Использование в механизмах подшипников качения дает возможность производить машины более высокого класса точности. Машины на этих конструктивных элементах более надежны и имеют больший срок службы. Кроме того, их применение делает ниже эксплуатационные расходы.
Возможности узла, в котором применен подшипник качения, определяется тем, насколько точно установлена эта деталь. Расстояние от базы до оси вращения и от базы до торца вала, а также радиальное и торцовое биение должны быть в определенных пределах точности.
В процессе сборки необходимо стремиться, чтобы обоймы подшипников не деформировались. Форма посадочных мест в корпусе подшипника и на валу должна по форме и шероховатости удовлетворять техническим требованиям, без царапин и заусенцев.
Отличия от подшипников скольжения
В механизмах встречаются два вида подвижных деталей: опоры, основанные на трении скольжения, и опоры, базирующиеся на трении качения.
При использовании первых рабочие поверхности корпуса и вала взаимно перемещаются и взаимодействуют, разделяясь чаще всего смазочными материалами и вкладышем скольжения. Опора работает, когда в деталях, пришедших в соприкосновение, имеет место чистое скольжение.
При втором варианте опор в промежуток между поверхностями, которые взаимно перемещаются, помещаются тела качения (это могут быть ролики или шарики). При этом опоры работают с использованием трения качения. В таких случаях вместо бронзовых, баббитовых или пластиковых вкладышей в опорах, где применяется трение качения, задействованы шариковые или роликовые подшипники из стали.
В соответствии с характером нагрузки опор вращения они бывают радиальные, когда на опору действуют радиальная нагрузка, упорные, когда опора подвергается лишь осевым нагрузкам, и радиально-упорные, когда на опору действуют оба вида нагрузок вместе.
Для каждого типа опоры характерен свой размер, конструкция, технические условия на производство, монтаж и обслуживание.
У подшипников качения и подшипников скольжения различный механизм сопротивления движению и определения изнашивания деталей подвижных опор. Вид необходимого узла определяется на основании оценки порядка эксплуатации механизма или его отдельных узлов.
Преимущества и недостатки
Подшипники качения и скольжения имеют как плюсы, так и минусы. Подшипникам качения можно отдать предпочтение перед подшипниками скольжения благодаря меньшему уровню трения на малых скоростях и при старте с места. Также подшипники качения размеры по осям имеют меньше, что позволяет проще компоновать конструкции самоустанавливающихся опор, не требуя длительного времени на трудную индивидуальную подгонку вкладышей и их приработку. Это особенно важно для цапф, имеющих большие диаметры, работающих под большими нагрузками, с высокими скоростями вращения и температурами.
Когда использован подшипник качения, улучшается качество смазки деталей и узлов машин, качество их обслуживания, продляется срок жизни посадочных поверхностей шеек цилиндров и валов. Таким образом, для подавляющего большинства опор оборудования они подходят наилучшим образом.
Правда, кроме преимуществ, подшипники качения имеют и ряд минусов.
Например, крупные габариты. Такие конструктивные элементы широко представлены в машиностроительном оборудовании, производятся малыми сериями и очень дорого стоят. Подшипник качения уступает конкурентам по таким параметрам как радиальные размеры, вес и жёсткость.
Очень сложно правильно их подобрать, когда высокие скорости вращения сочетаются действием высоких нагрузок. Общеизвестно, что при увеличении нагрузки и скорости вращения узла снижается его долговечность. Допустим, если нагрузку увеличить на четверть по сравнению с прежней, то срок службы уменьшается в два раза, а при увеличении нагрузки в два раза, долговечность становится меньше в 10 раз.
Маркировка и размеры по ГОСТу
Требования к узлам и деталям формулируетГОСТ. Подшипники каченияописывает ГОСТ 520-2002.
В основу условных обозначений легли следующие их параметры:
- диаметр, который имеет отверстие подшипников;
- серии ширин (или высот) и серии диаметров;
- типы подшипников;
- техническая реализация.
Как правильно по маркировке определить размеры подшипников качения? Таблица обозначений поможет справиться с этой задачей.
Все приведенные выше параметры обозначаются знаками (или цифрами). То, из каких цифр состоит маркировка подшипника, зависит от занимаемых ими мест в его условном обозначении, если читать слева направо:
Размеры
Узнать, как зависят размеры подшипников от их серий, позволяет таблица размеров подшипников. Она позволяет увязать серию с внешним и внутренним диаметром и шириной.
Размеры подшипников качения. Таблица 1.
Ширина | Внешний диаметр | Внутренний диаметр | |
Это таблица подшипников качения, одна из многих таблиц, описывающих данный вид конструктивных элементов.
Классификация
Одним из признаков, по которому происходит классификация подшипников качения, является форма тел качения. В соответствии с ней подшипники могут быть шариковые и роликовые. Шариковые тела качения, как следует из названия, имеют исключительно шарообразную форму. Роликовые тела качения могут быть цилиндрическими, а также иметь форму бочек или форму конусов.
Следующий признак классификации - направление нагрузки, воспринимаемое подшипником качения. По данному признаку различают подшипники:
- радиальные, которые воспринимают лишь радиальные или в основном радиальные нагрузки;
- радиально-упорные, могущие воспринимать и радиальные, и осевые нагрузки.
Следует отметить, что, регулируемые подшипники не в состоянии функционировать без нагрузки на ось. Упорные способны воспринимать лишь осевые силы. Упорно-радиального типа работают как при осевых, так и при небольших радиальных нагрузках.
Существует также классификация подшипников качения в зависимости от того, из какого количества рядов тел качения они состоят. Они бывают однорядные и двухрядные.
В соответствии с такой характеристикой, как чувствительность к перекосам, выделяют самоустанавливающиеся подшипники. Они способны нормально функционировать даже при возникновении перекоса до 3°.
Система допусков и посадок
Подшипники качения получили широкое распространение. Они производятся на специальных заводах и имеют полную взаимозаменяемость по поверхностям, которые определяются диаметрами колец: D - внешним диаметром внешнего кольца и d - внутренним диаметром внутреннего кольца.
Взаимозаменяемость подшипников качения зависит от требований к точности:
- точность ширины кольца В;
- точность диаметров колец d, D;
- точность поверхностей колец;
- радиальное и осевое биение дорожек качения, определяющее точность вращения;
- точность зазора, который образуется при рабочих параметрах между дорожками качения и телами качения.
Точность сборочных единиц задает ГОСТ. Подшипники качения должны соответствовать требованиям к точности ГОСТ 520-89, согласно которому имеется 5 классов их точности: 0; 6; 5; 4; 2. Большая часть механизмов использует узлы класса точности 0. Узлы классов точности выше нуля используют на высоких скоростях вращения и в ситуациях, требующих высокой точности вращения вала (например, в прецизионных станках). Класс точности указывается перед маркировкой через тире.
Чтобы сохранить взаимозаменяемость подшипников качения, средняя конусность и овальность отверстия и поверхности колец не должны быть больше половины допуска на средние диаметры Dc, dc. Эти параметры вычисляют как среднее арифметическое от максимального и минимального диаметров, которые замерены в 2 крайних сечениях кольца.
Поэтому допуски подшипников качения назначаются на размеры:
- D и d;
- Dc и dc;
Допуски колец определяются лишь классом точности подшипника и его размерами, независимо от свойств соединения с валом и корпусом. Так достигается уменьшение номенклатуры подшипников. Параметры соединения колец с валом и корпусом определяются путем изменения полей допуска вала и отверстия.
Посадки подшипников качения нужно определять таким образом, чтобы кольцо, которое вращается, сидело с натягом, который исключал бы обкатку и проскальзывание кольца вдоль посадочной поверхности в ходе работы в нагруженном режиме.
Посадки зависят от таких факторов:
- класс точности;
- тип и размер нагрузок;
- вид нагружения.
Нагружение может быть местным, циркуляционным и колебательным.
В случае местного нагружения работает только радиальная нагрузка постоянной величины и направления в единственной точке посадочной поверхности подшипника, передающаяся единственной точке поверхности корпуса или вала.
Кольцо, нагруженное таким образом, нужно устанавливать, чтобы был зазор, а затем постепенно проворачивать кольцо, избегая местной выработки кольца, вала и корпуса.
Если имеет место циркуляционное нагружение, воздействие оказывает только радиальная нагрузка, передаваемая всей окружности дорожки подшипника, и она воспринимается последовательно поверхностью корпуса или вала. Кольцо, которое испытывает циркуляционное нагружение, устанавливают на корпус или вал с натягом.
Когда происходит колебательное нагружение, в действие вступают две различные радиальные нагрузки. Одна из них имеет постоянную величину и направление, а другая - вращающаяся. На ограниченный участок беговых дорожек колец влияет равнодействующая этих нагрузок, передаваясь некоторой части на посадочной поверхности корпуса или вала.
Расчет
Расчет подшипников качения на долговечность производится по методу усталостного выкрашивания и на предупреждение пластических деформаций.
Для постоянного режима эти конструктивные элементы рассчитываются по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления сил, действующих на узел. Эквивалентная нагрузка принимается такой, которая обеспечивает тот же срок службы, что и в условиях реальных нагрузок.
Грузоподъемность подшипников характеризуют такие параметры, как базовая динамическая грузоподъемность С и базовая статическая грузоподъемность С0.
Первая - радиальная или осевая нагрузка, выдерживаемая при сроке службы в 1 миллион оборотов. Базовая долговечность - долговечность в условиях надежности 90%.
Расчетную долговечность можно определить как число оборотов в миллионах или часы работы, если в результате на поверхностях 90% деталей партии нет свидетельств усталости металла в виде отслаивания или выкрашивания.
Шарикоподшипники радиальные однорядные
Самая популярная разновидность подшипников качения. Часто используются в конструкциях самой разнообразной аппаратуры. В ее числе валики картонных машин, редукторы, электромоторы. Используются для противодействия радиальным нагрузкам, но могут быть готовы также к восприятию двусторонних осевых нагрузок. Часто их используют исключительно для осевых нагрузок, в особенности если число оборотов вала велико и упорные подшип-ники использовать нельзя. Если радиальный зазор увеличивается, то возможности осевой грузоподъемности подшипника также становятся больше, поскольку в этой ситуации подшипники обретают характеристики радиально-упорных. Возможна работа подшипников, в случае если относительный перекос внутреннего и наружного колец не больше 20°.
Что касается корпуса подшипников качения, то выполняется он чаще всего из серого чугуна. Материалом для сепараторов подшипников однорядных является стальная штамповка или антифрикционные материалы типа текстолита, латуни, бронзы, дюралюминия. В последние время для производства сепараторов используют полиамидные смолы. Если подшипники имеют высокий класс точности и массивные точеные сепараторы, центровка которых происходит по наружному кольцу при использовании эффективных режимов смазки, тогда возможна их работа даже на скоростях вращения, которые превосходят предельные, описанные в справочниках.
Конструктивные виды радиальных подшипников однорядных:
- имеющие одну защитную шайбу;
- имеющие две защитных шайбы;
- имеющие канавку на наружном кольце и уста-новочное кольцо;
- имеющие установочное кольцо и защитную шайбу;
- имеющие одностороннее и двустороннее уплотнение;
- имеющие канавку для ввода шариков без сепаратора.
Шарикоподшипники с одной защитной шайбой
Производятся исключительно с сепараторами, выполненными методом штамповки. Их использование на высоких скоростях нежелательно. При работе с такими подшипниками используются консистентные смазки. Защитная шайба из металла, которая запрессована в канавку на наружном кольце, может удерживать смазку только с од-ной стороны. С обратной стороны смазка, которая заложена в подшипник, ограничена крышкой или уплотнением в узле. Появляющееся пространство отчасти заполняют смазками, выбранными для особых условий работы. Такой вариант конструкции детали всегда дает возможность осмотреть ее (в месте крышки или уплотнения) и по ходу работы провести добавочную смазку.
Шарикоподшипники с двумя защитными шайбами
Обладают такими же сепараторами и скоро-стными параметрами, что и предыдущая деталь, но рабочая смазка подшипников качения, закладывается между шайбами в процессе сборки на заводе. Применяется этот вид сборочного узла в ситуациях, когда невозможно сделать уплотнение в узле. Так конструкция становится проще и уменьшается общий вес узла. Внутренние детали такого подшипника осмотру в ходе работы не поддаются.
Шарикоподшипники с канавкой на наружном кольце
Посредством разрезного установочного кольца, входящего в канавку на кольце с наружной стороны, имеется возможность фиксации подшипника внутри корпуса, не требующего упора наружного кольца, в заплечики корпуса для опоры. Однако их способность к восприятию радиальных нагрузок значительно больше, чем для осевых. Использование установоч-ных колец делает конструкцию проще, уменьшает размеры узлов и дает возможность сквозной расточки отверстий корпусов.
Шарикоподшипники с уплотнением
Широко используются подшипники, имеющие двустороннее уплот-нение. Оно представляет собой резиновую мембра-ну. Узлы, где применено это уплотнение, характеризуются неплохой герметичностью. Как следствие, заводская смазка не вытекает и исключается попадание в нее сторонних частиц. Сепараторы таких шарикоподшипников обычно точеные текстолитовые или бронзовые. Хотя уплотнение их и контактного типа, они имеют возможность работы на повышенных скоро-стях вращения.
Шарикоподшипники с уплотнением часто используются в опорах электродвигателей. В этих узлах щеточная пыль выделяется настолько интенсивно, что способна быстро приводить к поломке шарикоподшипников других типов.
Шарикоподшипники с канавкой для ввода шариков без сепаратора
Их отличие от прочих подшип-ников классической конструкции в наличии профрезерованных канавок в бортах колец. Через эти канавки происходит вставка шариков. Поскольку шариков такой подшипник качения имеет больше, чем сепараторный, это дает выигрыш в грузоподъемности. Их назначение - работа на небольших скоростях вращения из-за чрезмерного трения соприкасающихся тел качения. Там, где имеются осе-вые нагрузки, лучше отказаться от их применения, поскольку под их действием шарики часто смещаются по отношению косям дорожек качения.
Как конструктивный вариант таких шарикоподшипников встречаются узлы, где есть и канавка для вставки шари-ков, и защитные шайбы.
Данные узлы используются без применения смазки в сушильных камерах и узлах, применяющих качательное движение.
У многих механизмов, существующих в настоящее время, есть подшипники, которые позволяют им вращаться. Поэтому ни одно вращающееся движение не может быть осуществлено без них. Но даже такая, вроде бы незаменимая, но в то же время незаметная часть механизма, может быть разным и по размерам и по своим техническим характеристикам, особенно учитывается диаметр, размеры которого представляют обычно в таблице. Но каким бы ни была эта деталь, как бы она не выглядела и каковы бы ни были ее технические характеристики, она должен выполнять только одну задачу - обеспечивать детали вращение или же необходимый поворот.
Правила работы с подшипниками
Подшипник должен быть надежным, но иногда условия, в которых ему приходится обеспечивать вращение, не соответствуют его нормальному функционированию. Также точно и условия могут влиять на то, что подшипник даже в хороших условиях вдруг может выйти из строя.
Поэтому существуют специальные правила эксплуатации этой части, и к ним стоит отнестись очень серьезно, чтобы ваша деталь смогла проработать как можно дольше. Например, не стоит его перегружать и следить за тем, чтобы он работал лишь положенный временной отрезок, а не более. Еще одним правилом следует считать то, что его стоит подбирать такой, чтобы он идеально подходил по размеру, по диаметру и по другим техническим характеристикам.
Например, по размерам можно найти самые разные подшипники: от миниатюрных и до самых гигантских размеров. Есть и другое деление: высокоскоростные, тихоходные, максимально точные и другие. Все эти деления зависят от того, куда и как вы собираетесь использовать этот важный элемент вращающего движения.
Конструкция подшипников
Продолжая разговор о подшипниках, нельзя пропустить и его конструкцию. А ведь в самом элементе, обеспечивающим вращение, очень много деталей, из которых он состоит. И к каждой из них стоит отнестись очень серьезно, ведь стоит одной из них выйти из строя и дальнейшая эксплуатация подшипника становится просто невозможной.
Комплектующие детали подшипника:
- Тела качения.
- Втулки.
- Гайки.
- Шайбы.
- Кольца.
- Винты.
- Скобы.
- Шарики.
Конечно же, этот список деталей подшипника можно было бы и дальше перечислять, но все же стоит все это изучить на практике и разобраться в каждом элементе отдельно , чтобы потом было легко его найти.
Типы подшипников
Существует несколько делений подшипников на разные типы. В основе каждого такого деления лежит какой-то признак, который и является основным для отнесения важного элемента для вращения к тому или иному типу.
Первое такое деление основывается на том, как нагрузка воздействует на подшипник и заставляет его работать. Но ведь и нагрузка бывает разной. Соответственно, и группы подшипника будет задействованы в зависимости от того, как нагрузка действует на него.
Группы, зависящие от действия нагрузки:
- Радиальные.
- Упорные.
- Радиально-упорные.
Рассмотрим подробно каждую из этих групп. Итак, первая группа – радиальная. Такие подшипники могут действовать лишь под воздействием радиальной нагрузки. Редко они действуют и под осевой нагрузкой, если используются роликовые элементы для вращения, которые имеют необходимый диаметр.
Вторая группа - упорные элементы для вращения. Они прекрасно работают лишь только тогда, когда ощущают действия осевых нагрузок. Третья группа – радиально-упорные, которые могут действовать под любыми видами нагрузок. Им не страшны ни радиальные, ни упорные нагрузки.
Есть и другое деление подшипников, в основе которого положено форма тел для качения, а также их диаметр. Существуют два вида: шариковые и роликовые. Первый вид – шариковые. В их основе лежит качение такого тела, которое по своей форме похоже на шарики и имеют небольшой диаметр. В основе второго вида – роликового, лежит другая форма качения, то есть ролики определенного диаметра.
По своей конструкции подшипники можно разделить на два вида: самоустанавливающиеся и не самоустанавливающиеся. Такие элементы для вращения еще называют и сферическими. Обычно разделение на эти два вида не требуют какого-либо дополнительного объяснения, Но главное не забывать о диаметре и как можно чаще заглядывать в специальные таблицы, где они и представлены с пояснениями.
Существует еще одно деление подшипников, которое зависит не только от его диаметра или размера, но прежде всего от качения тел самого подшипника, которые могут быть как роликовые, так и шариковые. Такой элемент для вращения может быть, несмотря на формы шариков или роликов, одно-, двух-, трех- или четырехзарядным.
Применяемость подшипников
Зная диаметр подшипника, его конструкцию и размеры, а также форму качения: шарики или ролики, можно будет определить, насколько важен будет этот элемент для вращения пользователю. Особенно это важно тем, кто занимается каким-либо ремонтом техники. Например, автомобильной, тракторной или мототехнике. Но есть и другая применяемость подшипников, которая заключается в знании его размера.
Стоит более подробно остановиться на том, как обозначаются в таблицах подшипники. Обычно на каждом элементе для вращения написано что-то буквами и цифрами. Такие условные обозначения обозначают и диаметр в том числе. Насколько точно изготовлена деталь указывает буква, которая стоит перед цифрой.
Цифры указывают на размер отверстия, на то, что особенного есть в его конструкции, например, шариковые или роликовые формы тел. Обычно первые две цифры на детали для вращения указывают на диаметр. Но ведь даже диаметр может быть разный , поэтому стоит быть очень внимательными к цифрам.
Так, детали скольжения, которые необходимы для автомобильного строения, не очень строго относятся и к диаметру, и к тому, что используются шарики или ролики. Другое дело деталь для качения, где все должно быть строго инструкции.
Например, шариковая деталь скольжения широко применяется для изготовления запчастей автомобиля. Чтобы нагрузка в данном случае была больше, необходимо правильно использовать шарики. Стоит помнить, что желоб должен быть больше шарика. Кстати, шариковые детали позволяют их использование и под разными углами.
Но зато роликовые детали обеспечивают высокую скорост ь, которая необходима очень часто. Не стоит смешивать все типы подшипников, иначе потом при работе шарики будут мешать работе роликам и наоборот. Поэтому стоит следить за формой качения, если это шарик, то такую шариковую деталь необходимо использовать по назначению. В настоящее время шариковые детали для вращения используются намного чаще, чем все остальные.
Подшипником называют особый узел, представляющий собой часть опоры для поддержки вала и предназначенный для вращения или качения последнего без потери энергии на трение. Существует несколько разновидностей подобных конструктивных элементов. При этом размеры подшипников в большинстве случаев регулируются ГОСТ.
Разновидности
Узлы этого типа используются в промышленности и других отраслях народного хозяйства очень широко. Существуют гидростатические, газостатические, магнитные и другие группы подшипников. Однако самыми распространенными разновидностями являются узлы скольжения и качения. По воспринимаемой нагрузке обе этих группы подразделяются на:
радиально-упорные.
радиальные;
Подшипники качения
Основными элементами узлов этого типа являются шарики или ролики, расположенные на определенном расстоянии друг от друга в специальной обойме, называемой сепаратором. В процессе работы подшипника они катятся по беговым дорожкам двух колец, одно из которых в большинстве случаев статично. Узлы этого типа используются в промышленности чаще всего. Дело в том, что в сравнении с подшипниками скольжения они имеют целый ряд преимуществ. К таковым можно отнести в первую очередь небольшое трение и незначительный расход смазки. Простота эксплуатации и монтажа — это также то, чем отличаются такие подшипники. Стандарты (размеры их регулирует ГОСТ) таких узлов представлены в специальных таблицах. Поэтому найти подходящий в том или ином случае подшипник особого труда не составит. Узел этого типа можно подобрать абсолютно к любой типовой конструкции.
Чувствительность к вибрационным и ударным нагрузкам — единственный недостаток, которым отличаются такие подшипники. Стандарты при их изготовлении должны соблюдаться обязательно. Иначе слишком долго они не прослужат.
Виды подшипников качения
Помимо воспринимаемой нагрузки, узлы этого типа классифицируются на группы по следующим признакам:
Форме тел качения. В этом плане различают шариковые и роликовые подшипники. Тела качения последнего вида при этом могут быть коническими, цилиндрическими, игольчатыми, витыми, бочкообразными и т. д.
По способности самоустановления. В данном случае различают сферические и несамоустанавливающиеся подшипники.
По количеству тел качения. Существуют однорядные и двухрядные подшипники.
По размерам. Все выпускаемые на сегодняшний день подшипники по этому признаку подразделяются на несколько серий.
В зависимости от серии при одном и том же внутреннем диаметре, ширина подшипника и его наружный D могут меняться. Использоваться подшипники качения могут при сборке автомобилей, велосипедов, ветряков и т. д.
Размеры
Габариты узлов этого типа определяет ГОСТ 3478-79. При его соблюдении получаются очень прочные и долговечные подшипники. Стандарты эти распространяются на все разновидности узлов качения, за исключением моделей специального назначения, имеющих особую конструкцию. В последнем случае узлы могут изготавливаться самых разных габаритов, наиболее подходящих для той или иной конструкции.
Узнать стандартные размеры подшипников каждой серии можно, как уже упоминалось, по специальным таблицам, в которых указываются внешний и внутренний диаметры, наименьшие предельные габариты (Rmin), а также номинальная ширина внутреннего и наружного колец (В). В качестве примера ниже приводим вашему вниманию таблицу для серии подшипников диаметров 8 (сокращенную).
Размер B для серий | |||||||||
1 для серии 7, 1.5 — для серий 1-6 |
|||||||||
Более подробные таблицы можно найти в специализированной литературе. Также имеются стандарты подшипников в Компасе — графическом редакторе, предназначенном для автоматизированного проектирования (в конструкторской библиотеке). Существуют таблицы для разных диаметров узлов.
Классы точности
Стандартные размеры подшипников качения, таким образом, можно узнать из специальных таблиц. Однако в некоторых случаях допускаются некоторые отклонения в габаритах от ГОСТ. По классу точности подшипники качения подразделяются на:
нормальные «0»;
повышенной точности «6»;
высокой «5»;
особовысокой «4»;
сверхвысокой «2».
Узлы, предназначенные для разных конструкций, могут иметь строго определенные допустимые отклонения. Так, к примеру, стандарты подшипников для велосипеда (608 типа) такие:
допуски шариков — 0/-0.005;
внутренней дорожки - +0.0001/-0.0003;
внешней дорожки - +0.0001/-0.0005.
Обозначения
Стандарты подшипников качения при их изготовлении соблюдаются обязательно. Для того чтобы потребитель мог видеть, что за узел перед ним и для каких целей его можно использовать, применяются специальные маркировки. Обозначаются подшипники качения обычно гравированным набором цифр. Иногда стандартные маркировки включают в себя и буквы. При этом:
Первые цифра или буква указывают на тип подшипника.
Следующие две цифры определяют серии узла. Первая указывает на группу ширины или высоты, вторая — диаметра.
Последние две цифры представляют собой код диаметра отверстия. Если умножить его на 5, можно получить величину d в мм.
Стандартные размеры подшипников 66414 (посадки в данном случае выбирают по ГОСТ 3325-85), к примеру, такие:
ширина — 42 мм;
масса — 5.74 кг.
Подшипники скольжения
Узлы этого типа состоят из двух основных элементов: прочного корпуса и вкладыша, между которыми находятся специальные смазывающие вещества. К основным достоинствам таких подшипников относят прежде всего небольшие диаметры, а также возможность делать их разъемными и использовать для валов очень сложной конструкции. Недостатками узлов этой разновидности считаются не слишком долгий срок службы и необходимость применения дорогостоящих смазок.
Виды подшипников скольжения
На настоящий момент существуют узлы этой группы:
высокоскоростные;
разъемные (используются, к примеру, в ;
прецизионных машин, точно направляющие валы и дающие возможность регулировки зазора;
дешевых тихоходных механизмов;
предназначенные для работы в особых условиях (воде, агрессивных средах).
В зависимости от режима работы в подшипнике такого типа может быть жидкостное или полужидкостное трение. В первом случае рабочие поверхности корпуса и вала разделены довольно-таки толстым слоем масла. При полужидкостном трении к жидкостному добавляется граничное (через тончайшую масляную пленку, образованную молекулярными связями).
Размеры подшипников скольжения
Габариты узлов этой группы определяются ГОСТ 2795. Данные из специальных таблиц — это также то, что обязательно учитывают, изготавливая такие подшипники. Стандарты в данном случае распространяются на такие параметры, как:
размер фаски (С);
допуски (предельные отклонения).
наружный и внутренний диаметр;
В таблице ниже (сокращенной) представлены стандартные размеры подшипников скольжения разных рядов.
D для рядов | L для рядов |
|||||
Конструктивные особенности и материалы
Стандарты подшипников скольжения, таким образом, строго определены ГОСТ. Предъявляются некоторые требования и к качеству используемых для их изготовления материалов. скольжения, как уже упоминалось, может быть цельным или разъемным. В последнем случае для соединения частей используются специальные шпильки или болты. Вкладыш подшипника скольжения выполняется в виде втулки. В неразъемном узле он может быть изготовлен из двух половинок. На валы, подверженные деформациям, монтируют обычно самоустанавливающиеся подшипники скольжения.
Для изготовления узлов этого типа могут использоваться следующие материалы:
чугун (для корпуса);
бронза, чугун или пластмасса (для втулок).
В некоторых случаях, но конечно же, очень редко, втулки изготавливаются из дерева либо даже из ДСП.
Основные требования
Таким образом, подшипники стандарты (а вернее, их соблюдение) позволяют изготавливать максимально качественные, долговечные и с отличными эксплуатационными характеристиками. Требования к узлам этой группы предъявляются следующие:
Материалы и конструкция подшипников скольжения должны быть такими, чтобы обеспечить минимальный между корпусом и втулкой.
Прочность и жесткость узла должны быть такими, чтобы он мог выдерживать любые необходимые нагрузки.
Приветствуется максимальная простота конструкции подшипника. При его монтаже не должно возникать никаких сложностей.
Изготавливать подшипники следует таким образом, чтобы их поверхность имела достаточную для отвода возникающего в процессе работы тепла площадь.
Как делают
Изготавливают подшипники скольжения и качения на специализированных крупных предприятиях, в состав которых обычно входит два основных цеха: термический и механический. Сборочные линии таких заводов чаще всего работают в автоматическом режиме. Кроме них, в цехах устанавливаются также современные станки напыления.
В нашей стране наибольшей популярностью пользуются узлы, произведенные на отечественных заводах, а также в Швейцарии (SKF). Стандарты подшипников SKF такие же, как и у российских.
Чтобы не ошибиться при выборе подходящего подшипника, нужно знать его номер. Так как не всегда есть доступ к заменяемой детали, например, когда подшипник в составе работающего механизма, существует несколько вариантов, как его вычислить.
Если есть возможность, следует измерить как можно больше технических данных подшипника: высоту, внутренний и наружный диаметр. Это обеспечит максимальную точность поиска и сэкономит время. Основной способ поиска номера – электронные каталоги. В интернете достаточно баз данных с информацией о всевозможных типах подшипников. Для вычисления нужно ввести параметры подшипника в поля фильтров. Если данных про диаметр и высоту нет, некоторые каталоги позволяют искать номер только по марке.
Узнать номер подшипника под силу даже неспециалисту. Но если есть сомнения в выборе, нелишним будет посоветоваться с профессионалами своего дела, которые помогут советом и учтут все нюансы.
Использование в механизмах подшипников качения дает возможность производить машины более высокого класса точности. Машины на этих конструктивных элементах более надежны и имеют больший срок службы. Кроме того, их применение делает ниже эксплуатационные расходы.
Возможности узла, в котором применен подшипник качения, определяется тем, насколько точно установлена эта деталь. Расстояние от базы до оси вращения и от базы до торца вала, а также радиальное и торцовое биение должны быть в определенных пределах точности.
В процессе сборки необходимо стремиться, чтобы обоймы подшипников не деформировались. Форма посадочных мест в корпусе подшипника и на валу должна по форме и шероховатости удовлетворять техническим требованиям, без царапин и заусенцев.
Отличия от подшипников скольжения
В механизмах встречаются два вида подвижных деталей: опоры, основанные на трении скольжения, и опоры, базирующиеся на трении качения.
При использовании первых рабочие поверхности корпуса и вала взаимно перемещаются и взаимодействуют, разделяясь чаще всего смазочными материалами и вкладышем скольжения. Опора работает, когда в деталях, пришедших в соприкосновение, имеет место чистое скольжение.
При втором варианте опор в промежуток между поверхностями, которые взаимно перемещаются, помещаются тела качения (это могут быть ролики или шарики). При этом опоры работают с использованием трения качения. В таких случаях вместо бронзовых, баббитовых или пластиковых вкладышей в опорах, где применяется трение качения, задействованы шариковые или роликовые подшипники из стали.
В соответствии с характером нагрузки опор вращения они бывают радиальные, когда на опору действуют радиальная нагрузка, упорные, когда опора подвергается лишь осевым нагрузкам, и радиально-упорные, когда на опору действуют оба вида нагрузок вместе.
Для каждого типа опоры характерен свой размер, конструкция, технические условия на производство, монтаж и обслуживание.
У подшипников качения и подшипников скольжения различный механизм сопротивления движению и определения изнашивания деталей подвижных опор. Вид необходимого узла определяется на основании оценки порядка эксплуатации механизма или его отдельных узлов.
Преимущества и недостатки
Подшипники качения и скольжения имеют как плюсы, так и минусы. Подшипникам качения можно отдать предпочтение перед подшипниками скольжения благодаря меньшему уровню трения на малых скоростях и при старте с места. Также подшипники качения размеры по осям имеют меньше, что позволяет проще компоновать конструкции самоустанавливающихся опор, не требуя длительного времени на трудную индивидуальную подгонку вкладышей и их приработку. Это особенно важно для цапф, имеющих большие диаметры, работающих под большими нагрузками, с высокими скоростями вращения и температурами.
Когда использован подшипник качения, улучшается качество смазки деталей и узлов машин, качество их обслуживания, продляется срок жизни посадочных поверхностей шеек цилиндров и валов. Таким образом, для подавляющего большинства опор оборудования они подходят наилучшим образом.
Правда, кроме преимуществ, подшипники качения имеют и ряд минусов.
Например, крупные габариты. Такие конструктивные элементы широко представлены в машиностроительном оборудовании, производятся малыми сериями и очень дорого стоят. Подшипник качения уступает конкурентам по таким параметрам как радиальные размеры, вес и жёсткость.
Очень сложно правильно их подобрать, когда высокие скорости вращения сочетаются действием высоких нагрузок. Общеизвестно, что при увеличении нагрузки и скорости вращения узла снижается его долговечность. Допустим, если нагрузку увеличить на четверть по сравнению с прежней, то срок службы уменьшается в два раза, а при увеличении нагрузки в два раза, долговечность становится меньше в 10 раз.
Маркировка и размеры по ГОСТу
Требования к узлам и деталям формулируетГОСТ. Подшипники каченияописывает ГОСТ 520-2002.
В основу условных обозначений легли следующие их параметры:
- диаметр, который имеет отверстие подшипников;
- серии ширин (или высот) и серии диаметров;
- типы подшипников;
- техническая реализация.
Как правильно по маркировке определить размеры подшипников качения? Таблица обозначений поможет справиться с этой задачей.
Все приведенные выше параметры обозначаются знаками (или цифрами). То, из каких цифр состоит маркировка подшипника, зависит от занимаемых ими мест в его условном обозначении, если читать слева направо:
Размеры
Узнать, как зависят размеры подшипников от их серий, позволяет таблица размеров подшипников. Она позволяет увязать серию с внешним и внутренним диаметром и шириной.
Размеры подшипников качения. Таблица 1.
Ширина | Внешний диаметр | Внутренний диаметр | |
Это таблица подшипников качения, одна из многих таблиц, описывающих данный вид конструктивных элементов.
Классификация
Одним из признаков, по которому происходит классификация подшипников качения, является форма тел качения. В соответствии с ней подшипники могут быть шариковые и роликовые. Шариковые тела качения, как следует из названия, имеют исключительно шарообразную форму. Роликовые тела качения могут быть цилиндрическими, а также иметь форму бочек или форму конусов.
Следующий признак классификации - направление нагрузки, воспринимаемое подшипником качения. По данному признаку различают подшипники:
- радиальные, которые воспринимают лишь радиальные или в основном радиальные нагрузки;
- радиально-упорные, могущие воспринимать и радиальные, и осевые нагрузки.
Следует отметить, что, регулируемые подшипники не в состоянии функционировать без нагрузки на ось. Упорные способны воспринимать лишь осевые силы. Упорно-радиального типа работают как при осевых, так и при небольших радиальных нагрузках.
Существует также классификация подшипников качения в зависимости от того, из какого количества рядов тел качения они состоят. Они бывают однорядные и двухрядные.
В соответствии с такой характеристикой, как чувствительность к перекосам, выделяют самоустанавливающиеся подшипники. Они способны нормально функционировать даже при возникновении перекоса до 3°.
Система допусков и посадок
Подшипники качения получили широкое распространение. Они производятся на специальных заводах и имеют полную взаимозаменяемость по поверхностям, которые определяются диаметрами колец: D - внешним диаметром внешнего кольца и d - внутренним диаметром внутреннего кольца.
Взаимозаменяемость подшипников качения зависит от требований к точности:
- точность ширины кольца В;
- точность диаметров колец d, D;
- точность поверхностей колец;
- радиальное и осевое биение дорожек качения, определяющее точность вращения;
- точность зазора, который образуется при рабочих параметрах между дорожками качения и телами качения.
Точность сборочных единиц задает ГОСТ. Подшипники качения должны соответствовать требованиям к точности ГОСТ 520-89, согласно которому имеется 5 классов их точности: 0; 6; 5; 4; 2. Большая часть механизмов использует узлы класса точности 0. Узлы классов точности выше нуля используют на высоких скоростях вращения и в ситуациях, требующих высокой точности вращения вала (например, в прецизионных станках). Класс точности указывается перед маркировкой через тире.
Чтобы сохранить взаимозаменяемость подшипников качения, средняя конусность и овальность отверстия и поверхности колец не должны быть больше половины допуска на средние диаметры Dc, dc. Эти параметры вычисляют как среднее арифметическое от максимального и минимального диаметров, которые замерены в 2 крайних сечениях кольца.
Поэтому допуски подшипников качения назначаются на размеры:
- D и d;
- Dc и dc;
Допуски колец определяются лишь классом точности подшипника и его размерами, независимо от свойств соединения с валом и корпусом. Так достигается уменьшение номенклатуры подшипников. Параметры соединения колец с валом и корпусом определяются путем изменения полей допуска вала и отверстия.
Посадки подшипников качения нужно определять таким образом, чтобы кольцо, которое вращается, сидело с натягом, который исключал бы обкатку и проскальзывание кольца вдоль посадочной поверхности в ходе работы в нагруженном режиме.
Посадки зависят от таких факторов:
- класс точности;
- тип и размер нагрузок;
- вид нагружения.
Нагружение может быть местным, циркуляционным и колебательным.
В случае местного нагружения работает только радиальная нагрузка постоянной величины и направления в единственной точке посадочной поверхности подшипника, передающаяся единственной точке поверхности корпуса или вала.
Кольцо, нагруженное таким образом, нужно устанавливать, чтобы был зазор, а затем постепенно проворачивать кольцо, избегая местной выработки кольца, вала и корпуса.
Если имеет место циркуляционное нагружение, воздействие оказывает только радиальная нагрузка, передаваемая всей окружности дорожки подшипника, и она воспринимается последовательно поверхностью корпуса или вала. Кольцо, которое испытывает циркуляционное нагружение, устанавливают на корпус или вал с натягом.
Когда происходит колебательное нагружение, в действие вступают две различные радиальные нагрузки. Одна из них имеет постоянную величину и направление, а другая - вращающаяся. На ограниченный участок беговых дорожек колец влияет равнодействующая этих нагрузок, передаваясь некоторой части на посадочной поверхности корпуса или вала.
Расчет
Расчет подшипников качения на долговечность производится по методу усталостного выкрашивания и на предупреждение пластических деформаций.
Для постоянного режима эти конструктивные элементы рассчитываются по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления сил, действующих на узел. Эквивалентная нагрузка принимается такой, которая обеспечивает тот же срок службы, что и в условиях реальных нагрузок.
Грузоподъемность подшипников характеризуют такие параметры, как базовая динамическая грузоподъемность С и базовая статическая грузоподъемность С0.
Первая - радиальная или осевая нагрузка, выдерживаемая при сроке службы в 1 миллион оборотов. Базовая долговечность - долговечность в условиях надежности 90%.
Расчетную долговечность можно определить как число оборотов в миллионах или часы работы, если в результате на поверхностях 90% деталей партии нет свидетельств усталости металла в виде отслаивания или выкрашивания.
Шарикоподшипники радиальные однорядные
Самая популярная разновидность подшипников качения. Часто используются в конструкциях самой разнообразной аппаратуры. В ее числе валики картонных машин, редукторы, электромоторы. Используются для противодействия радиальным нагрузкам, но могут быть готовы также к восприятию двусторонних осевых нагрузок. Часто их используют исключительно для осевых нагрузок, в особенности если число оборотов вала велико и упорные подшип-ники использовать нельзя. Если радиальный зазор увеличивается, то возможности осевой грузоподъемности подшипника также становятся больше, поскольку в этой ситуации подшипники обретают характеристики радиально-упорных. Возможна работа подшипников, в случае если относительный перекос внутреннего и наружного колец не больше 20°.
Что касается корпуса подшипников качения, то выполняется он чаще всего из серого чугуна. Материалом для сепараторов подшипников однорядных является стальная штамповка или антифрикционные материалы типа текстолита, латуни, бронзы, дюралюминия. В последние время для производства сепараторов используют полиамидные смолы. Если подшипники имеют высокий класс точности и массивные точеные сепараторы, центровка которых происходит по наружному кольцу при использовании эффективных режимов смазки, тогда возможна их работа даже на скоростях вращения, которые превосходят предельные, описанные в справочниках.
Конструктивные виды радиальных подшипников однорядных:
- имеющие одну защитную шайбу;
- имеющие две защитных шайбы;
- имеющие канавку на наружном кольце и уста-новочное кольцо;
- имеющие установочное кольцо и защитную шайбу;
- имеющие одностороннее и двустороннее уплотнение;
- имеющие канавку для ввода шариков без сепаратора.
Шарикоподшипники с одной защитной шайбой
Производятся исключительно с сепараторами, выполненными методом штамповки. Их использование на высоких скоростях нежелательно. При работе с такими подшипниками используются консистентные смазки. Защитная шайба из металла, которая запрессована в канавку на наружном кольце, может удерживать смазку только с од-ной стороны. С обратной стороны смазка, которая заложена в подшипник, ограничена крышкой или уплотнением в узле. Появляющееся пространство отчасти заполняют смазками, выбранными для особых условий работы. Такой вариант конструкции детали всегда дает возможность осмотреть ее (в месте крышки или уплотнения) и по ходу работы провести добавочную смазку.
Шарикоподшипники с двумя защитными шайбами
Обладают такими же сепараторами и скоро-стными параметрами, что и предыдущая деталь, но рабочая смазка подшипников качения, закладывается между шайбами в процессе сборки на заводе. Применяется этот вид сборочного узла в ситуациях, когда невозможно сделать уплотнение в узле. Так конструкция становится проще и уменьшается общий вес узла. Внутренние детали такого подшипника осмотру в ходе работы не поддаются.
Шарикоподшипники с канавкой на наружном кольце
Посредством разрезного установочного кольца, входящего в канавку на кольце с наружной стороны, имеется возможность фиксации подшипника внутри корпуса, не требующего упора наружного кольца, в заплечики корпуса для опоры. Однако их способность к восприятию радиальных нагрузок значительно больше, чем для осевых. Использование установоч-ных колец делает конструкцию проще, уменьшает размеры узлов и дает возможность сквозной расточки отверстий корпусов.
Шарикоподшипники с уплотнением
Широко используются подшипники, имеющие двустороннее уплот-нение. Оно представляет собой резиновую мембра-ну. Узлы, где применено это уплотнение, характеризуются неплохой герметичностью. Как следствие, заводская смазка не вытекает и исключается попадание в нее сторонних частиц. Сепараторы таких шарикоподшипников обычно точеные текстолитовые или бронзовые. Хотя уплотнение их и контактного типа, они имеют возможность работы на повышенных скоро-стях вращения.
Шарикоподшипники с уплотнением часто используются в опорах электродвигателей. В этих узлах щеточная пыль выделяется настолько интенсивно, что способна быстро приводить к поломке шарикоподшипников других типов.
Шарикоподшипники с канавкой для ввода шариков без сепаратора
Их отличие от прочих подшип-ников классической конструкции в наличии профрезерованных канавок в бортах колец. Через эти канавки происходит вставка шариков. Поскольку шариков такой подшипник качения имеет больше, чем сепараторный, это дает выигрыш в грузоподъемности. Их назначение - работа на небольших скоростях вращения из-за чрезмерного трения соприкасающихся тел качения. Там, где имеются осе-вые нагрузки, лучше отказаться от их применения, поскольку под их действием шарики часто смещаются по отношению косям дорожек качения.
Как конструктивный вариант таких шарикоподшипников встречаются узлы, где есть и канавка для вставки шари-ков, и защитные шайбы.
Данные узлы используются без применения смазки в сушильных камерах и узлах, применяющих качательное движение.
