры авто

ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

П л а н л е к ц и и

1. Общие сведения.

2. Материалы, применяемые для изготовления подшипников качения.

3. Виды разрушений и критерии работоспособности подшипников качения.

4. Расчет подшипников качения на долговечность.

5. Статическая грузоподъемность подшипников качения.

1. Общие сведения

Подшипники качения – это опоры вращающихся или качающихся деталей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.

Основные детали подшипников качения. Подшипники качения со-

стоят из следующих деталей (рис. 13.1): 1 – наружного кольца с диаметром D ; 2 – внутреннего кольца с диаметром отверстия d и шириной B ; 3 – тел качения c диаметром D w (шариков или роликов), которые катятся по дорожкам качения колец; 4 – сепаратора, отделяющего и удерживающего тела качения в собранном состоянии.

Основное применение имеет змейковый сепаратор, в подшипниках с высокой точностью вращения применяют массивные сепараторы (цельные или клепаные).

Классификация подшипников качения группирует последние по сле-

дующим признакам: по форме тел качения, по направлению воспринимаемой нагрузки, по числу рядов тел качения, по самоустанавливаемости, по радиальным габаритным размерам, по ширине одного и того же диаметра, по степени точности.

По форме тел качения различают:

шариковые подшипники (рис. 13.2, а ). Они наиболее быстроходные; роликовые подшипники имеют большую грузоподъемность. В зависи-

мости от формы роликов бывают:

с цилиндрическими короткими роликами (рис. 13.2, б ); цилиндрическими длинными роликами (рис. 13.2, в ); игольчатыми роликами (рис. 13.2, г ); бочкообразными роликами (рис. 13.2, д ); коническими роликами (рис. 13.2, е );

комбинированными роликами (рис. 13.2, ж ), с небольшой выпуклостью поверхности (7–30 мкм на сторону); витыми или пустотелыми роликами (рис. 13.2, з ).

По направлению воспринимаемой нагрузки изготавливают:

радиальные подшипники , предназначенные для восприятия радиальных сил; некоторые типы могут воспринимать и осевые силы.

На рис. 13.3 приведены схемы шарикового (рис. 13.3, а ), роликового (рис. 13.3, б ) и игольчатого (рис. 13.3, в ) радиальных подшипников;

упорные подшипники (рис. 13.4), предназначенные для восприятия осевых сил;

радиально-упорные подшипники – шарикоподшипник (рис. 13.5, а ) и ро-

ликоподшипник (рис. 13.5, б ). Предназначены для восприятия комбинированной (с учетом угла наклона осей тел качения α) радиальной и осевой нагрузки. Подшипники регулируемых типов без осевой силы работать не могут; упорно-радиальные подшипники – для восприятия осевых и небольших

радиальных нагрузок.

По числу рядов тел качения выпускают:

однорядные подшипники (рис. 13.6); двухрядные подшипники (рис. 13.7); многорядные подшипники.

a б в г д е

По признаку самоустанавливаемости бывают:

несамоустанавливающиеся подшипники (рис. 13.8); самоустанавливающиеся подшипники (рис. 13.9). Например, сферичес-

кие самоустанавливаются при неточном угловом расположении осей вала и отверстия в корпусе.

По радиальным габаритным размерам производят подшипники качения:

сверхлегкие (две серии); особо легкие (две серии) (рис. 13.10, а);

легкие и легкие широкие (рис. 13.10, б, в); средние и средние широкие (рис. 13.10, г, д); тяжелые (рис. 13.10, е); особо тяжелые.

По ширине одного и того же диаметра подшипники бывают:

узкие; нормальные; широкие; особо широкие.

По степени точности ГОСТ 520–89 предусматривает пять классов точности (в порядке возрастания):

нормальной точности – 0; повышенной – 6; высокой – 5; прецизионной – 4; сверхпрецизионной – 2.

Подшипники качения могут выполняться с коническими посадочными отверстиями (угол конуса 1: 12).

Обозначение подшипников качения. Подшипники имеют условное обозначение, состоящее из цифр и букв (табл. 13.1).

Пятая или пятая и шестая справа цифры обозначают конструктивные разновидности подшипников: угол контакта шариков в радиально-упорных подшипниках; наличие защитных шайб, канавок под упорное кольцо и др.

Перед основными знаками условного обозначения через дефис могут ставиться: класс точности (нормальный класс точности (0) не указывается), радиальный зазор в подшипниках и величина момента трения (в этом случае нормальный класс точности указывается).

Справа от основного обозначения указываются дополнительные обозначения (буквы и цифры), учитывающие: отличия по материалам деталей, конструкции, покрытиям, зазорам, чистоте обработки; специальные требования по шуму (вибрации); обозначение сортов закладываемой смазки, специального отпуска деталей подшипников и др.

Порядковый номер цифры справа

Первая и вторая

Четвертая

Пятая и шестая

Таблица 13.1

Обозначение подшипников качения

Значение цифр

Внутренний диаметр подшипника d

Для диаметров до 9 мм цифры указывают фактический размер.

Для диаметров 10 мм – 00; 12 мм – 01; 15 мм – 02; 17 мм – 03.

Для диаметров 20–495 мм цифры соответствуют внутреннему диаметру (с 04 до 99), деленному на 5.

Для диаметров более 500 мм и нестандартных размеров указывают фактический размер через косую черту после третьей цифры справа

Серия подшипника по наружному диаметру D

Сверхлегкая

Легкая широкая

Средняя широкая

Особо тяжелая

Тип подшипника

Шариковый радиальный

Шариковый радиальный сферический

Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами

Роликовый радиальный со сферическими роликами

Роликовый радиальный с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами

Роликовый радиальный с витыми роликами

Шариковый радиально-упорный

Роликовый конический

Шариковый упорный, шариковый упорно-радиальный

Роликовый упорный, роликовый упорно-радиальный

Конструктивные особенности подшипника

Серия подшипников по ширине и высоте

Нормальная

Особо широкие

Назначение подшипников качения. Шарикоподшипники наиболее быстроходные и дешевле роликоподшипников.

Шариковый радиальный однорядный подшипник (рис. 13.11, а ) предназначен для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать и двухсторонние осевые нагрузки 0,7 от неиспользованной радиальной. Удовлетворительно работает при перекосе колец до 15" .

Подшипник шариковый радиальный сферический двухрядный (рис. 13.11, б ) имеет два ряда шариков, дорожка качения наружного кольца выполнена по сферической поверхности и допускает перекос колец до 3–4º, благодаря чему возможны большие деформации валов и несоосность отверстий в опорах (возможность исполнения отдельно). Подшипник предназначен для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать и двухсторонние осевые нагрузки до 0,2 от неиспользованной радиальной. При скоростях более 10 м/с рекомендуется применять массивный сепаратор.

Шариковый радиально-упорный однорядный подшипник (рис. 13.11, в ) воспринимает и радиальную, и одностороннюю осевую нагрузку. По конструкции один из бортов наружного кольца срезан, что дает возможность устанавливать больше шариков того же диаметра, повышает грузоподъемность этих подшипников до 30 %. Чем больше осевое усилие, тем с большим углом наклона осей шариков применяются подшипники (углы контакта – 12, 26 и 36°).

Шарикоподшипник радиально-упорный двухрядный (рис. 13.11, г ) воспринимает значительные радиальные, знакопеременные осевые и комбинированные нагрузки при высоких требованиях к жесткости опор вала.

Шариковый подшипник с четырехточечным контактом предназначен для работы при значительных радиальных и двухсторонних осевых нагрузках (равных неиспользованной радиальной). Радиальная грузоподъемность в 1,5 раза больше, чем у обычного однорядного шарикоподшипника.

Шариковые упорный одинарный (рис. 13.12, а ) и двойной (рис. 13.12, б ) подшипники воспринимают только осевые нагрузки, а двойной – знакопеременные. Удовлетворительно работают при скоростях до 5–10 м/с.

Роликоподшипники работают при меньших скоростях, но их грузоподъемность в 1,5–1,7 раза выше, чем у шарикоподшипников.

Роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами (рис. 13.13, а ) воспринимает значительные радиальные нагрузки. Подшипник допускает осевое смещение колец и поэтому часто используется там, где необходимо обеспечить осевое перемещение вала.

Роликовый радиальный двухрядный сферический подшипник (рис. 13.13, б ) допускает перекос валов до 2–3º. Подшипник предназначен для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать и двухсторонние осевые – до 0,2 от неиспользованной радиальной.

Роликовый радиально-упорный с коническими роликами подшипник (рис. 13.13, в ) удобен в сборке, воспринимает радиальную и одностороннюю осевую нагрузку (угол контакта – 9–17°) при скоростях до 15 м/с. Подшипники обладают большой чувствительностью к несоосности и относительному перекосу осей вала и корпуса.

Игольчатый роликоподшипник (рис. 12.14) воспринимает только радиальные нагрузки, при стесненных радиальных габаритах часто устанавливается без одного из колец. Посадочные поверхности вала и корпуса под иглы подвергают закалке до высокой твердости, шлифуют и полируют. Удовлетворительно работает при скоростях до 5 м/с.

Роликовый подшипник с витыми роликами хорошо работает при ударных нагрузках. Соседние ролики обычно имеют навивку противоположного направления во избежание осевого смещения колец.

2. Материалы, применяемые для изготовления подшипников качения

Кольца и тела качения подшипников изготовляют из шарикоподшипниковых высокоуглеродистых хромистых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, а также из цементуемых легированных сталей марок 18ХГТ и 20Х2Н4А. Кольца и тела качения подшипников, работающие при температуре до 100 °С, имеют твердость 58–65 НRC. Для работы в условиях высоких температур или агрессивных сред применяют специальные теплостойкие или коррозионно-стойкие стали 9Х18, ЭИ347Ш с твердостью 63–67 НRC. При требовании обеспечить немагнитность подшипников используют бериллевую бронзу.

Сепараторы большинства подшипников изготовляют из мягкой углеродистой стали методом штамповки. Для высокоскоростных подшипников применяют массивные сепараторы из латуни, антифрикционных бронз, фторопласта, текстолита.

В условиях ударных нагрузок и при высоких требованиях к бесшумности подшипников качения тела качения изготавливают из пластмасс, при этом резко снижаются требования к твердости колец.

3. Виды разрушений и критерии работоспособности подшипников качения

Характер и причины отказов подшипников качения:

1. Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел качения в виде раковин или отслаивания под действием переменных контактных напряжений. Его обычно наблюдают после длительной работы. Сопровождается повышенным шумом и вибрациями.

2. Смятие рабочих поверхностей дорожек и тел качения (образование лунок и вмятин) вследствие местных пластических деформаций под действием ударных или значительных статических нагрузок.

3. Абразивное изнашивание вследствие плохой защиты подшипника от попадания абразивных частиц.

4. Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздействия на сепаратор разноразмерных тел качения.

5. Разрушение колец и тел качения из-за перекосов колец или действия больших динамических нагрузок.

Основными критериями работоспособности являются:

долговечность по динамической грузоподъемности (рассчитывают подшипники с частотой вращения кольца n ≥ 1 об/мин);

статическая грузоподъемность (рассчитывают невращающиеся и медленно вращающиеся подшипники с частотой вращения кольца n ≤ 1 об/мин).

4. Расчет подшипников качения на долговечность

Расчет на долговечность подшипников основан на динамической грузоподъемности С подшипника, представляющей постоянную эквивалентную нагрузку, которую подшипник может выдержать в течение 106 оборотов (одного миллиона оборотов) при частоте вращения более 1 об/мин.

Расчетная долговечность подшипников (срок службы) при 90%-ном уровне надежности, млн. об.:


	L 0,9

где С динамическая грузоподъемность, Н; P E эквивалентная (приведенная) нагрузка, Н; m показатель степени; для шариковых подшипников m = 3, для роликовых подшипников m = 10/3.

E определяется по формуле

P E = (х vF R + yF A )K б K t ,

Шариковые подшипники наиболее распространенный тип подшипников. В них применяются шариковые тела качения, которые катятся в беговых дорожках, выполненных на поверхностях наружных колец (обойм), и заключены в штампованные или механически обработанные или синтетические (полимерные) сепараторы. Благодаря точечному контакту между шариками и беговой дорожкоймомент трения у такого типа подшипников не велик, поэтому они могут развивать большие скорости вращения.

Иллюстрация: SNR

Элементы шарикового подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	штампованный	механически обработанный

По воспринимаемой нагрузки шариковые подшипники классифицируются на:

а - открытый однорядный подшипник стандартной конструкции,

б - открытый однорядный подшипник со сферическим наружным кольцом ,

в - открытый однорядный подшипник с утолщенным наружным кольцом ,

г - открытый двухрядный подшипник стандартной конструкции

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции шариковых радиальных подшипников

а - однорядный радиально-упорный подшипникстандартной конструкции,

б - однорядный подшипник с четырёхточечным контактом ,

в - двухрядный радиально-упорный подшипник ,

г - двухрядный радиально-упорный подшипник типа HUB

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции шариковых радиально-упорных подшипников

П рименение :

радиальные шариковые подшипники - электродвигатели, электробытовая техника, небольшие высокоскоростные редукторы, деревообрабатывающие станки, медицинское оборудование....;

радиально-упорные шариковые подшипники - станочные шпиндели, электродвигатели, насосы...;

с четырёхточечным контактом - редукторы ...

Отличительной особенностью этого типа подшипников является применение в качестве тел качения цилиндрических роликов, заключенных в сепараторы, изготавливаемых из различных материалов. Предназначены для несения высоких радиальных нагрузок при отсутствии осевых. Повышенная несущая способность роликовых цилиндрических подшипников (в 1.5-2 раза большая, чем одинаковых по размерам шарикоподшипников) обусловлена линейным контактом между роликами и беговыми дорожками.

Иллюстрация: SNR

Элементы роликового цилиндрического подшипника

Наружное

кольцо

Внутреннее

кольцо

Тела качения

Типы сепараторов

полимерный

стальной

латунный

Роликовые цилиндрические подшипники могут содержать один или несколько рядов тел качения (при этом грузоподъемность увеличивается).

а - однорядный роликовый цилиндрический подшипник,

б - двухрядный роликовый цилиндрический подшипник

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции роликовых цилиндрических подшипников

П рименение :

Большие электродвигатели,

гильотины ,

Мощные редукторы,

Насосы;

Шпиндели металлорежущих станков...

Благодаря применению конических роликов расположенных под некоторым углом к оси вращения подшипника, данный тип подшипников воспринимает комбинированные нагрузки (совместное действие радиальных и осевых сил).

Иллюстрация: SNR

Элементы роликового конического подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	стальной

В зависимости от условий применения, конические подшипники выпускаются различной конструкции. К примеру, для несения больших нагрузок применяются двухрядные конические роликоподшипники, а для установки в ступицы автомобилей – специальные узлы типа HUB , полностью отрегулированные и смазанные.

а - однорядный роликовый конический подшипник,

б - двухрядный роликовый конический подшипник,

в - двухрядный роликовый конический подшипниктипа HUB

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции роликовых конических подшипников

П рименение :

Косозубые механические передачи,

Осевые буксы железнодорожного транспорта,

ступицы легкового и коммерческого автотранспорта...

У этих подшипников внутренняя поверхность наружного кольца выполнена по сфере, придавая способность самоустанавливаться, что позволяет им работать при значительном перекосе внутреннего кольца относительно наружного, вызванном несоосностью посадочных мест или прогибом вала от действия нагрузок. Двойной ряд тел качения обеспечивает повышенную грузоподъемность и компенсирует отрицательные конструктивные особенности.

Иллюстрация: SNR

Двухрядный самоустанавливающийся подшипник

Данные подшипники, как правило, поставляются с сепараторами из:

стали – для использования в подшипниках общего применения или при работе в условиях высоких температур;

полимеров – для использования в подшипниках общего применения;

латуни – для работы в условиях вибрации.

Элементы двухрядного самоустанавливающегося подшипника

Наружное

кольцо

Внутреннее

кольцо

Тела качения

Типы сепараторов

полимерный

стальной

латунный

Выпускаются в двух вариантах:

Двухрядные шариковые – воспринимают радиальные нагрузки и работают при повышенных скоростях вращения;

Двухрядные роликовые – воспринимают большие радиальные и осевые нагрузки.

а - д вухрядный самоустанавливающийся роликовый подшипник,

б - д вухрядный самоустанавливающийся шариковый подшипник

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции двухрядных самоустанавливающихся подшипников

П рименение :

Бумагоделательные машины,

Металлургические прокатные станы,

Большие вентиляторы;

Опоры ветряных электрогенераторов;

карьерные машины ...

Использование тонких цилиндрических тел качения (иголок) в игольчатых подшипниках, позволяет снизить радиальные размеры по сравнению с обычными роликовыми цилиндрическими подшипниками и уменьшить себестоимость, при сохранении примерно такой же (или даже большей) несущей способности, однако имеют ограничения по скорости вращения.

Иллюстрация: SNR

Элементы игольчатого подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	стальной

В настоящее время игольчатые подшипники, являясь одним из самых востребованных типов подшипников (уступая по распространенности только шариковым подшипникам), производятся в различных конструктивных исполнениях. К примеру, когда на узел действуют сразу несколько нагрузок, применяются комбинированные подшипники, в которых игольчатый подшипник комбинируется с другим типом подшипников (либо с радиальным шариковым, либо с радиально-упорным шариковым, либо с упорным цилиндрическим).

Иллюстрации: SNR

а - однорядный игольчатый подшипник,

б - комбинированный игольчатый подшипник

Некоторые конструкции игольчатых подшипников

П рименение :

Редукторы,

двигатели внутреннего сгорания ,

системы рулевого колеса,

тормозные системы,

опоры осей,

двигатели для моторных лодок,

электроинструмент,

копировальная техника,

факсовые аппараты,

агрегаты для продвижения бумажного листа,

Подшипники, можно назвать как техническое устройство, которое служит в виде опоры, для вращающихся валов и осей. Подшипники способны принимать осевые и радиальные нагрузки, которые непосредственно воздействуют на вал или ось, с последующей передачей на корпус, раму или же иные части конструкции.

В тоже время, подшипник должен удерживать вал в пространстве, давать возможность валу свободно вращаться, качаться или способствовать свободному линейному перемещению и с минимальной, энергопотерей. Качество подшипника влияет на КПД (коэффициент полезного действия), работоспособность ну и конечно на долговечность самой машины.

В зависимости от принципа работы, подшипники делятся на такие типы как:

газостатические подшипники;
качения подшипники;
газодинамические подшипники;
подшипники скольжения;
гидростатические подшипники;
подшипники гидродинамические;
подшипники магнитные.

Но в машиностроении, в основном, применяют подшипники качения и скольжения. Подшипник качения, состоит из двух колец и сепаратора, который и отделяет между собой кольца. По внутренней части наружного кольца и наружной части внутреннего кольца, выполнен желобок, — дорожка для качения, по которым катаются тела качения, в то время когда подшипник находиться в работе.

Классификация подшипников качения проводится на основе таких признаков:

Тела качения бывают:

Шариковые;
Роликовые;

По восприятию нагрузки:

Радиальные подшипники;
Подшипники Радиально-упорные;
Упорно-радиальные подшипники;
Подшипники упорные;
Линейные подшипники;

По имеющему количеству рядов для тел качения:

Однорядные подшипники;
Двухрядные подшипники;
Многорядные подшипники;

По возможной способности компенсировать имеющие перекосы валов:

Самоустанавливающиеся;
Несамоустанавливающиеся.

Машин, в которых бы не было вращающихся частей, очень мало. Части, такие как колеса, рычаги и барабаны, валы и оси и т.д., в любом случае присутствуют. Такими сведениями, должны обладать непременно те, кто имеет дело с автомобильным транспортом. Как уже известно, любая машина требует за собой достаточного ухода, ну и, наверное, многие, не догадываются, что опорные подшипники, в обязательном порядке нужно менять! Есть и другой вид — подшипники упорные, которые очень широко применяют в энергетике, металлургии, горнодобывающей промышленности. Особенность такого вида подшипников является конструкция, которая позволяет повысить скоростные качества, но и в тоже время, она не позволяет выдерживать более высокие нагрузки.

Упорные подшипники имеют свое целевое предназначение. Очень часто их используют в колёсах автомобилей и центрифугах, также используют в шпинделях и червячных редукторах, и не только. Радиально упорный подшипник, широко применяют в разных промышленных сферах, таких как: машиностроении и автомобилестроении, химической промышленности ну и в станкостроении. Радиально-упорный подшипник качения имеет конструкцию, которая состоит из: кольца внутреннего и наружного, тел качения. Тела качения у этого вида подшипников, могут иметь две формы, форму шара или конического ролика.

По самим телам качения, радиально-упорные подшипники, можно поделить на, роликовые (конические) и шариковые. Такой тип подшипников, отличается способностью воспринимать сразу два вида нагрузки (комбинированные нагрузки), а именно, радиальные и осевые. Максимально допустимая величина нагрузки, осевая или радиальная, зависит напрямую от угла точки соприкосновения тел качения, с дорожками качения. Наибольшее распространение, в общетехнических отраслях, имеют однорядные и двухрядные, возможно использования и подшипники шариковые радиально-упорные, которые имеют четырехточечный контакт.

Однорядные и двухрядные шариковые подшипники радиально-упорные, могут выпускаться как открытыми, так и на оборот, защитными шайбами металлическими ну или контактными уплотнениями. Подшипники, которые имеют четырехточечный контакт, имеют разъёмные внутренние или наружные кольца и предназначены они больше для восприятия нагрузок осевых. Обычно, шариковые радиально-упорные подшипники, сепараторы которых выполняют из стекло-наполненного полиамида, также вполне возможны выполнение со стальным штампованным сепаратором, ну или латунным точеным.

Роликовые конические радиально-упорные подшипники, имеют способность одновременно воспринимать два вида нагрузки, радиальные и осевые. Но, имеют значительно низкую допустимую частоту вращения, по отношению к подшипникам, которые имеют ролики, выполненные в виде цилиндра (цилиндрические). Способность принимать осевые нагрузки определяют углом конусности, которое имеет внешнее кольцо. При увеличении угла конусности, действующая осевая нагрузка, значительно увеличивается за счет того что радиальная уменьшается. При использовании таких подшипников категорически не допускается перекос оси вала и гнёзд опор, в которые они устанавливаются.

Роликовые подшипники радиально-упорные конические могут быть изготовлены таких типов как:

7000 – основная номенклатура;
27000 – с большим углом конусности;
97000 – двухрядные и
77000 – четырехрядные.

Типы 7000 и 27000, предназначены и применяются для восприятия осевых и радиальных нагрузок но, односторонних. Подшипники такого типа, требуют регулировку осевых зазоров и по одинокий монтаж внешних колец, не зависимо от того как при установке, так и во время процесса эксплуатации. Подшипники позволяют монтаж с предварительным натягом, но, монтаж производится при условии, что вал размещен на двух подшипниках, конических. Подшипники, принадлежащие типу 97000, имеют способность одновременно воспринимать осевые нагрузки, как двухсторонние, так и радиальные.

При необходимости изменения радиального толи осевого зазора, в подшипнике путём подшлифовывания дистанционного кольца, которое установлено посередине внутренних колец. Радиальная нагрузка, максимально допустимая превышает в 1,7 раз, по сравнению с радиальной нагрузкой у соответствующего однорядного подшипника. Радиальная осевая нагрузка подшипников такого типа, превышать 40% не должна, в отличие от неиспользованной допустимой нагрузки радиальной. Подшипники типа 77000 четырёхрядные, имеют назначение для восприятия небольших двусторонних осевых и больших радиальных нагрузок. Радиальная нагрузка такого подшипника в 3 раза превышает нагрузку у соответственного однорядного подшипника. Нагрузка осевая, превышать 20%, не должна, в отличие от неиспользованной допустимой нагрузки, радиальной.

Для конических подшипников, сепараторы изготавливаются из стали, видами штамповки или точением. По телам качения центрируют сепараторы, и придают форму конических роликов. Упорные подшипники принимают осевую нагрузку. Хорошей способностью принимать осевую нагрузку обладают, шариковые упорно одинарные подшипники, правда, что только, в одном направлении, но двойные подшипники воспринимают нагрузку, осевую, которая способна действовать в обоих направлениях. В тех случаях, когда действует комбинированная нагрузка, на подшипник, в первую очередь стоит выбирать из радиально-упорных роликовых и шариковых подшипников с коническими роликами. Тогда при этом, данная величина нагрузки осевой, воспринимаемой подшипником, полностью зависит от угла точки соприкосновения. Для повышения осевой грузоподъёмности, увеличивают угла контакта в подшипнике.

В тех случаях когда, нагрузка осевая превалирует над нагрузкой радиальной, в таких случаях стоит применять, подшипники радиально-упорные шариковые, которые имеют четырехточечный контакт, также возможно применение упорно-радиальных роликовых сферических. В тех случаях, когда возникает несоосность вала, либо корпуса, это может быть вызвано технологической погрешностью, либо прогибом валов под воздействием рабочих нагрузок, стоит применять шариковые сферические либо роликовые подшипники. Также возможен вариант применения, упорно-радиального подшипника. Для узлов, которые имеют неточности, иногда применяют радиальные шариковые подшипники, которые имеют сферическую поверхность наружного кольца, установленных в сферические отверстия корпуса.

Типы подшипников условное обозначения

	обозначения
Радиальные шариковые	0
Радиальные шариковые само установочные (сферические)	1
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами	2
Радиальный роликовый со сферическими роликами	3
Радиальный роликовый с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами	4
Радиальный роликовый с витыми роликами	5
Радиально – упорный шариковый	6
Конический роликовый	7
Упорный шариковый и упорно – радиальный шариковый	8
Роликовый упорный и роликовый упорно — радиальный	9

Подшипник качения (жирный) используется в качестве опоры вращающихся частей механизмов или машин.

Конструкция этого типа подшипника включает в себя два кольца – внутреннее, которое надевается на цапфу вала, и наружное, тела качения и сепаратор, который разделяет между собой тела качения и направляет их движение.

По форме тел качения, которые применяются, подшипник качения (жирный) может быть шариковым или роликовым.

Подшипники качения и скольжения имеют между собой принципиальное различие: в подшипнике качения (жирный) (см. рис. 1) работа происходит в условиях трения качения, а в подшипнике скольжения преобладающим видом трения является трение скольжения.

На наружной стороне внутреннего кольца и на внутренней стороне наружного кольца выполнены дорожки качения, при этом их геометрическая форма зависит от типа тел качения, применяемых в данном подшипнике. В некоторых случаях подшипник изготавливается с использованием одного кольца, тогда дорожка качения находится прямо на валу или на поверхности детали. Иногда конструкция подшипников качения не предусматривает наличия сепаратора. Применение подшипников качения без сепаратора (см. рис. 2) предпочтительно в тех случая, когда необходимы малые радиальные габариты.

Такие подшипники имеют большее количество тел качения, за счёт этого сила трения увеличивается, таким образом, происходит снижение предельной частоты вращения и обеспечивается большая грузоподъёмность подшипника качения.

Назначение по типу нагрузки

В зависимости от назначения подшипники качения подразделяются на четыре группы. Подбор подшипников качения должен происходить с учётом типа нагрузки. Радиальные однорядные подшипники используются для восприятия радиальных осевых нагрузок. Радиально-упорные используются в случае комбинированных нагрузок, т. е. радиальных и осевых. Упорно-радиальные используются в тех случаях, когда преобладают в основном осевые нагрузки и присутствуют незначительные радиальные.

Этот вид подшипника качения используется сравнительно редко. Упорный подшипник качения (жирный) применяется только для осевых нагрузок.

Выбор подшипников качения должен проводиться с учётом множества параметров, в числе которых – точность подшипника качения, величина fnp, долговечность и статическая грузоподъёмность.

Наряду со многими другими характеристиками, грузоподъёмность подшипника качения, пожалуй, один из наиболее важных параметров. При выборе подшипников инженерные работники руководствуются обычно специальными изданиями, например, очень полная номенклатура с указанием особенностей применения, множеством характеристик приведена в издании «Подшипники качения. Справочник», издательство «Металлург», год 1984.

Есть ещё один очень хороший каталог подшипников качения авторов Черменского и Федотова. Здесь рассмотрено все характеристики подшипников качения, маркировка подшипников качения, рассмотрены тела качения, особенности проектирования подшипникового узла, рекомендации по выбору подшипника качения, приведены таблицы условных обозначений подшипников качения, рассмотрены новые перспективные направления в разработке, вопросы выбора посадки подшипников качения, в том числе подшипники качения бейзельман. В общем, книга является неоценимым пособием, как для инженеров, так и для тех, перед кем встала необходимость подобрать подшипники качения.

Смазочные материалы

Очень важно учитывать такой момент, как смазка подшипников качения. Недостаточная смазка, или смазка некачественным смазочным материалом может стать причиной того, что любой подшипник качения выйдет из строя очень скоро.

В настоящее время существует очень большой ассортимент смазок для самых разных типов подшипников качения. Применяются как жидкие, так и твёрдые и пластичные смазочные материалы, но наиболее широко применяются пластичные, так как они обеспечивают наиболее благоприятные возможности для работы механизма.

Существуют разные смазки для различных условий работы подшипников:

Смазки универсальные пластичные;
Смазки для высоких и экстремально высоких температур;
Смазки пластичные для низких температур;
Смазки пластичные для высокооборотных подшипников;
Смазки, предназначенные для подшипников, работающих в условиях высоких и экстремально высоких нагрузок;
Смазки для пищевой промышленности;
Смазки специально для химически агрессивной среды;
Смазки пластичные противошумные;

Использование правильно подобранных масел обеспечивает хорошее отведение тепла, стабильность работы, способствует очищению подшипника качения (жирный) от продуктов, образующихся в процессе износа.

Классификация

Классификация подшипников качения по точности регламентируется классами. Во всех странах мира для обозначения класса точности подшипников качения используется единый стандарт, при этом класс указывают слева через тире.

Разработанный в нашей стране на подшипники качения ГОСТ 3395 обозначает типы подшипников качения и их конструктивные особенности.

По техническим требованиям роликовые и шариковые подшипники качения должны соответствовать ГОСТу 520.

Допуски и посадки подшипников качения должны соответствовать ГОСТ 3325-85

Таблица 1.

Поля допуска на диаметры отверстий корпусов подшипников качения и посадочных валов

Квалитеты

Поля допусков для отклонений

J s

Для вала

H 3

J s 3

g 4

H 4

J s 4

k 4

m 4

n 4

G*5

H*5

J s5

(j*5)

K*5

M*5

N*5

G 6

H 6

J s6

(j*6)

P*6

R*6

H*7

(e9)

(h10)

Квалитеты

Поля допусков для отклонений

J s

Для отверстия корпуса

g 4

H 4

J s 4

K* 4

M* 4

G*5

H *5

Js5

K*5

M*5

F*6

G 6

H 6

J s 6

(j6)

P*6

J s 7

(j*7)

P*7

E* 8

H*8

(e 9)

H*9

Диагностика и ремонт

В роторных механизмах подшипники качения (жирный) являются одним из самых уязвимых механизмов (см. рис. 3). Подшипник осуществляет пространственную фиксацию ротора, соответственно, большая часть нагрузок, возникающих в механизме, как статических, так и динамических, воспринимается именно подшипником, поэтому диагностика подшипников качения должна проводиться своевременно, чтобы не допускать снижения работоспособности механизма.

Оценка технического состояния проводится с помощью нескольких методов:

Метод ПИК-фактора; данный метод заключается в измерении уровня вибрации с помощью виброметра, затем вычисляются значения пиковой амплитуды вибрации и среднеквадратичное значение (СКВ). После вычисляется отношение этих двух значений. Достоинство данного метода заключается в его простоте, недостаток – в необходимости частых измерений в процессе эксплуатации.
Контроль подшипников качения методом анализа спектра вибросигнала. Данный метод обладает высокой помехозащищённостью, так как маловероятно, что в механизме могут присутствовать источники, создающие вибрации той же частоты, что и дефекты подшипника качения. С помощью спектрального анализа можно диагностировать детали подшипника качения, а не только весь его целиком, так как кольца, тела вращения и сепаратор имеют свои частоты;
Метод анализа спектра огибающей. Сложный и дорогостоящий метод, основанный на анализе модулирующих низких частот и высокочастотной составляющей. В случае, когда имеется дефект, даже зарождающийся, высокочастотная составляющая будет модулироваться низкочастотным сигналом. Таким образом, осуществляется более своевременный контроль, чем при использовании других методов, и можно вовремя выявить необходимость ремонта подшипника качения.
Метод измерения ударных импульсов, для которого применяется пьезоэлектрический датчик, основан на измерении и анализе затухающего колебания. Достоинство метода в том, что он не зависит от внешних помех. Подшипниковые узлы после соударения дефектов испускают излучение определённой частоты, которое быстро затухает, на осциллографе колебания выглядят как импульсы, что и дало название методу. Существует один недостаток метода, связанный с особенностями конструкции подшипника качения: необходимо, чтобы между датчиком и наружным кольцом подшипника качения (жирный) присутствовал массив металла.
Контроль подшипников качения проводится также методом прослушивания. Подшипник, находящийся в идеальном состоянии, обычно издаёт еле слышное жужжание. При наличии инородных частиц в дорожке наружного кольца может возникнуть неравномерный вибрирующий звук. Недостаточный зазор подшипника качения также может вызвать звенящий металлический шум. Причиной шума могут стать и усталостные раковины, и повреждения, возникшие во время монтажа, и недостаточная смазка подшипника качения. В каждом случае звук имеет особый характер, от стучащего или вибрирующего до громкого гула. Метод доступный и простой, но недостаток его в том, что повреждение выявляется слишком поздно, обычно уже тогда, когда требуется не ремонт подшипника качения, а его замена.

Подшипники качения — это два кольца, имеющие разнообразную форму и осуществляющие функцию качения тел. В конструкции подшипник качения имеет сепаратор, разделяющий между собой тела, при этом направляющий их движение и выполняющий контроль наличия одинакового между кольцами расстояния. Имеются на кольцах особые желоба, которые являются дорожками качения, по которым в процессе функционирования происходит перемещение тела качения.

Преимущества и назначение

Имеющиеся у подшипника качения особенности конструкции, дают возможность достигать хорошего трения качения, обеспечивая тем самым уменьшение потерь энергии, расходуемой на само трение, а так же способствует сокращению износа. Существует два типа подшипников качения:

Открытые.
Закрытые с крышкой защитной, не нуждающиеся в замене смазки.

Основное назначение таких деталей — это фиксация положения в плоскостях пространства, с созданием качения минимально возможного сопротивления, принимая и передавая на элементы конструкции нагрузки от подвижных узлов.

Существует несколько различных видов соединений с подшипниками данного типа. Достигается оно за счет того, что являются они опорой для элементов находящихся в движении, определяя расположение их в строении всего механизма и принимая значительные нагрузки. Как раз за счет этого гарантированно обеспечиваются преимущества данных деталей:

уменьшение коэффициента трения;
центрирование максимально точно вала;
небольшие осевые габариты.

Область использования

Все упомянутые выше достоинства и особенности конструкции обуславливают обширнейшую сферу использования этих подшипников. Так, к примеру, использоваться они могут в узлах конструкций авиационных для:

роторов двигателей;
несущих и рулевых винтов вертолёта;
воздушных винтов самолёта.

Подшипники качения справляются великолепно с радиальными и осевыми нагрузками, в том случае если не превышает скорость вращения средних показателей, что в свою очередь дает возможность использовать их для колёс шасси самолёта. Некоторые модели так же выполнять могут опорную функцию для валов со значительной длиной, при этом они непременно будут перекошены.

Подшипники, которые непригодны для работы со средними и повышенными скоростями вращения вала, использоваться могут в рычагах поршневых клапанов двигателя. Некоторые модели даже приспособлены для использования их со значительными нагрузками оси на малых скоростях. Это дает возможность применять такие подшипники в винтовых втулках, где при изменении шага винта с их помощью осуществляется поворот лопасти.