ЛЕКЦИЯ 10

Подшипники качения

Общие сведения

Подшипник качения представляет собой готовый узел, основным элементом которого являются тела качения - шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором (рис. 21.6) 1 – наружное кольцо; 2 – внутреннее кольцо; 3 – шарик; 4 - сепаратор.

В процессе работы тела качения катятся по беговым дорожкам колец, одно из которых в большинстве случаев неподвижно. Распределение нагрузки между несущими телами качения неравномерно (рис. 21.7) и зависит от величины радиального зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей.

Рис. 21.6. Рис. 21.7. Рис. 21.8.

В отдельных случаях для уменьшения радиальных размеров подшипника кольца отсутствуют (рис. 21.8, блок зубчатых колес на подшипниках с игольчатыми роликами) и тела качения катятся непосредственно по цапфе и корпусу.

Подшипники качения широко распространены во всех отраслях машиностроения. Они стандартизованы и изготовляются в массовом производстве на ряде крупных специализированных заводов.

Достоинства и недостатки подшипников качения

Достоинства: 1. Сравнительно малая стоимость вследствие массового производства подшипников.

2. Малые потери на трение и незначительный нагрев. Потери на трение при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы.

3. Высокая степень взаимозаменяемости, что облегчает монтаж и ремонт машин.

4. Малый расход смазки.

5. Не требуют особого внимания и ухода.

Недостатки: 1. Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника.

2. Малонадежны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил.

3. Сравнительно большие радиальные размеры.

4. Шум при больших скоростях.

Классификация подшипников качения и их маркировка

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

По форме тел качения (рис. 21.9) - шариковые (а ) и роликовые, причем последние могут быть с цилиндрическими (б ), коническими (в ), бочкообразными (г ), игольчатыми (д ) и витыми (е ) роликами;

По направлению воспринимаемой нагрузки - радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные и упорные;

По числу рядов тел качения - однорядные и многорядные;

По способности самоустанавливаться - несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся (сферические);

По габаритным размерам - на серии.

Для каждого типа подшипника при одном и том же внутреннем диаметре имеются различные серии, отличающиеся размерами колец и тел качения. В зависимости от размера наружного диаметра подшипника серии бывают: сверхлегкие, особо легкие, легкие, средние и тяжелые.

Рис. 21.9. Тела качения подшипников

В зависимости от ширины подшипника серии подразделяются на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие.

Подшипники качения маркируют нанесением на торец колец ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр, серию, тип, конструктивные разновидности класс точности и др.

Основные типы подшипников качения

Шариковый радиальный подшипник (рис. 21.10, а ) является самым распространенным подшипником в машиностроении. Он дешев, допускает перекос внутреннего кольца относительно наружного до 0°10". Предназначен для радиальной нагрузки. Имея желобчатые дорожки качения, может воспринимать и осевую нагрузку. Обеспечивает осевое фиксирование вала в двух направлениях. При одинаковых габаритных размерах работает с меньшими потерями на трение и при большей угловой скорости вала, чем подшипники всех других конструкций.

Шариковый радиальный сферический подшипник (рис. 21.10, б ) предназначен для радиальной нагрузки. Одновременно с радиальной может воспринимать небольшую осевую нагрузку и работать при значительном (до 2-3°) перекосе внутреннего кольца относительно наружного. Способность самоустанавливаться определяет область его применения.

Роликовый радиальный подшипник со сферическими роликами (рис. 21.10, в ) имеет ту же характеристику, что и шариковый сферический, но обладает наибольшей грузоподъемностью из всех других подшипников таких же габаритных размеров.

Роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами (рис. 21.10, г ) воспринимает только радиальную нагрузку. Допускает осевое взаимное смещение колец. Применяется для коротких жестких валов, а также в качестве «плавающих» опор (для валов шевронных шестерен и др.). Грузоподъемность его составляет в среднем 1,7 от грузоподъемности шарикового радиального.

Роликовый радиальный подшипник с игольчатыми роликами (рис. 21.10, д ) воспринимает только радиальную нагрузку. При сравнительно небольших габаритных размерах обладает высокой радиальной грузоподъемностью.

Шариковый радиально-упорный подшипник (рис. 21.10, е ) предназначен для комбинированных (радиальных и осевых) или чисто осевых нагрузок. Подшипники, смонтированные попарно, воспринимают осевые силы, действующие в обоих направлениях. Применяются для жестких валов при большой частоте вращения.

Роликовый конический подшипник (рис. 21.10, ж , з ) воспринимает одновременно радиальную и осевую нагрузки. Применяется при средних и низких скоростях вращения. Обладает большой грузоподъемностью. Удобно регулируется. Не допускает перекоса колец, поэтому требует жестких валов, точной расточки корпусов и тщательного монтажа. Подшипники этого типа, как и предыдущие, устанавливают попарно, они должны быть нагружены осевой силой - внешней или специально созданной при сборке.

Рис. 21.10. Типы подшипников качения

Рис. 21.11. Шариковый упорный подшипник

Шариковый упорный подшипник (рис. 21.10, а ) воспринимает одностороннюю осевую нагрузку. При действии осевых сил попеременно в обоих направлениях устанавливают двойной упорный подшипник (рис. 21.10, б ). Во избежание заклинивания шариков от действия центробежных сил этот подшипник применяют при средней и низкой частоте вращения.

Подшипники качения обычно состоят (рис. 35): из двух колец наружного 1 и внутреннего 2 , тел качения 3 (шарики или ролики) и сепаратора 4 (от лат. separator – отделитель), разделяющего тела качения друг от друга.

Внутреннее кольцо насаживается на вал или ось, наружное устанавливается в корпусе опорного узла машины. В наиболее часто встречающихся конструкциях внутреннее кольцо является подвижным, а наружное – неподвижным.

Стандартные подшипники по основным признакам разделяются на следующие типы. По форме тел качения – на шариковые (рис. 36 а, б, в, е) и роликовые (рис. 36 г, д, ж, з); по воспринимаемы нагрузкам – на радиальные (рис. 36 а, б, г, ж, з,), радиально-упорные (рис. 36 в, д), упорные (рис. 36 е) и упорно-радиальные; по важнейшему конструктивному признаку – на самоустанавливающиеся (сферические) (рис. 36 б) и несамоустанавливающиеся (остальные); по числу рядов тел качения – на однорядные (рис. 36 а. в, г, д. е, ж, з) , двухрядные (рис. 36 б) и четырёхрядные.

Подшипники одного и того же диаметра отверстия подразделяются по габаритным размерам (наружного диаметра и ширины) на серии: сверхлёгкую, особолёгкую, лёгкую, лёгкую широкую, среднюю, среднюю широкую и тяжёлую (рис. 37)

Радиальные шариковые подшипники предназначены для восприятия главным образом радиальных нагрузок. Однако, они, кроме радиальной нагрузки, могут передавать осевую нагрузку в пределах 70% от неиспользованной радиальной нагрузкой. При использовании этих подшипников предъявляются менее высокие требования к соосности опор и жёсткости валов. Они дешевле подшипников других типов, допускают более простой монтаж и демонтаж. Поэтому их наиболее часто используют в различных машинах и механизмах.

Роликовые подшипники обладают большей грузоподъёмностью, чем шариковые. Однако роликовые подшипники с цилиндрическими роликами наиболее распространённых конструкций не могут воспринимать осевые нагрузки, а конические роликоподшипники менее быстроходны.

Радиально-упорные подшипники различают по углу контакта α (рис. 36 б). С увеличением угла контакта радиально-упорные подшипники могут воспринимать более тяжёлые осевые нагрузки, однако быстроходность подшипников при этом снижается.

Самоустанавливающиеся подшипники (рис. 36 б) применяют в случае повышенной не соосности опор валов (до2º…3º), а также при повышенной податливости вала.

Материалом шариков и роликов с диаметром до 20 мм, а также колец подшипников с толщиной стенки до 12 мм обычно является хромистая высокоуглеродистая сталь марки ШХ15 . Предел текучести при испытании на растяжение закалённых образцов из этой стали σ Т = 2200…2600 МПа. Для изготовления роликов и колец бóльших размеров используют стали с повышенным уровнем легирования – ШХ15СГ и ШХ20СГ , так как более высокое содержание в них кремния и марганца понижает скорость охлаждения металла и позволяет закалять детали на большую глубину. Кольца подшипников могут быть выполнены и из других сталей (например, предназначенных для поверхностного упрочнения).

Сепараторы массовых подшипников изготовляют штамповкой из мягкой углеродистой стали; сепараторы высокоскоростных подшипников выполняют из бронз, латуни, дуралюмина, текстолита и других материалов. Если подшипники должны обладать особыми свойствами (антикоррозионными, немагнитностью и пр.), то их детали изготовляют из соответствующих материалов.

Подшипник уже довольно давно используется в качестве сборочного узла любого механизма. Сложно представить без него машину или агрегат. Служит он для опоры или упора вала, для поддержания заданной жесткости с минимальной сопротивляемостью при трении.

Особо распространены два типа подшипника: качения и скольжения.

Самый широко используемый тип. Состоит он из следующих деталей:

• Внутреннее кольцо.
• Сепаратор (обойма).
• Тела качения.
• Внешнее кольцо.
• Защитная крышка (применяется не всегда).

Такие подшипники применяются в оборудовании всех отраслей и назначений. Притом данный тип очень разнообразен. Тела качения бывают: сферические, роликовые, бочкообразные, игольчатые. В качестве материала для тел преимущественно используется сталь. В особо агрессивных средах применяют стеклянные тела качения.



На внутреннем кольце по внешней стороне протачивается желобок . Так же делают желоб по внутренней стороне внешнего кольца. Эти канавки являются дорожками для тел качения. Таким образом, шары вращаются точечно касаясь дна желобка и его стенок. Роликовые тела при вращении касаются всей плоскости канавок.

Сепаратор, как правило, состоит из двух спаянных между собой половинок. Его роль – создавать направление для движения тел и сохранять постоянную одинаковую дистанцию между ними. В некоторых случаях применяют подшипник качения без сепаратора, что позволяет увеличить нагрузку на узел, однако, скорость вращения не может быть большой при такой конструкции.



Подшипник качения по воспринимаемой нагрузке классифицируется на упорный, радиальный, радиально-упорный. На радиальные нагрузка распределяется перпендикулярно оси вала. Нагрузка вдоль вала недопустима.

Упорные принимают нагрузку параллельную оси. Запрещена нагрузка поперечная валу.

Радиально упорные. Могут принимать нагрузку как параллельно, так и перпендикулярно оси вала.

В целях уменьшения габаритов в некоторых случаях не используется внутреннее кольцо. При таком варианте эксплуатации на валу, неподвижном или активном, вытачивается канавка и сепаратор с внешним кольцом надевается непосредственно на ось или вал механизма.

В зависимости от количества рядов тел качения подшипник может быть однорядным, двухрядным и многорядным. Двухрядные и многорядные преимущественно используются как упорные или радиально-упорные и способны выдерживать значительно большие нагрузки, нежели однорядные.

Подшипники с защитной крышкой более долговечны и требуют меньшего внимания на обслуживание. Открытые же могут быстро выйти из строя при недостаточной или неправильной смазке и попадания инородных предметов.

Для подшипников качения применяют различные виды смазок: жидкие (различные масла), пластичные (солидол), твердые (графитовая смазка). Иногда подшипники работают без смазки, однако, скорость вращения тел качения не должна быть высокой, а нагрузка большой. В противном случае подшипник быстро нагревается и выходит из строя.

В данном типе подшипника трение возникает при скольжении состыкованных плоскостей вала и втулки.

Подшипник скольжения состоит из следующих элементов:

• Корпус (цельный или разборный).
• Вкладыш или втулка (изготовленные из антифрикционного материала).
• Смазывающее устройство.

Корпус для такого типа чаще всего массивный, изготавливается из разных металлов и может быть цельный или разъемный. Корпус оснащён одним или несколькими масляными клапанами. Клапан служит для подвода смазки на рабочую плоскость вкладыша или втулки. Также при смазке под давлением, при помощи специальных масляных станций, имеется отвод для отработанного масла, которое потом попадает на станцию и вновь на подшипник. Таким образом, смазка является циркулирующей.

Вкладыш чаще изготавливают из антифрикционных металлов, таких как: бронза и чугун. Могут применяться стальные вкладыши с нанесенным слоем баббита.

Принцип работы достаточно прост. В корпус монтируется вкладыш или втулка. Затем конструкция крепится на цапфу вала. Между цапфой и вкладышем должен быть небольшой промежуток для смазки. Во время движения вала смазочный материал отделяет ось от вкладыша, тем самым уменьшая силу трения. Однако при пуске вал некоторое время касается стенок подшипника, для этого и нужен слой антифрикционного металла.

Подшипник скольжения классифицируется на радиальный, упорный, радиально упорный .



В качестве смазочного материала преимущественно применяют масла. Также применяются пластичные, твердые и даже газообразные смазки.

Разница между подшипниками скольжения и качения

Подшипник скольжения имеет ряд преимуществ, которые отличают его от подшипника качения:

• Имеет разъемное исполнение. Это огромный плюс для использования в двигателе внутреннего сгорания. На коленчатый вал надеть подшипник качения не представляется возможным. И поэтому применяют подшипник скольжения.
• Экономичный вариант для применения на больших по диаметру валах.
• Способны работать в воде.
• При ремонте не возникает необходимость демонтировать остальные детали.
• В отличие от шарикоподшипников могут воспринимать большие вибрационные, а также ударные нагрузки.
• Размеры подшипников радиального типа относительно небольшие.
• Имеется возможность регулирования зазора между валом и вкладышем.
• Просты в тихоходных машинах.
• Надежны в приводах с высокой скоростью.
• Бесшумная работа.

Однако и у подшипников качения есть свои преимущества :

• Материалы для изготовления дешевле.
• Не требуют постоянного надзора за смазкой.
• Нет увеличенного трения при пуске.
• Меньший расход смазочных материалов.
• Меньше сила трения.
• Размер подшипников упорного типа меньше.

У каждого вида подшипника есть свои преимущества и слабые стороны, что позволяет применять при отдельный вид при определённых условиях. Из общего же только предназначение – опора вала и создание минимального трения при работе.

Подшипники качения и скольжения

Реферат по дисциплине «Физика»

Выполнил: студент гр. ВАУ – 126 6 Шипаев В.В.

Волжский политехнический институт

Волжский 2013г.

Подшипники используются с древних времён. В зависимости от условий эксплуатации механизмов и машин (скорость движения, нагрузки, температура окружающей среды, фин. затраты,…)выбираются при помощи расчета определённые типы п/ш которые изготавливаются из различных материалов.

Назначение подшипника- уменьшение трения между движущейся и неподвижной частями механизма, т.к. с трением связаны износ, нагрев и потеря энергии.

ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ: -опора вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ.Обычно состоит из наружного кольца, тел качения (шарик, ролик), сепаратора, внутреннего кольца (рис.1).рис.1

Тела качения контактируют с наружным и внутренним кольцом, что при вращении приводит к трению проскальзывания. Потери энергии связаны с трением скольжения тел качения о сепаратор, внутренним трением в материале контактирующих тел (упругие деформации), сопротивлением смазки.

Классифицируются: -по телам качения: шариковые, роликовые (цилиндрические, конические, игольчатые, витые, бочкообразные, бочкообразные конические,…).

По типу нагрузки: радиальные (нагрузка перпендикулярно оси вращения);

радиально-упорные (нагрузка перпендикулярно и вдоль оси вала);

линейные(обеспечивают движение вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или не возможно);

шариковые винтовые передачи(сопряжение винт-гайка через тела качения).

По числу тел качения (одно-, двух-, и многорядные).

По способности компенсироватьнесоосность вала и п/ш (обычные и самоустанавливающиеся).

В шарикоподшипниках ТОЧКА КОНТАКТА (меньше коэффициент трения). В роликоподшипнике ЛИНИЯ КОНТАКТА (больше коэффициент трения).

Поэтому при одинаковых габаритах шарико-п/ш допускают большую скорость вращения, но воспринимают меньшую нагрузку чем ролико-п/ш.

Достоинства п/ш качения:

Высокая скорость вращения;

Выдерживают большие нагрузки;

Небольшая ширина (осевой размер);

Умеренные требования по смазке;

Большой диапазон рабочих температур (спец п/ш до 1000ос).

Недостатки п/ш качения:

Высокая стоимость;

Сложность в изготовлении;

Большие радиальные размеры.

Применяемые материалы:

В основном п/ш изготавливают из высокоуглеродистой низколегированной стали(наружные и внутренние кольца, тела качения подвергаются закалке), низкоуглеродистой стали, латунь (сепаратор, защитные шайбы). Для работы при динамической нагрузке кольца и ролики изготавливают из низкоуглеродистой низко/средне легированной стали, подвергаемой поверхностному насыщению углеродом, т.е. цементацией(структура цементит): поверхностный слой после закалки и отпуска твёрдый, износостойкий, а сердцевина вязкая, упругая (такие п/ш используются в прокатных станах, буксовых узлахж.д. вагонах, шасси самолётов).

В последнее время применяются и другие материалы: керамика, фторопласт, текстолит…

Производство подшипников качения:

Промышленное производство п/ш качения впервые было организовано в Германии в 1883г, в Советском Союзе в 1932г(в 1961г. 1-е выпуски 1-го подшипника завода ГПЗ-15 в г. Волжском).

Порядок изготовления п/ш: разработка конструкции и технологическая подготовка; заготовительно –токарный процесс(получение конфигурации деталей с определёнными «черновыми» размерами); термическая обработка деталей (получение деталей с определённой твёрдостью); шлифовально-сборочные операции (получение деталей «чистовых» окончательных размеров и сборка деталей –получения готового изделия).

Высокие нагрузки, неправильная установка и плохая герметизация приводит к дефектам (выкрашивание, износ колец и тел качения; разрушение сепаратора) и выходу подшипника из строя.

Расчет проводится для подбора п/ш по статической, динамической нагрузки при определённой скорости вращения, и др. характеристик.

Технические параметры (размеры, качество поверхности, твёрдость и материалы деталей п/ш,…) и эксплуатационные характеристики (скорость об/мин, нагрузка, температурный режим,…) определяются различными ГОСТ. В обозначении указывается диаметр отверстия, тип и конструктивные особенности, материал.

Пример расшифровки обозначения п/ш 2-7504Х 1Л: тип -роликовый конический(7), серия наружного диаметра 5(5), диаметр отверстия 20мм(04*5=20), детали или часть деталей из цементованной стали(Х1 – наружное кольцо), с сепаратором из латуни(Л), класс точности 2 (2-прецизионный, подвергается искусственному «старению» - стабилизации размеров).

Таблицы, рисунки:

Степень точности п/ш: 0, 6, 5, 4, 2, Т (слева на право –увеличение точности).

Основные условные обозначения для подшипников качения диаметром 10 мм и менее. Подшипники диаметром 0,6; 1,5 и 2,5 мм обозначаются через дробь. Ниже приведена схематическая таблица, позволяющая определить размеры подшипников.

Схематическая таблица 1

Диаметр отверстия

Серия диаметров

Тип подшипника

Конструктивное исполнение

Серия ширин

Условные обозначения для подшипников качения диаметром более 10 мм и менее 500 мм. Подшипники диаметром 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь.

Схематическая таблица 2

									Диаметр отверстия
							Серия диаметров
					Тип подшипника
			Конструктивное исполнение
	Серия ширин

4-я цифра справа		Тип подшипника и основные особенности
		Шариковый радиальный (пример: 1000905, 408, 180206, 1680205). Универсальные. Обычно однорядные.
		Шариковый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 1210, 1608, 11220). Используются при несоосности валов.
		Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный или двухрядный (пример: 42305, 2210, 3182120). Высокая грузоподъемность и скорость вращения.
		Роликовый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 3514, 3003124). Высокие нагрузки, перекосы колец.
		Роликовый радиальный игольчатый (пример: 954712, 504704, 834904). Малые габариты. Одно- или двухрядный.
		Роликовый радиальный с витыми роликами (пример: 5210, 65908). Высочайшая грузоподъемность, работа в загрязненных узлах, медленное вращение. Редкие.
		Шариковый радиально-упорный (пример: 36205, 66414, 3056206, 256907). Высокая скорость и точность вращения, комбинированные нагрузки. Качество для этого типа критично. Однорядные и двухрядные.
		Роликовый конический (одно-, двух-, многорядный) (пример: 7516, 807813, 537908, 697920). Совместно действующие радиальные и односторонние осевые нагрузки. Удобство монтажа. Обычно 1 ряд роликов, но может быть и 2, и 4.
		Шариковый упорный (одно- или двухрядный) (пример: 8109, 688811). Осевые нагрузки при высокой скорости вращения. Двухрядные - осевые нагрузки в обе стороны.
9		Роликовый упорный (пример: 9039320, 9110). Высокие осевые нагрузки.

изображен: буксовый ж.д. узел;

Ниже изображены: установка п/ш в узле механизма; шариковый радиальный п/ш.

Схемы сопротивления качению.

ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ:

Опора вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ. (п/ш, в котором видом относительного движения является скольжение). Обычно состоит из втулки или вкладыша(полый цилиндр) из антифрикционного материала, установленный в корпус. В зазор между валом и отверстием втулки подаётся смазка.

При расчете определяется минимальная толщина смазочного слоя, давление в зазоре, расход смазочного материала, температурный режим работы п/ш. Подбор ирасчет регламентируется ГОСТ, техусловиями и справочниками. В зависимости от конструкции и требований эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидким. Но даже п/ш с жидкостным трением при пуске проходит режим граничного трения.

Смазка - это одно из главных условий работып/ш скольжения для обеспечения низкого трения между подвижными деталями механизма, отвод тепла.

Виды смазки:

Твёрдая (напр.: графит)

Пластичная(кальция сульфат)

Жидкая(масло, вода)

Классификацияп/ш:

По форме (одно, многоповерхностные)

По нагрузке (статически, динамически нагруженный)

По направлению нагрузки(радиальные, упорные или подпятники, радиально-упорные)

По подводу смазки(гидро/газодинамическая: смазку в зазор затягивает вращение вала; гидро/газостатическая: смазка в зазор поступает под внешним (компрессор) давлением).

Материалы:

Металлы: сплавы на основе меди (бронза, баббит(сплав,уменьшающий трение, на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника), латунь), чугун(наличие в чугуне свободного графита).

Неметаллы: керамика, полимеры; древесносмолистые, дерево(берёза, дуб, самшит-применялся в космонавтике).

В настоящее время получили распространение так называемые самосмазывающиеся п/ш изготавливаемые методом порошковой металлургии(спекание порошка на основе металла под давлением и высокой температуры). При работе от трения этот пористый п/ш, пропитанный лёгкоплавким материалом или маслом, нагревается и выделяет смазку. В состоянии покоя п/ш остывает, поры уменьшаются и капиллярным методом впитывает смазку обратно.

Достоинства п/ш скольжения:

Высокая скорость при статической(под давлением) подаче смазки

Простота конструкции в тихоходных механизмах

Небольшие радиальные размеры

Регулировка зазора

Недостатки п/ш скольжения:

Критические требования по смазке(подача, расход, чистота, температура)

Большие потери на трение при пуске и неудовлетворительной смазке

Большие осевые размеры

Ограниченный диапазон рабочей температуры(до 250оС)

Неравномерный износ п/ш и цапфы(часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник)) вала.

Подвод смазки

Динамическая смазка. Статическая смазка.

СРАВНЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ

характеристики	п/ш скольжения		п/ш качения
Размер осевой(ширина)	значительный (до 2 ф вала)		малый (до 1 ф вала)
Радиальный(макс. диам)	Малый (до 1,5 ф вала)		значительный (до 3 ф вала)
				Обычно выше в 1,5–2 раза
Стоимость
малых и средних размеров		Умеренная		Низкая при массовом производстве
крупных размеров		Умеренная
Способ изготовления		Как правило, силами самих предприятий с заказом соответствующих материалов		Специализированными подшипниковыми заводами
Необходимая точность изготовления		Умеренная
Способность выдерживать нагрузки:
Неопределённого направления				Отличная
Цикличные				Отличная
Стартовые				Отличная
		Удовлетворительная		Удовлетворительная (цементуемые)
Сопротивление движению
При трогании с места (стартовое)				Меньше в 5–10 раз
При умеренной скорости		Умеренное		Меньше в 2–4 раза
При очень высокой скорости и жидкой смазке (более 10000 об/мин,)		(смазка под давлением)		Выше в 2–4 раза
Условия смазки
Типы смазки		Масло, мази, сухие смазки, воздух, вода		Масло, мази
Условия монтажа
Условия создания самоустанавливаемости опор
Условия приработки новых опор и ввода и ввода в эксплуатационный режим.		Длительные (в сильно нагруженных и высокооборотных узлах – десятки часов)		Короткие (не более нескольких часов)

Список литературы

ГОСТ 520-2011(Подшипники качения. Общие технические условия);

ГОСТ ИСО 4378-1-2001 (Подшипники скольжения.Термины,определения и классификация);

Подшипники качения: справочник-каталог/ под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коростошевского. М.: машстрой 1984;

Большая Советская Энциклопедия 1978г;

Подшипники качения – это наиболее распространенные стандартные изделия (сборочные единицы) множества конструкций и модификаций, которые изготавливаются на специализированных заводах и встраиваются в более сложные изделия (редукторы, коробки подач и скоростей, шпиндели металлорежущих станков и др.).

Основные функциональные элементы подшипника качения – тела качения (шарики или ролики), которые катятся по дорожкам качения. Дорожки качения, как правило, располагаются на специально изготовляемых наружном и внутреннем кольцах подшипника. Тела качения, как правило, разделены сепаратором, который обеспечивает равномерное распределение тел качения по окружности.

Подшипники классифицируют по следующим признакам:

1) по направлению действия воспринимаемой нагрузки:

а) радиальные – воспринимают нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения подшипника,

б) упорные – воспринимают осевую нагрузку,

в) радиально-упорные – воспринимают комбинированную (радиальную и осевую) нагрузку;

2) по форме тел качения:

а) шариковые – со сферическими телами качения,

б) роликовые – с цилиндрическими, коническими и бочкообразными телами качения;

3) по количеству рядов тел качения:

а) однорядные,

б) двухрядные,

в) многорядные;

4) по наличию уплотнений и защитных шайб:

а) открытые – без уплотнений и защитных шайб,

б) закрытые – с одним или двумя уплотнениями, с одной или двумя защитными шайбами или одним уплотнением и одной защитной шайбой.

Стандарты устанавливают следующие серии подшипников: сверхлегкая, особо легкая, легкая, легкая широкая, средняя, средняя широкая, тяжелая. Подшипники различных серий отличаются друг от друга размерами, предельным числом оборотов в минуту, статической и динамической грузоподъемностью и другими параметрами.

В ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений» установлены типы подшипников, приведенные с указанием установленных стандартом условных обозначений.

Типы подшипников	Обозначения
Шариковый радиальный
Шариковый радиальный сферический
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами
Роликовый радиальный со сферическими роликами
Роликовый радиальный с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами
Роликовый радиальный с витыми роликами
Шариковый радиально-упорный
Роликовый конический
Шариковый упорный, шариковый упорно-радиальный
Роликовый упорный, роликовый упорно-радиальный

В условное обозначение подшипника входят кодовые обозначения серии, типа, конструктивных особенностей, категории и диаметра присоединительного отверстия подшипника (диаметр вала, сопрягаемого с данным подшипником). Полное обозначение стандартного подшипника включает девять позиций, в которых, считая справа налево, закодированы:

· диаметр присоединительного отверстия подшипника (позиции первая и вторая);

· серия диаметров подшипника (третья позиция);

· тип подшипника (четвертая позиция);

· конструктивные особенности (пятая и шестая позиции);

· серия ширин подшипника (седьмая позиция);

· класс точности подшипника (восьмая позиция – отделяется от седьмой знаком тире);

Диаметр отверстия подшипника для подшипников с диаметром присоединительного отверстия от 20 до 495 мм обозначается числом, которое представляет собой частное от деления диаметра на 5, для подшипников с диаметрами отверстия от 10 до 17 мм обозначения соответствуют приведенным ниже.

Таблица Обозначение диаметра присоединительного отверстия

подшипников с диаметрами отверстия от 10 до 17 мм

d	10	12	15	17
Обозначение	00	01	02	03

Для подшипников с диаметром до 9 мм первая позиция указывает фактический внутренний диаметр в миллиметрах. В этом случае на третьем месте справа в обозначении стоит 0.

Для наиболее часто используемых серий, типов и конструктивных особенностей подшипника в качестве кодовых цифр использованы нули, которые не указывают в условных обозначениях при отсутствии слева других цифр. Например, Подшипник 205 ГОСТ 8338 – радиальный однорядный, нормального класса точности, легкой серии, с диаметром отверстия 25 мм. В обозначении использованы только три позиции справа, поскольку остальные четыре позиции формально заняты нулями.

Класс точности подшипника качения указывают перед условным обозначением номера подшипника, отделяя его знаком тире, например: Подшипник 6-205 ГОСТ 8338 (такой же подшипник шестого класса точности). Самые распространенные классы точности подшипников (классы «нормальный» и 0) при условном обозначении их нулем в обозначении подшипника категории С не указывают.

Для шариковых радиальных и радиально-упорных подшип-ников и для роликовых радиальных подшипников ГОСТ 520 «Подшипники качения. Общие технические условия» устанавливает следующие классы точности: 8, 7, нормальный, 6, 5, 4, Т, 2 (обозначения указаны в порядке возрастания точности).

Для роликовых конических подшипников установлены классы точности 8, 7, 0, нормальный, 6Х, 6, 5, 4, 2.

Класс точности «нормальный» для всех подшипников, кроме конических, обозначают знаком 0. Для конических подшипников нулевой класс точности обозначают знаком 0, а нормальный – буквой N. Для обозначения класса точности 6Х используют знак Х.

Подшипники классов точности 7 и 8 изготавливают по заказу при пониженных требованиях к точности вращения деталей. Нормы точности для таких подшипников устанавливаются в отдельных технических нормативных правовых актах.

В зависимости от наличия требований по уровню вибрации, допускаемых значений уровня вибрации или уровня других дополнительных технических требований в ГОСТ 520-2002 установлены три категории подшипников – А , В , С .

К категории А относят подшипники классов точности 5, 4, Т, 2, отвечающие повышенным дополнительным требованиям, регламентирующим нормы уровня вибрации, волнистости и отклонения от круглости поверхностей качения, значения осевого и радиального биений, соответствующие следующему более высокому классу точности, моменту трения и угла контакта.

К категории В относят подшипники классов точности 0, нормального, 6Х, 6, 5, отвечающие повышенным дополнительным требованиям, регламентирующим нормы уровня вибрации, волнистости и отклонения от круглости поверхностей качения, значения осевого и радиального биений, соответствующие следующему более высокому классу точности, моменту трения и угла контакта, высоте, монтажной высоте и ширине подшипников.

К категории С относят подшипники классов точности 8, 7, 0, нормального, 6, к которым не предъявляют дополнительные требования, установленные для подшипников категорий А и В .

Конкретные значения дополнительных технических требований устанавливают в нормативных документах на подшипники категорий А , В , С или в конструкторской документации, утвержденной в установленном порядке.

Примеры обозначений (без указания слова «подшипник» и номера стандарта или ТУ) с указаниями классов точности:

А5-307; 205; Х -307; N -97510.

Знак 0 включают в обозначение, только если слева от него тоже есть знак маркировки, например В0-205.

Основными показателями точности подшипников и их деталей являются:

· точность размеров присоединительных поверхностей (d, dm, D, Dm ). Нормируют средние диаметры (dm, Dm ) наружной или внутренней номинально цилиндрической присоединительной поверхности, чтобы ограничить такие отклонения формы, как овальность и конусообразность, наиболее неблагоприятные для подшипника. Сред-ний диаметр определяют расчетом как среднее арифметическое наибольшего и наименьшего значений диаметра, измеренных в нескольких сечениях кольца;

· точность формы и расположения поверхностей колец (радиальное и торцовое биение, непостоянство ширины колец) и шероховатость их поверхностей;

· точность формы и размеров тел качения;

· боковое биение по дорожкам качения внутреннего и наружного колец.

Эти показатели определяют равномерность распределения нагрузки на тела качения, точность вращения, следовательно (вместе с физико-механическими свойствами), и срок службы подшипника.

Стандартное сопряжение подшипника с ответными деталями образуется как сочетание полей допусков присоединительных размеров подшипниковых колец со стандартными полями допусков валов и отверстий.

f

Схемы расположения полей допусков:

а) поля допусков для посадок валов во внутреннее кольцо подшипника;

б) поля допусков для посадок наружного кольца подшипника в корпус

Расположение полей допусков присоединительных размеров подшипниковых колец стандартизовано таким образом, чтобы получить необходимые их сочетания со стандартными полями допусков, которые наиболее часто используются в общем машиностроении. Поле допуска отверстия внутреннего кольца подшипника расположено односторонне от номинала в «воздух», а не в «тело детали» (как принято для основного отверстия). В результате сочетание такого поля допуска отверстия подшипника с полями допусков сопрягаемых валов типа k 6, m 6 или n 6 дает посадки с натягом, в то время как с основным отверстием такие поля допусков дают переходные посадки.

Выбор полей допусков поверхностей валов и корпусов, сопряженных с кольцами подшипников, регламентируется ГОСТ 3325-85 «Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки». Этот стандарт распространяется на посадочные поверхности валов и отверстий корпусов под подшипники качения, отвечающие следующим требованиям:

1. Валы стальные, сплошные или полые толстостенные, т. е. с отношением d/db ≥ 1,25, где d – диаметр вала, db – диаметр отверстия в нем.

2. Материал корпусов – сталь или чугун.

3. Температура нагрева подшипников при работе – не выше 100 °С.

Выбор посадки кольца подшипника (выбор полей допусков валов и отверстий корпусов, сопрягаемых с кольцами подшипников) осуществляют с учетом:

· вида нагружения кольца подшипника;

· режима работы подшипника;

· соотношения эквивалентной нагрузки Р и каталожной динамической грузоподъемности С ;

· типа, размера и класса точности подшипника.

Различают три основных вида нагружения колец подшипника: местное (М), циркуляционное (Ц) и колебательное (К).

При местном нагружении кольцо воспринимает постоянную по направлению радиальную силу ограниченным участком окружности дорожки качения и передает ее соответствующему участку посадочной поверхности вала или корпуса. Такой вид нагружения имеет место, например, когда неподвижное кольцо нагружено постоянной по направлению радиальной силой (наружные кольца подшипниковых опор валов в редукторе и т. п.).

При циркуляционном нагружении кольцо воспринимает радиальную силу последовательно всеми элементарными участками окружности дорожки качения и соответственно передает ее всей посадочной поверхности вала или корпуса. Такое нагружение возникает, когда кольцо вращается относительно действующей на него неподвижной радиальной силы (например, внутреннее кольцо подшипника на вращающемся валу редуктора) или циркулирует сила, а кольцо неподвижно (например, внутреннее кольцо подшипника неподвижного солнечного колеса дифференциальной зубчатой передачи).

При колебательном нагружении на неподвижное кольцо интегрально действуют две радиальные силы (одна постоянна по направлению, а другая, меньшая по значению, циркулирует). Равнодействующая нагрузка не совершает полного оборота, а колеблется между крайними точками дуги окружности.

Для кольца, которое испытывает циркуляционное нагружение, назначают посадку с натягом. Наличие зазора между циркуляционно нагруженным кольцом и посадочной поверхностью детали может привести к проворачиванию кольца с проскальзыванием поверхностей, а следовательно, к развальцовыванию и истиранию металла детали, что недопустимо.

Основная опасность для кольца, которое испытывает местное нагружение, – износ дорожки качения в месте действия нагрузки. Если для этого кольца назначают посадку с зазором и если оно не зафиксировано в осевом направлении, то под действием вибрации и толчков оно постепенно проворачивается по посадочной поверхности. В результате износ дорожки качения происходит более равномерно по всей окружности кольца.

Можно предложить выбирать посадки так, чтобы циркуляционно или колебательно нагруженное (как правило, вращающееся) кольцо подшипника было смонтировано с натягом, исключающим возможность проскальзывания этого коль-ца по сопрягаемой поверхности вала или отверстия в корпусе. Другое кольцо того же подшипника, если оно нагружено местно, может быть посажено с зазором. При таком сочетании посадок колец одного подшипника устраняется опасность заклинивания тел качения из-за чрезмерного уменьшения радиального зазора.

Режим работы подшипника качения по ГОСТ 3325 характеризуется расчетной долговечностью и отношением Р/С , где Р – эквивалентная нагрузка (условная постоянная нагрузка, обеспечивающая тот же срок службы подшипника, какой должен быть в действительных условиях); С – динамическая грузоподъемность (постоянная радиальная нагрузка, соответствующая расчетному сроку службы):

· легкий режим работы – Р/С ≤ 0,07;

· нормальный режим работы – 0,07 Р/С ≤ 0,15;

· тяжелый режим работы – Р/С 0,15.

Расчетная долговечность, соответствующая режимам работы:

· тяжелый – от 2500 до 5000 ч;

· нормальный – от 5000 до 10000 ч;

· легкий – более 10000 ч.

Выбор квалитетов, определяющих точность изготовления цапфы вала и отверстия в корпусе под посадку подшипника качения, осуществляется в зависимости от класса точности подшипника. Например, если класс точности подшипника 0, нормальный или 6-й, отверстие в корпусе выполняется по 7-му (реже 6-му) квалитету, а вал – по 6-му (реже 5-му) квалитету и т.д.

При деформации колец подшипников происходит уменьшение радиального зазора, что в итоге может привести к заклиниванию тел качения. После выбора посадок и определения натягов (зазоров) по присоединительным размерам следует выполнить проверку наличия радиального зазора в подшипнике качения после посадки его в корпус или на вал с натягом:

или ,

где G noc – зазор в подшипнике качения после посадки с натягом;

Gr – начальный радиальный зазор;

Δd 1 – диаметральная деформация беговой дорожки внутреннего кольца при посадке его с натягом;

ΔD 1 – диаметральная деформация беговой дорожки наружного кольца при посадке его с натягом.

;

,

где N эф – эффективный натяг, рассчитываемый как

;

d 0 – приведенный внутренний диаметр подшипника, рассчитываемый как

;

D 0 – приведенный наружный диаметр подшипника, рассчитываемый как

;

N изм – измеренный натяг до сборки (в теоретических расчетах за N изм принимают средний натяг как наиболее вероятный);

N cp = (N max + N min)/2.

ГОСТ 24810-81 «Подшипники качения. Зазоры» определяет группы зазоров и их обозначения для подшипников различных типов. Так, для подшипников шариковых радиальных однорядных с цилиндрическим отверстием стандарт устанавливает следующие группы зазоров: 6, нормальная, 7, 8, 9-я. Условное обозначение группы радиального зазора, кроме группы «нормальная», должно быть нанесено на подшипник слева от обозначения класса точности.

Если путем расчета будет определено, что зазор в подшипнике после посадки переходит в натяг, следует изменить группу в сторону увеличения зазора или выбрать другую посадку с уменьшенным натягом.

При контроле линейных размеров колец подшипников измеряют единичные диаметры отверстий внутренних колец и единичные диаметры наружных колец. В результате получают значения единичных диаметров и среднего диаметра, значения непостоянства диаметров.

Единичные диаметры отверстий внутренних колец измеряют по схемам, приведенным ниже. Для контроля в двух поперечных сечениях подшипник кладут на торец, затем переворачивают и кладут на противоположный торец.

внутреннего кольца подшипника

наружного кольца подшипника

Контроль единичной ширины колец подшипников проводят по схемам, приведенным ниже.