Bearing
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 или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции[1][2].
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.
Основные типы подшипников
По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
подшипники качения;
подшипники скольжения;
К подшипникам скольжения также относят:
-газостатические подшипники;
-газодинамические подшипники;
-гидростатические подшипники;
-гидродинамические подшипники;
-магнитные подшипники.
Основные типы, которые применяются в машиностроении, — это подшипники качения и подшипники скольжения.
Подшипники качения
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. Такие подшипники называются промышленными.
Также существуют насыпные подшипники, состоящие из сепаратора и вставленных в него шариков (см. рис. ниже), которые можно вытаскивать.
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 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 поперек оси вала. Часто нагрузка вдоль оси только одного направления.
-Упорные (нагрузка поперек оси вала не допускается).
-Линейные. Обеспечивают подвижность вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или невозможно. Встречаются рельсовые, телескопические или вальные линейные подшипники.
-Шариковые винтовые передачи. Обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения.
По числу рядов тел качения:
-Однорядные
-Двухрядные
-Многорядные
По способности компенсировать несоосность вала и втулки:
-Самоустанавливающиеся.
-Несамоустанавливающиеся.
Условное обозначение подшипников качения в России
Основная статья: ru.wikipedia.org/wiki/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
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 демонстрируют пористые самосмазывающиеся подшипники, изготовленные методом порошковой металлургии. При работе пористый самосмазывающийся подшипник, пропитанный маслом, нагревается и выделяет смазку из пор на рабочую скользящую поверхность, а в состоянии покоя остывает и впитывает смазку обратно в поры.
Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз, полимерных материалов, керамики, твёрдых пород дерева (железное дерево).
Классификация
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:
-неразъемные (втулочные; в основном, для I-1),
-разъемные (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).
Достоинства
Надежность в высокоскоростных приводах
Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
Сравнительно малые радиальные размеры
Допускают установку разъемных 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
