Что предпочтительнее использовать в конструкции стартеров подшипники скольжения или качения

Обновлено: 04.07.2024

Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.

| Что такое подшипники и их основные разновидности

Смотрите также :

Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников. Будет полезна студентам ВТУЗов и , возможно , молодым специалистам.

Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Основные разновидности подшипников

Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

Подшипники выполняют функции опор осей и валов

Подшипник линейного перемещения

В настоящее время широко находят применение подшипники:

По виду трения различают:

Подшипники скольжения

Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала ( часто используются цветные металлы ), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки

Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки

- В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS ₂ и WS ₂ ;

- в виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS ₂ / C , WS ₂ / C , TiC / C и наноалмаза;

- в виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода ( a - C : H ), аморфного углерода ( a -С), нитрида углерода ( C ₃ N ₄ ) и нитрида бора ( BN );

- в виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B ₄ C _, Al ₂ O ₃ , SiC , Si ₃ O ₄ , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN ,

- в виде чешуйчатых пленок из MoS ₂ и графита;

- в виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово,

- в виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка,

- в виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики,

- в виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита;

- полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен,

- жиры, мыло, воск (стеариновая кислота),

- керамика и металлокерамика.

- Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая;
- гидростатическая смазка;
- смазка под высоким давлением.

- Смешанная смазка (полужидкостная);

Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл ",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью ,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например , в гидроцилиндре экскаватора)

Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения , которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения ,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения ,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD

Требования к подшипнику

Подшипник качения

Гидродинамический подшипник

Типичное применение

из твердого металла

из пористого материала*

Большой объем хранения данных

Персональный компьютер, сервер

Высокие скорости вращения

Низкий уровень шума

Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)

Низкое потребление тока

Низкий крутящий момент

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Устойчивость к ударам

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Устойчивость к заклиниванию

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

Подшипники качения

Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , 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.

а - с шариковыми телами качения , б - с короткими цилиндрическими роликами , в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами , г - с коническими роликами ,

д - с бочкообразными роликами

Примечание : приведены только некоторые виды тел качения

В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника

Нагрузка

Высокая частота вращения

Восприятие перекоса

радиальная

осевая

комбинированная

Шариковый радиальный двухрядный сферический

Радиально-упорный однорядный шариковый

Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")

Шариковый с четырехточечным контактом

С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец

Упорный с коническими роликами

Упорно-радиальный роликовый сферический

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника , вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом , и / или смазыванием , и/или работой на высоких частотах вращения

Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

Магнитные подшипники

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника ( АМП )

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

а - схема компрессора с подшипниками качения ,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой , что , например , позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта , для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :

Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ;

6) Kazuhisa Miyoshi. Solid Lubricants and Coatings for Extreme Environments: State-of-the-Art Survey. NASA, 2007 ;
7) Needle Roller Bearings. Cat.№ 2300-VII/E. NTN;
8) Needle Roller Bearing Series General Catalogue. IKO;

9 ) NTN Technical Review №71. April 2004. OSAKA, JAPAN;

10 ) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др. DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC
BEARING SYSTEM FOR THE HTR-10. 2nd International Topical Meeting on HIGH TEMPERATURE REACTOR TECHNOLOGY . Beijing, CHINA, September 22-24, 2004 ;
11) Linear Motion Rolling Guide Series General Catalogue , IKO ;
12 ) Precision Rolling Bearings. C at . № 2260-II/E. NTN;
13 ) Spherical Plain Bearings. Сat.№5301-II/E. NTN;

Подшипники могут быть классифицированы в зависимости от трения и нагрузки, которую они воспринимают

По типу трения подшипники делятся на: подшипники скольжения — опорная поверхность вала или осей скользит по рабочей поверхности подшипника; качения — трение скольжения заменяется трением качения с использованием промежуточных тел качения.
В соответствии с воспринимаемой нагрузкой подшипники являются: радиальными — они воспринимают только радиальную нагрузку; осевые — воспринимают только осевую нагрузку; радиально-осевые — воспринимают радиальные и осевые нагрузки.
По возможности следовать или нет наклону линии упругого вала — саморегулирующиеся или не саморегулирующиеся.

Строим дом своими руками

Изобретение подшипников позволило создать множество сложных механизмов. Они стали незаменимым элементом многих конструкций и машин.

С помощью подшипников мы получаем ровное вращательное движение деталей, а также уменьшение трения между ними.

Типы подшипников

подшипники скольжения;
подшипники качения.

Каждый вид используется во многих сферах в зависимости от конструкции механизма.

Типов подшипников бывает много и их можно разделить на несколько видов:

подшипники качения;
подшипники роликового типа (в свою очередь имеют несколько подвидов);
радиальный тип;
двухрядные подшипники (предназначены для механизмов с повышенной нагрузкой на узлы);
роликовые подшипники с так называемой самостоятельной установкой;
радиально-упорные и много других.

Такое множество разнообразных видов подшипников позволяет собирать конструкции с большим количеством узлов и деталей.

Сфера применения

Подшипники используют повсюду. Даже самый маленький велосипед — и тот оснащен ими.

Благодаря уникальности, их применяют в металлургической промышленности, также их устанавливают на автомобили различного типа.

Шариковый тип подшипников применяют только в механизмах с небольшой нагрузкой, а также устанавливать их рекомендуют на небольшие валы по диаметру.

Для установки на валы, в которых присутствует большая нагрузка, используют роликоподшипники. Установка игольчатых подшипников производится на механизмы с небольшими размерами и очень высокими нагрузками внутри узлов. Такой тип устанавливают на различные станки и бытовую технику.

Шарнирные подшипники могут, например, устанавливать на систему управления самолетом.

Много видов подшипников применяется для уменьшения трения в авиации. Их могут устанавливать на разнообразные валы, а также их используют для различных соединений деталей шасси.

Многие виды подшипников скольжения присутствуют в различных центрифугах и шлифовальных станках.

Существуют также своеобразные магнитные подшипники. Они позволяют при помощи магнитного поля управлять вращениям детали, без ее касания к стенке. Такой тип подшипников используют в разнообразных моторах, генераторах, насосах и компрессорах.

Сфера применения таких механизмов очень широка, так как подшипник незаменимая часть любого механизма, где существует трение.

Типы подшипников

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения — это опоры для вращающихся элементов машин и агрегатов, работающих в условиях трения, совместно с рабочей жидкостью (маслом или газообразным веществом).

Подшипники скольжения являются одним из старейших элементов машин, используемых для создания подшипниковых узлов в общем машиностроении. Как таковые, они претерпели большое развитие и охватывают очень широкий спектр современного машиностроения и приборостроения, хотя их широкое использование ограничено.

Тем не менее, они сохранили некоторые важные области, где они имеют преимущественное или равное применение с подшипниками качения: подшипники, которые из-за технологических требований при установке должны быть двухкомпонентными (для коленчатых валов и т. д.), подшипники особо тяжелых валов, для которых требуется индивидуальное производство подшипников качения.

В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения бывают: радиальные — воспринимают только радиальную нагрузку; осевые — воспринимать только осевую нагрузку; радиально-осевые — воспринимают радиальные и осевые нагрузки. Шейки валов и осей, установленные в подшипниках скольжения, могут иметь различные геометрические формы вращения. На практике цилиндрические, бочкообразные или конические шейки в основном используются для облегчения производства. Каблуки цельные, в форме кольца, в форме гребня и сферические.

В зависимости от характера трения подшипники скольжения подразделяются на:

подшипники скольжения, рабочие поверхности которых касаются непосредственно шейки (пятки) вала или вала и работают в режиме смешанного трения. Во время смешанного трения слой масла, расположенный между двумя поверхностями скольжения, местами нарушается и обеспечивает их прямой контакт, что вызывает сухое трение и его износ;
подшипники скольжения, рабочие поверхности которых отделены от поверхностей вала масляным слоем, образованным при вращении вала (вала), и работают в режиме жидкостного трения — гидродинамических подшипников. Эти подшипники работают без внешнего источника давления;
подшипники скольжения, рабочие поверхности которых отделены от поверхностей вала масляным слоем под давлением, создаваемым внешним источником давления — гидростатические подшипники;
подшипники скольжения, рабочие поверхности которых отделены от вала (оси) при помощи воздуха (газа) под давлением, создаваемым внешним источником давления — аэростатические подшипники;
подшипники скольжения, рабочие поверхности которых отделены от поверхностей вала с помощью слоя сжатого воздуха (газа), создаваемого вращением вала на высокоскоростных аэродинамических подшипниках. Подшипники этого типа также работают с внешним источником давления для разгрузки подшипника при запуске и останове;
подшипники скольжения, рабочие поверхности которых отделены от вала (оси) вследствие магнитного равновесия внешней нагрузки.

Подшипники качения

Одним из основных требований к подшипникам является минимальный коэффициент трения. В этом отношении газовые подшипники имеют несомненное преимущество перед подшипниками качения (потери в газовых подшипниках обусловлены незначительным внутренним трением в газовом слое), но они значительно уступают последним с точки зрения грузоподъемности.

Трение в подшипнике на продукт реакции в опоре и радиус отверстия подшипника достигает 0,002 — для однорядных шарикоподшипников при радиальной нагрузке и 0,01 для игольчатых и конических роликоподшипников.

Преимущество подшипников качения состоит в том, что они позволяют заменить трение скольжения трением качения. Это упрощает систему смазки, уменьшает вероятность выхода из строя подшипника в случае короткого перерыва в смазке (в случае внезапного изменения нагрузки и скорости). Конструкция подшипников позволяет производить их в больших количествах в качестве стандартных изделий, что делает их производство экономически эффективным. По сравнению с подшипниками скольжения ролики имеют меньшие размеры в осевом направлении (в 2-3 раза), что обеспечивает ремонтопригодность агрегата и оценку его остаточной прочности.

К недостаткам подшипников качения относятся:

относительно большие размеры в радиальном направлении;
низкая радиальная устойчивость и, как следствие, склонность к колебаниям вала вследствие прохождения тел качения через нагруженную зону;
ограниченная скорость, связанная с кинематикой и динамикой тел качения (от центробежных сил, гироскопических моментов и т. д.);
низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при работе в агрессивных средах;
большее сопротивление вращению из-за трения между телами качения, подшипниковыми браслетами и сепаратором.

Применение подшипников

Виды подшипников и их применение взаимосвязаны отраслевыми производственными потребностями. Производители подшипников не приступают к разработке и выпуску определенных типоразмеров моделей без целевого назначения. Применяемость подшипников зависит от их устройства и специфики: некоторые модели можно назвать универсальными, а другие ― специальными. Поскольку в технических сферах, где применяют подшипники, работают множество различных узлов вращения, их назначение систематизируют производственные стандарты.

Подшипникостроение ― это интегральная отрасль, определяющая уровень индустриального развития, так как подшипники используются во всех остальных производственных секторах экономики, если не прямо, то опосредованно. За вековую историю индустриализации подшипники нисколько не утратили своего значения, не заменялись, и в ближайшее время не будут заменены узлами с другим принципом действия.

Где применяются подшипники

Коротко можно упомянуть лишь некоторое применение подшипников в технике различных отраслей.

Автомобилестроение. В каждом автомобиле вращается несколько десятков различных подшипников: в ходовой части (ступичные), в двигателе, в трансмиссии, сцеплении, рулевом управлении, в генераторах, кондиционерах, вентиляторах и даже амортизаторах.
Железнодорожный транспорт. Подшипники устанавливаются во всех ходовых буксах, удерживающих оси колес подвижного состава, а это миллионы единиц.
Станкостроение. В каждом станке подшипники передают вращение на функциональную область, позволяя вести механическую металлообработку деталей.
Энергетика. Роторы всех электродвигателей и генераторов различных видов, вырабатывающих и преобразующих электрический ток, вращаются на подшипниках.
Добыча и переработка полезных ископаемых. Здесь подшипники работают в узлах вращения буровых установок, скважинных насосов, двигателях и компрессорах насосного оборудования для перекачки, в горнодобывающем, подъемном оборудовании, в дробилках.
Металлургия. Подшипниками оснащаются прокатные станы, отрезные установки, печные агрегаты и гидравлические приводы.
Сельское хозяйство. Множество различных подшипников выпускается для установки в тракторах, комбайнах, косилках, доилках, мельницах, сушилках.
Пищевая и фармацевтическая промышленность. Подшипники участвуют в работе производственных линий, мешалок, сепараторов, экструдеров и фасовок.

Кроме этого, подшипники используются в производстве бытовой техники, электроинструмента и приборов индивидуального использования, начиная с велосипеда и заканчивая компьютером.

Область применения подшипников определяют его вид, тип, конструктивные особенности и размерная серия. Например, подшипники скольжения применяются чаще в тяжелых и тихоходных узлах вращения с невозможностью частого обслуживания. Также такие подшипники незаменимы для линейного перемещения.

Назначение подшипника качения больше зависит от направления воздействующих на него сил. Так, радиальные подшипники устанавливаются в скоростных узлах вращения без осевого давления: шпиндели станков, редукторы, электродвигатели, электроинструмент.

Радиально-упорные подшипники выдерживают высокие частоты вращения с осевой нагрузкой: ступицы и трансмиссии авто- мото- транспорта, ветро- водо- генераторы, авиация, ж/д.

Упорные подшипники воспринимают только осевую нагрузку, устанавливаются в таких узлах, как вертикальные опоры, поворотные платформы, выжимной подшипник сцепления.

Классификация подшипников качения

Подшипники качения можно классифицировать по следующим характеристикам:

По форме тел качения — шарик и ролик. По форме ролики делятся на подшипники с короткими цилиндрическими роликами, бочкообразные ролики, игольчатые ролики, конические ролики, витые ролики.
По направлению сил, воспринимаемых вокруг оси вала — радиальные, воспринимающие в основном нагрузки, действующие перпендикулярно оси вращения подшипника; радиально-осевые, принимающие одновременно действующие радиальные и осевые нагрузки, аксиально-радиальные, принимающие осевые нагрузки и одновременно действующие с ними незначительные радиальные нагрузки; осевые, воспринимающие только осевые силы.
По их способности к саморегуляции.
По количеству рядов тел качения в осевом направлении — одиночные ряды; двухрядные и многорядные.
По форме отверстия внутреннего браслета — с цилиндрическим или коническим отверстием.
С точки зрения габаритных размеров в осевом направлении — особенно легкий, легкий, легкий широкий, средний, средний широкий и тяжелый.
По классу точности производства — в мире существует две основные системы регулирования точности подшипников качения. Первая — система ISO (классы P0; P6; P5; P4; P2), вторая — AFBMA, которая используется многими американскими, западноевропейскими и японскими компаниями.
По назначению: общего назначения (серийные и из них выбираются подшипники с разным классом точности) и специальные (например, для транспортного машиностроения).

Виды подшипников

Классифицируются они по наличию/отсутствию трущихся поверхностей:

контактные (качения и скольжения);
бесконтактные (магнитные).

Подшипники скольжения способны действовать в воде, в условиях вибрации и ударных нагрузках. Им безразлично сильное вращение. Их можно устанавливать там, где требуется разъёмный подшипник. Такие подшипники позволяют регулировать зазор, что обеспечивает точность установки геометрической оси вала. Как видно плюсов много, но и минусы есть. К ним можно отнести высокие потери на трение, как следствие – низкий КПД, а так же сложность производства. Кроме того их приходится постоянно смазывать, а износ подшипников происходит неравномерно с цапфой.

У подшипников качения есть свои преимущества. Во-первых, КПД значительно выше, а при спуске момент трения в несколько раз меньше. Во-вторых, экономятся расходные материалы. Это и редкие металлы, и смазка, которой нужно значительно меньше. В-третьих, такие подшипники легко обслуживать и ремонтировать, так как они легко взаимозаменяемы. Но подшипники качения проблематично использовать при больших нагрузках и скоростях, вибрациях, ударах. Ситуацию усложняютдовольно большие размеры и масса. А из-за погрешностей формы такие подшипники довольно шумные.

Магнитные подшипники имеют достаточно высокую грузоподъёмность и механическую прочность. С ними можно осуществить устойчивую бесконтактную подвеску тела, а так же изменение жёсткости в больших пределах. Они показывают хорошие результаты, работая в вакууме, жаре и холоде, а так же при сильном вращении. К сожалению, такие подшипники нуждаются в сложной и дорогой управленческой аппаратуре и подзарядке.

Подшипник – изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает 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]

Силы, нагружающие подшипник, подразделяют на:

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

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

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.

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 бывает:

жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников);
пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.);
твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.);
газообразной (различные инертные газы, азот и др.).

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).

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);

радиальные;
осевые (упорные, подпятники);
радиально-упорные;

неразъёмные (втулочные);
разъёмные (состоящие из корпуса и крышки);
встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);

с одним клапаном;
с несколькими клапанами;

нерегулируемые;
регулируемые.

Классы подшипников скольжения приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Классы подшипников скольжения

Группа	Класс	Способ смазки	Вид трения	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, ходовые колёса мостовых кранов
	2	обычно непрерывная	полужидкостное	0,02-0,10	кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки	линейные и формовочные машины, кузнечно-прессовое оборудование, прокатные станы, грузоподъёмные машины
	3	масляная ванна или кольца		0,001-0,020	мало меняющиеся по величине и направлению усилия, большие и средние нагрузки	буксы вагонов, тяжёлые станки, мощные электрические машины, тяжёлые редукторы, текстильные машины
	3	под давлением		0,001-0,020	переменная нагрузка	газовые двигатели, тихоходные и судовые двигатели
II	4	кольца, комбинированный или под давлением	жидкостное	0,0005-0,0050	малые окружные скорости валов, особо тяжёлые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках	электрические машины средней и малой мощности, лёгкие и средние редукторы, центробежные насосы и компрессоры, прокатные станы
II	5	под давлением	жидкостное	0,005-0,050	слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения	паровые котлы, водяные турбины, газовые турбины, осевые вентиляторы, турбокомпрессоры

Достоинства подшипников скольжения:

надёжность в высокоскоростных приводах;
способность 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;
возможность работы в воде;
допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала;
экономичны при больших диаметрах валов.

Недостатки подшипников скольжения:

в процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой;
сравнительно большие осевые размеры;
большие потери на трение при пуске и при несовершенной смазке;
большой расход смазочного материала;
высокие требования к температуре и чистоте смазки;
пониженный КПД;
неравномерный износ подшипника и цапфы;
применение более дорогих материалов;
повышенный шум.

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, которые имеют большое 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 подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

по виду тел качения:
- шариковые;
- роликовые (игольчатые, если ролики тонкие и длинные);
- 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);
- однорядные;
- двухрядные;
- многорядные;
- самоустанавливающиеся;
- несамоустанавливающиеся.
Примеры подшипников различных типов представлены на рисунке 1 [4].

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)

Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей. Они воспринимают силы, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины.

Качество подшипников в значительной степени определяет надежность машин.

В зависимости от наличия вида трения подшипники делят на подшипники скольжения и подшипники качения.

В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

радиальные — воспринимают радиальные силы, перпендикулярные оси цапфы;

упорные — воспринимают осевые силы;

радиально-упорные — воспринимают радиальные и осевые силы.

Упорные подшипники часто называют подпятниками.

Конструкции подшипников. В подшипниках скольжения опорные поверхности вала — цапфы — скользят при вращении по поверхностям вкладышей.

Вал и вкладыши частично или полностью разделяются смазочным материалом.

В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств.

Конструкции подшипников разнообразны и зависят от конструкции машины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 28.1).

Подшипники, приведенные на рис. 28.2 и 28.3, имеют отдельный корпус, который крепят к станине машины.

Подшипники скольжения делят на неразъемные (см. рис. 28.2) и разъемные (см. рис. 28.3).

Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скорости скольжения и работе с перерывами (механизмы управления).

Разъемные подшипники имеют основное применение в общем и особенно в тяжелом машиностроении. Они облегчают монтаж и ремонт машины.

Рис. 28.1. Неразъемный подшипник, встроенный в станину машины:

1 — втулка со смазочной канавкой 2; 3 — стопорный винт; 4 — станина машины

Рис. 28.2. Фланцевый (неразъемный) подшипник

Рис. 28.3. Подшипник с разъемным корпусом и вкладышем:

При большой длине цапф применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 28.4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от деформации вала и неточностей монтажа, обеспечивая равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша.

Пример конструкции подпятника показан на рис. 28.5.

Достоинства подшипников скольжения:
- 1. Надежно работают в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих условиях имеют малую долговечность).
- 2. Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки вследствие больших размеров рабочей поверхности и высокой демпфирующей способности масляного слоя.
- 3. Работают бесшумно.
- 4. Имеют сравнительно малые радиальные размеры (см. рис. 28.1).
- 5. Разъемные подшипники допускают установку их на шейки коленчатых валов; при ремонте не требуют демонтажа муфт, шкивов и т. д.
- 6. Для тихоходных машин могут иметь весьма простую конструкцию (см. рис. 28.2).
- 7. Могут работать в воде и агрессивной среде.
- 1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазочного материала ведет к отказу подшипника.
- 2. Имеют сравнительно большие осевые размеры.
- 3. Значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке.
- 4. Большой расход смазочного материала, необходимость его очистки и охлаждения.
Рис. 28.4. Самоустанавливающийся подшипник:

1 — баббитовая заливка

Рис. 28.5. Подпятник

Применение. Подшипники скольжения применяют в машино- и приборостроении, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:

Читайте также: