Подшипники качения

Подшипники качения – часть опоры вала (или вращающейся оси), воспринимающая от него радиальные, осевые и радиально-осевые нагрузки, работающая в условиях трения качения. Подшипники качения имеют ряд преимуществ перед подшипниками скольжения. К основным их достоинствам, по сравнению с подшипниками скольжения относятся меньшие затраты энергии на процесс трения (момент трения в шарикоподшипниках примерно в 3-6 раз меньше, чем в подшипниках скольжения). Кроме этого они имеют меньшие габаритные размеры по ширине, меньший расход смазочных материалов.

Недостатками подшипников качения являются: ограниченные возможности работы при больших нагрузках и частотах вращения, большие габаритные размеры по диаметру, а также невозможность разъема. К недостаткам можно отнести сравнительно высокую стоимость и возможность изготовления только на специализированном оборудовании. Подшипники качения стандартизованы.

Конструктивно подшипник качения (см рис 1.а) представляет сборочную единицу, основными деталями которой являются тела качения – шарики или ролики различной формы 3, установленные между кольцами 1,2 и сепаратор 4, разделяющий тела качения.

рис. 1.а

Внутреннее кольцо насаживается на вал, наружное устанавливается в корпусе опорного узла машины.

Отдельные конструкции подшипников качения имеют более сложное устройство и включают другие детали, например закрепительные втулки, защитные шайбы, войлочные уплотнения и др.

Подшипники качения классифицируются по следующим основным признакам: 1) по направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, радиально-упорные и упорные; 2) по форме тел качения – шариковые и роликовые, причем последние могут быть с различными видами роликов (см. рис. 1.б); 3) по числу рядов тел качения – однорядные и многорядные; 4) по способности самоустанавливаться – самоустанавливающиеся (сферические) и несамоустанавливающиеся. По габаритным размерам подшипники делятся на пять серий: свехлегкая, особо легкая, средняя и тяжелая, в зависимости от ширины делятся на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

На рис. 2 представлены основные типы подшипников качения.

рис.2

Схемное (упрощенное) изображение подшипников качения.

Без указания типа подшипника	С указанием типа подшипника (а,в,ж,и)

Радиальные шариковые и роликовые (рис. 2. а,в) подшипники воспринимают главным образом радиальные нагрузки. Однорядные радиальные шарикоподшипники (рис. 2. а) дают возможность передавать и осевую нагрузку в пределах 60% от неиспользованной радиальной. Радиальные двухрядные сферические подшипники (рис. 2.б) используются при недостаточно жестких двухопорных валах, а также при невозможности обеспечить строгую соосность опор. Они передают осевую нагрузку до 20% от неиспользованной радиальной.

Грузоподъемность роликоподшипников при тех же габаритных размерах значительно выше, чем шарикоподшипников (контакт по линии). Однако потери на трение больше: для шарикоподшипников , для роликоподшипников . Роликовые подшипники чувствительны к перекосу валов более, чем шариковые. Роликовые подшипники с двумя бортами на одном из колец и одним бортом на другом (рис. 2.в) дают возможность передавать односторонние осевые нагрузки. Подшипники с витыми роликами хорошо противостоят радиальным нагрузкам. Они не фиксируют вал в осевом направлении, менее чувствительным к перекосам, чем подшипники с длинными цилиндрическими роликами.

Игольчатые подшипники (рис. 2.д) предназначаются для восприятия больших радиальных нагрузок в опорах, размеры которых ограничены в радиальном направлении. Иголки имеют размеры: в диаметре не более 5 мм и длина от 4 до 12 диаметров. Как правило сепаратор не используется. Работают игольчатые подшипники как при малых, так и при больших частотах вращения.

Радиально-упорные шарико- и роликоподшипники предназначены для восприятия одновременно действующих радиальных и осевых нагрузок одного направления.

Конические роликовые радиально-упорные подшипники (рис. 2.ж) служат для восприятия значительных радиальных и осевых нагрузок одного направления. Эти подшипники несамоустанавливающиеся и чувствительны к перекосу осей вала и расточек корпуса. Поэтому применяют двухрядные конические роликовые подшипники (рис. 2.з)

Упорные шарико- и роликоподшипники предназначаются для восприятия осевых нагрузок. При больших частотах вращения работают неудовлетворительно.

Подшипники качения маркируются нанесением на торцы колес цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тми, конструктивные особенности и другие признаки.

Нагрузка на тела качения распределяется неравномерно (см. рис.3).

рис.3

Поэтому основными причинами потери работоспособности подшипников является усталостное выкрашивание поверхностей тел качения и беговых дорожек, абразивный износ при попадании пыли и абразивных частиц, пластические деформации из-за действия ударных нагрузок. Кроме этого наблюдается разрушение сепаратора от действия центробежных сил и тел качения.

Выбор подшипников производится по каталогам и состоит из подбора типа подшипника и определения его наиболее рациональных размеров. Подшипники качения рассчитываются на долговечность (ресурс) по динамической и статической грузоподъемности. Методы расчета стандартизированы и соответствуют рекомендациям ИСО.

Смазка подшипников качения является необходимым условием правильной и надежной работы опор валов и осей. Основное назначение смазки: уменьшение трения, отвод тепла, уменьшение шума при работе подшипника. Кроме того смазка защищает от коррозии. Используются консистентные и жидкие смазки. Консистентные смазки используют при окружных скоростях до . Существуют различные системы смазки.

Уплотнительные устройства (рис. 4)

рис.4

Служат для предохранения подшипников от попадания в них пыли, грязи, а также для того, чтобы предотвратить вытекание из них масла. Уплотнения делятся на : 1) контактные; 2) щелевые ; 3) лабиринтные ; 4) защитные мазеудерживающие кольца и маслоотражательные шайбы. Наибольшее распространение получили контактные уплотнения из войлочных (рис. 3.а), фетровых (рис. 3.б) и кожаных (рис. 3 в,г) колец. Они наиболее просты и дешевы, хорошо предохраняют от грязи и вытекания масла при скоростях , рекомендуются для машин работающих в обычных незагрязненных помещениях.

Щелевые и лабиринтные уплотнения (рис. 3.д,е) применяются в быстроходных узлах и являются одним из наиболее совершенных и надежных типов уплотнений. Работа их не ограничена окружной скоростью, температурой узла, видом его смазки. Малый зазор сложной извилистой формы, между вращающейся и неподвижной частями узла, заполненный консистентной смазкой, предохраняет подшипники от грязи и препятствует вытеканию масла.

Кроме этого используются стандартные (рис .4.ж) уплотнительные манжеты (резинометаллические), позволяющие обеспечить надежное уплотнение валов вращающихся со скоростями до , при избыточном давлении в корпусе механизма до 0,1 МПа .