admin / 26.12.2018

Что такое подшипник

Подшипник

У этого термина существуют и другие значения, см. Подшипник (значения). Подшипник качения с неподвижным внешним кольцом Радиальный сепараторный шариковый подшипник и шарики в сепараторе от радиально-упорного подшипника, соответственно Радиальные сепараторные шариковые подшипники; слева — двухрядный самоустанавливающийся, справа — однорядный радиальный

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.

Подшипники качения

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

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

Также существуют насыпные подшипники, состоящие из сепаратора и вставленных в него шариков (см. рис. ниже), 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);
  • 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

Механика

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
n c = n 1 2 ( 1 − D ω d m ) {\displaystyle n_{c}={\frac {n_{1}}{2}}\left(1-{\frac {D_{\omega }}{d_{m}}}\right)}

где n1 — частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,
Dω — диаметр шарика.
dm = 0,5(D+d) — диаметр окружности, проходящей через оси всех тел качения (шариков или роликов).

Частота вращения шарика относительно сепаратора
n s p = n 1 2 ( d m D ω − D ω d m ) {\displaystyle n_{sp}={\frac {n_{1}}{2}}\left({\frac {d_{m}}{D_{\omega }}}-{\frac {D_{\omega }}{d_{m}}}\right)}

Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца
n c ∗ = n 3 2 ( 1 + D ω d m ) {\displaystyle n_{c*}={\frac {n_{3}}{2}}\left(1+{\frac {D_{\omega }}{d_{m}}}\right)}

где n3 — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.

Для радиально-упорного подшипника
n c = n 1 2 ( 1 − D ω cos ⁡ α d m ) {\displaystyle n_{c}={\frac {n_{1}}{2}}\left(1-{\frac {D_{\omega }\cos \alpha }{d_{m}}}\right)}

n s p = n 1 2 ( d m D ω − D ω cos 2 ⁡ α d m ) {\displaystyle n_{sp}={\frac {n_{1}}{2}}\left({\frac {d_{m}}{D_{\omega }}}-{\frac {D_{\omega }\cos ^{2}\alpha }{d_{m}}}\right)}

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

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

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

F c = 0 , 5 m d m ω c 2 {\displaystyle F_{c}=0,5md_{m}\omega _{c}^{2}} ,

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

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

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

M r = J ω c ω s p {\displaystyle M_{r}=J\omega _{c}\omega _{sp}}

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

M r = J ω c ω s p sin ⁡ α {\displaystyle M_{r}=J\omega _{c}\omega _{sp}\sin \alpha }

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

Под действием гироскопического момента каждый шарик получает дополнительное вращение вокруг оси, перпендикулярной плоскости, образованной векторами угловых скоростей шарика и сепаратора. Такое вращение сопровождается изнашиванием поверхностей качения, и для предотвращения вращения подшипник следует нагружать такой осевой силой, чтобы соблюдать условие T f = M r {\displaystyle T_{f}=M_{r}} , где Tf — момент сил трения от осевой нагрузки на площадках контакта шариков с кольцами.

Условное обозначение подшипников качения в СССР и России

Основная статья: Маркировка подшипников качения

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

Вкладыши (втулки) подшипников 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 кальция сульфоната 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

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
  • Линейные и формовочные машины
  • Кузнечно-прессовое оборудование
  • Прокатные станы
  • Грузоподъёмные машины
3 Масляная ванна или кольца 0,001…0,02 Мало меняющиеся по величине и направлению усилия большие и средние нагрузки
  • Буксы вагонов
  • Тяжёлые станки
  • Мощные электрические машины
  • Тяжёлые редукторы
  • Текстильные машины
Под давлением Переменная нагрузка
  • Газовые двигатели
  • Тихоходные и судовые двигатели
II
4 Кольца, комбинированный или под давлением Жидкостное 0,0005…0,005 Малые окружные скорости валов, особо 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
5 Под давлением 0,005…0,05 Слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения
  • Паровые котлы
  • Водяные турбины
  • Газовые турбины
  • Осевые вентиляторы
  • Турбокомпрессоры

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

  1. ПОДШИПНИК | Онлайн Энциклопедия Кругосвет
  2. Смазка для подшипников. podshipnikcentr.ru. Дата обращения 23 марта 2016.

Ссылки

подшипник в Викисловаре

Подшипник на Викискладе

Для улучшения этой статьи желательно:

  • Викифицировать статью.
  • Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное.
  • Проставив сноски, внести более точные указания на источники.

Составляющие доски

Дека • Подшипники • Подвеска • Колеса • Шкурка

Виды скейтов

Pumgo • Stowboard • T-Board • Дертсерф • Лонгборд • Маунтинборд • Мотоборд • Роллерсерф • Снейкборд • Фингерборд • Флоуборд • Фриборд

Стили катания

Фристайл • Верт • Флэтленд • Стрит

Виды трюков

Ollie • Флипы • Грэбы • Грайнды • Слайды • Мануалы • Липы

Культура

История • Бренды • Видеоигры • Скейтпарк

Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%B8%D0%BA

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.

Постоянный адрес статьи: www.snr.com.ru/e/about_bearings/about_bearing.htm

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения, замечания и комментарии на электронном адресе: http://www.liveinternet.ru/users/snr_com_ru_news/post123049037/ Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!

Внимание! Доступна новая версия статьи! Подробнее: http://www.prompk.ru/ntn-snr/e/about_bearings/about_bearing.htm

Обсуждение новой версии статьи: http://www.liveinternet.ru/users/prompk_ru/post205546614/

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:

  • контактные (имеющие трущиеся поверхности) — подшипники качения и скольжения;

  • бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) — магнитные подшипники.

По виду трения различают:

  • подшипники скольжения, в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

  • подшипники качения, в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

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:

  • жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала, непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;

  • граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки;

  • сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности, жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;

  • газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа, трение минимально.

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки

Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки

Сухая

— В наноструктурном состоянии: С, BN, MoS2 и WS2;

— в виде нанокомпозиционных покрытий: WC/C, MoS2 /C, WS2/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 (C3N4) и нитрида бора (BN);

— в виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC, B4C, Al2O3, SiC, Si3O4 , TiC, TiN, TiCN, AIN и BN,

— в виде чешуйчатых пленок из MoS2 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;

— углерод;

— полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен,

— жиры, мыло, воск (стеариновая кислота),

— керамика и металлокерамика.

Жидкостная

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

Тонкопленочная

— Смешанная смазка (полужидкостная);

— граничная смазка.

Газовая

Газодинамическая смазка

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

б)

а)

в)

г)

а — внешний вид,

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:

  • допускают высокую скорость вращения;

  • позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;

  • экономичны при больших диаметрах валов;

  • возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);

  • допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.

а)

б)

в)

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)

Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделей в широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также — создать более компактные HDD (0,8-дюймовые)

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

Однократные биения

o**

+

+

Персональный компьютер, сервер

Высокие скорости вращения

+

+

Сервер

Низкий уровень шума

Низкий уровень шума

+

++

++

Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)

Низкое потребление тока

Низкий крутящий момент

+

+

+

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Устойчивость к ударам

Устойчивость к ударам

+

++

++

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Безотказность

Устойчивость к заклиниванию

++

о

+

Все компьютеры

Жесткость

Жесткость

++

о

о

Сервер

Примечание:

* — данные приведены для NTN BEARPHITE;

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

Недостатки подшипников скольжения:

  • высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95… 0,98);

  • необходимость в непрерывном смазывании;

  • неравномерный износ подшипника и цапфы;

  • применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;

  • относительно высокая трудоемкость изготовления.

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)

б)

в)

г) д)

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

+*

+

+

+++

о

Шариковый радиальный двухрядный сферический

+

о

о

++

+++

Радиально-упорный однорядный шариковый

+

+

++

++

о

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

++

+

++

+

Шариковый с четырехточечным контактом

о

+

+

++

х

С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец

+++

х

х

+++

х

С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец

+++

о

о

+++

х

Радиальный игольчатый

+++

х

х

о

х

Сферический роликовый

+++

+

+++

+

+++

Конический роликовый

++

++

++

+

о

Упорный шариковый

о

+

о

+

х

Упорный с коническими роликами

о

++

о

о

х

Упорно-радиальный роликовый сферический

о

+++

++

+

+++

Примечание:

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

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

  • значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;

  • в 10…20 раз меньше момент трения при пуске;

  • экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

  • меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

  • простота обслуживания и замены;

  • меньше расход смазочного материала;

  • невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;

  • простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.

а)

б)

в)

г)

д)

e)

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:

  • ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

  • непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

  • значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

  • шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

  • сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

  • повышенная чувствительность к неточности установки;

  • высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Магнитные подшипники

Магнитный подшипник

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:

  • электростатические;

  • на постоянных магнитах;

  • активные магнитные;

  • LC- резонансные;

  • индукционные;

  • кондукционные;

  • диамагнитные;

  • сверхпроводящие;

  • магнитогидродинамические.

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:

  • относительно высокая грузоподъемность;

  • высокая механическая прочность;

  • возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

  • возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

  • возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях…

а)

б)

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:

  • турбокомпрессоры и турбовентиляторы;

  • турбомолекулярные насосы;

  • электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);

  • турбодетандеры;

  • газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;

  • инерционные накопители энергии.

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

Список источников

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

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

14) Torbjorn A. Lembke. Induction Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2003;
15) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 2001;
16) Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. — СПб.: Политехника, 2003;
17) Орлов П.И. Основы конструирования/Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1988;

18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003.

Источник: http://www.snr.com.ru/e/about_bearings/about_bearing.htm

Подшипник качения с неподвижным внешним кольцом

Подши́пник (англ. bearing)(от слова шип) — 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. Изобрел подшипник в 1829 году чешский лесник Йозеф Рессел.

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

Основные параметры подшипников:

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

Нагружающие подшипник силы подразделяют на:

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

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

Подшипники качения состоят из двух колец, тел качения (различной формы) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба — дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

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

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют 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;
  • По типу воспринимаемой нагрузки
    • Радиальные,
    • Радиально-упорные,
    • Упорно-радиальные,
    • Упорные,
    • Линейные;
  • По числу рядов тел качения
    • Однорядные,
    • Двухрядные,
    • Многорядные;
  • По способности компенсировать перекосы валов
    • Самоустанавливающиеся,
    • Несамоустанавливающиеся.

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

Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника

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

Частота вращения шарика относительно сепаратора

Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца

где n3 — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.

Для радиально-упорного подшипника

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

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

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

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

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

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

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

где — полярный момент инерции массы шарика;
ρ — плотность материала шарика;
ωsp и ωс — соответственно угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси и вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора).

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

Условное обозначение подшипников качения в России

Подшипники с российской маркировкой на выставке. Чашечные подшипники, шарикоподшипники специального назначения и шарикоподшипниковые узлы.

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 сокращается 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.

Схема 1 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия до 10 мм, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь.

X XX X 0 X X
6 5 4 3 2 1
  1. диаметр отверстия, один знак;
  2. серия диаметров, один знак;
  3. знак ноль;
  4. тип подшипника, один знак;
  5. конструктивное исполнение, два знака;
  6. размерная серия (серия ширин или высот), один знак.

Схема 2 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия от 10 мм и выше, кроме подшипников с диаметрами отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаемые через дробь.

X XX X X XX
5 4 3 2 1
  1. диаметр отверстия, два знака;
  2. серия диаметров, один знак;
  3. тип подшипника, один знак;
  4. конструктивное исполнение, два знака;
  5. размерная серия (серия ширин или высот), один знак.

Знаки условного обозначения:

Слева:

  • категория подшипника;
  • момент трения;
  • группа радиального зазора по ГОСТ 24810;
  • класс точности.

Справа:

  • материал деталей;
  • конструктивные изменения;
  • температура отпуска;
  • смазочный материал;
  • требования к уровню вибрации.

Обозначение диаметра отверстия

Знак обозначающий диаметр отверстия схемы 1 с диаметром отверстия до 10 мм должен быть равен номинальному диаметру отверстия, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь. Если диаметр отверстия подшипника — дробное число, кроме величин перечисленных ранее, то он имеет обозначение диаметра отверстия округлённого до целого числа, в этом случае в его условном обозначении на втором месте должна стоять цифра 5. Двухрядные сферические радиальные подшипники с диаметром отверстия до 9 мм сохраняют условное обозначение по ГОСТ 5720.

Два знака обозначающие диаметр отверстия схемы 2 с диаметром отверстия от 10 мм до 500 мм если диаметр кратен 5, обозначаются частным от деления значения диаметра на 5.

Обозначение подшипников с диаметром отверстия 10, 12, 15 и 17 как 00, 01, 02, 03 соответственно. Если диаметр отверстия в диапазоне от 10 до 19 мм отличается от 10, 12, 15 и 17 мм, то ему присваивается обозначение ближайшего из указанных диаметров, при этом на третьем месте основного обозначения ставится цифра 9.

Диаметры отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь (например: 602/32 (д=32мм)

Диаметры отверстия, равные дробному или целому числу, но не кратное 5, обозначаются целым приближенным частным от деления значения диаметра на 5. В основное условное обозначение таких подшипников на третьем месте ставится цифра 9.

Подшипники имеющие диаметр отверстия 500 мм и более, внутренний диаметр обозначается как номинальный диаметр отверстия.

Обозначение размерных серий

Размерная серия подшипника — сочетание серий диаметров и ширин (высот), определяющее габаритные размеры подшипника. Для подшипников установлены следующие серии (ГОСТ 3478):

  • диаметров 0, 8, 9, 1, 7, 2, 3, 4, 5;
  • ширин и высот 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Перечень серий диаметров указан в порядке увеличения размера наружного диаметра подшипника при одинаковом внутреннем диаметре. Перечень серий ширин или высот указан в порядке увеличения размера ширины или высоты.

Серия 0 в обозначении не указывается.

Нестандартные подшипники по внутреннему диаметру или ширине (высоте) имеют обозначение серии диаметра 6, 7или 8. Серия ширин (высот) в этом случае не проставляется.

Обозначение типов подшипников

Типы подшипников обозначаются согласно таблице 1.

Таблица 1

Обозначение типов подшипников.

Тип подшипника Обозначение
Шариковый радиальный 0
Шариковый радиальный сферический 1
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами 2
Роликовый радиальный сферический 3
Роликовый игольчатый или с длинными цилиндрическими роликами 4
Радиальный роликовый с витыми роликами 5
Радиально-упорный шариковый 6
Роликовый конический 7
Упорный или упорно-радиальный шариковый 8
Упорный или упорно-радиальный роликовый 9

Обозначение конструктивного исполнения

Конструктивные исполнения для каждого типа подшипников, согласно ГОСТ 3395, обозначают цифрами от 00 до 99.

Знаки дополнительного обозначения

Слева от основного обозначения ставят знаки:

  • класс точности по ГОСТ 520-89 в порядке повышения точности:

0, 6, 5, 4, 2, Т — для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;
0, 6, 5, 4, 2 — для упорных и упорно-радиальных подшипников;
0, 6Х, 6, 5, 4, 2 — для роликовых конических подшипников.
Установлены также дополнительные классы точности 8 и 7 — ниже класса точности 0, изготовляются по заказу потребителей для применения в неответственных узлах.

  • группа радиального зазора по ГОСТ 24810-81 (1, 2…9; для радиально-упорных шариковых подшипников обозначают степень преднатяга 1, 2, 3);
  • момент трения (1, 2…9);
  • категорию подшипников (А, В, С).

Справа от основного обозначения ставят знаки:

  • материал деталей подшипников(например, Е — сепаратор из пластических материалов, Ю — детали подшипников из нержавеющей стали, Я — подшипники из редко применяемых материалов (твёрдые сплавы, стекло, керамика и т. д.), W — детали подшипников из вакуумированной стали, А — обозначение подшипника повышенной грузоподъёмности, Х,Х1 — кольца и тела качения или только кольца (в том числе одно кольцо) из цементируемой стали, Р,Р1 — детали подшипников из теплостойких (быстрорежущих сталей), Г,Г1 — сепаратор из чёрных металлов, Б,Б1 — сепаратор из безоловянистой бронзы, Д,Д1 — сепаратор алюминиевого сплава, Н,Н1 — кольца и тела качения или только кольца (в том числе одно кольцо) из модифицированной жаропрочной стали (кроме подшипников радиальных роликовых сферических двухрядных), Э,Э1 — детали подшипника из стали марки ШХ со спецприсадками (ванадий, кобальт и др.).
  • конструктивные изменения(например, К — конструктивные изменения деталей подшипников, М — роликовые подшипники с модифицированным контактом);
  • требования к температуре отпуска (Т, Т1, Т2, Т3, Т4, Т5);
  • смазочный материал закладываемый в подшипники закрытого типа при их изготовлении (например, С1, С2, С3 и т. д.);
  • требования по уровню вибрации (например, Ш1, Ш2, ШЗ и т. д.).

FILED UNDER : Разное

Submit a Comment

Must be required * marked fields.

:*
:*