Что такое подшипники и для чего они нужны

Подшипники — назначение и классификация, виды подшипников и описания

Подшипники предназначены для поддержания в определенном положении оси вращающихся или колеблющихся элементов машины и обеспечивают их беспрепятственное движение. Реакция происходит в точке контакта вала в подшипнике. В зависимости от направления этой реакции, часть вала, к которой он опирается в подшипнике, называется шейкой или пяткой, в зависимости от того, направлены ли действующие силы радиально (на шейку) или в направлении оси (на пятку). Более подробно о подшипниках можно почитать здесь https://katiks.ru/.

Подшипники могут быть классифицированы в зависимости от трения и нагрузки, которую они воспринимают

Типы подшипников

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения — это опоры для вращающихся элементов машин и агрегатов, работающих в условиях трения, совместно с рабочей жидкостью (маслом или газообразным веществом).

Подшипники скольжения являются одним из старейших элементов машин, используемых для создания подшипниковых узлов в общем машиностроении. Как таковые, они претерпели большое развитие и охватывают очень широкий спектр современного машиностроения и приборостроения, хотя их широкое использование ограничено.

Тем не менее, они сохранили некоторые важные области, где они имеют преимущественное или равное применение с подшипниками качения: подшипники, которые из-за технологических требований при установке должны быть двухкомпонентными (для коленчатых валов и т. д.), подшипники особо тяжелых валов, для которых требуется индивидуальное производство подшипников качения.

В зависимости от воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения бывают: радиальные — воспринимают только радиальную нагрузку; осевые — воспринимать только осевую нагрузку; радиально-осевые — воспринимают радиальные и осевые нагрузки. Шейки валов и осей, установленные в подшипниках скольжения, могут иметь различные геометрические формы вращения. На практике цилиндрические, бочкообразные или конические шейки в основном используются для облегчения производства. Каблуки цельные, в форме кольца, в форме гребня и сферические.

В зависимости от характера трения подшипники скольжения подразделяются на:

Подшипники качения

Одним из основных требований к подшипникам является минимальный коэффициент трения. В этом отношении газовые подшипники имеют несомненное преимущество перед подшипниками качения (потери в газовых подшипниках обусловлены незначительным внутренним трением в газовом слое), но они значительно уступают последним с точки зрения грузоподъемности.

Трение в подшипнике на продукт реакции в опоре и радиус отверстия подшипника достигает 0,002 — для однорядных шарикоподшипников при радиальной нагрузке и 0,01 для игольчатых и конических роликоподшипников.

Преимущество подшипников качения состоит в том, что они позволяют заменить трение скольжения трением качения. Это упрощает систему смазки, уменьшает вероятность выхода из строя подшипника в случае короткого перерыва в смазке (в случае внезапного изменения нагрузки и скорости). Конструкция подшипников позволяет производить их в больших количествах в качестве стандартных изделий, что делает их производство экономически эффективным. По сравнению с подшипниками скольжения ролики имеют меньшие размеры в осевом направлении (в 2-3 раза), что обеспечивает ремонтопригодность агрегата и оценку его остаточной прочности.

К недостаткам подшипников качения относятся:

Разновидности подшипников и их применение.

Подшипник представляет собой сборочную единицу механизма или узел, входящий в состав конструкции опоры, которая поддерживает ту или иную подвижную конструкцию в соответствии с установленным уровнем жесткости.

С их помощью достигается равномерное движение между соприкасающимися поверхностями с соблюдением низкого уровня трения. Речь идет не только о линейном, но и о вращательном движении. Различают шесть основных типов подшипников, каждый из которых отличается своими характерными особенностями и областями применения:

Шариковые подшипники

– изделия такого типа считаются самыми востребованными и самыми популярными в своем роде. В состав их конструкции входят так называемые шариковые тела качения, заключенные в беговые дорожки, которые состоят из обойм в форме кольца и механических сепараторов. Шары контактируют с поверхностью дорожек только частично, что в значительной степени сокращает момент трения в подшипнике и позволяет добиться впечатляющих скоростей вращения. Шариковые подшипники используются в высокоскоростных редукторах, электродвигателях и входят в состав конструкции медицинского оборудования.

Цилиндрические роликовые механизмы

– в таких изделиях вместо обычных шариков в качестве тел качения используются ролики в форме миниатюрных цилиндров, которые соединяются между собой посредством сепараторов. Они выдерживают серьезные радиальные нагрузки, но очень чувствительны к осевым напряжениям. Цилиндрические подшипники часто насчитывают больше одного ряда цилиндров, что позволяет в разы повысить грузоподъемность. Они входят в конструкцию металлорежущих станков, насосов и крупных электродвигателей.

Конические роликовые механизмы

– тела качения в форме конусов обуславливают их угловое расположение в конструкции по отношению к вращательной оси подшипника. В данном случае наблюдается взаимодействие осевых и радиальных сил, что обеспечивает адекватное восприятие комбинированных нагрузок без деформаций. Они применяются в ступицах автомобильного транспорта, осевых железнодорожных буксах и в косозубых механических передачах.

Самоустанавливающиеся двухрядные механизмы

– внутренняя часть наружного кольца таких подшипников имеет форму сферы, поэтому они могут гарантировать стабильную работу даже в том случае, когда внутреннее кольцо перекошено или наблюдается существенный прогиб вала. Кроме того, благодаря двум рядам тел качения достигается высокая грузоподъемность. С их помощью работают вентиляторы, ветряные электрогенераторы и металлургические станки.

Игольчатые подшипники

– уступают цилиндрическим механизмам только по вращательной скорости. Используются в самом разном оборудовании и инструментах, в частности в спортивных тренажерах.

Роликовые упорные подшипники

– применяются в самых разных производственных сферах, требующих выдерживания серьезных осевых нагрузок. Входят в состав экструдеров, генераторов переменного тока и вертикальных валов.

Перейти в каталог подшипников

Классификация подшипников качения

Подшипники качения можно классифицировать по следующим характеристикам:

Классификация по способу подачи смазки и ее вида

Изделия классифицируют по следующим параметрам:

Как работает гидростатический подшипник скольжения – принцип действия, особенности работы

Часто эту деталь еще называют гидравлической. Она служит для обеспечения многолетней работы изделия, широко используются во всех сферах производства из-за надежности и простоты строения.

Состоит из двух деталей: внешнего и внутреннего кольца. Пространство между осью и корпусом постоянно нагнетается смазывающей жидкостью. Часто в этом отверстии находятся вкладыши из более мягких материалов. Например, на таких опорах лежит коленвал автомобиля.

В маркировке основная цифра отражает диаметр вала в милимметрах. Остальные буквы и цифры – это обозначения особенностей конструкции и условия эксплуатации.

Все изделия этого типа обязаны соответствовать установленным стандартам, от этого зависит их номенклатура.

Подшипники скольжения, выходящие с конвейера, проходят проверку на качество, соответствующее ГОСТу.

Мы приведем таблицу основных стандартов:

Согласно этим нормативам, можно определить их правильную маркировку и особенности. Но несмотря на все различные варианты, все они обладают одинаковыми достоинствами.

Преимущества гидродинамического узла вращения:

Гидродинамические подшипники скольжения

Этот вид выгодно отличается от первого, потому что технологическая жидкость нагнетается в пространство внутри трущихся деталей за счет вращения вала.

Особенностью работы подшипника является то, что чем больше частота вращения вала, тем качественнее становится смазочный слой между вращающимися сферами. При этом, на малых оборотах резко возрастает трение. Как следствие – происходит износ детали.

К недостаткам можно отнести:

Газостатический тип подшипника скольжения

К недостаткам подшипников скольжения этого класса относятся:

Давайте рассмотрим строение подшипника скольжения, из чего он состоит (втулка, корпус), материалы, необходимые для изготовления на схеме:

На рисунке цифрами обозначены элементы строения механизма:

На схеме не обозначена цапфа, а вкладыш складывается из пористой вставки и втулки.

Через статичное кольцо с проходами подается газ под давлением, который проникает в промежуток между цапфой и корпусом. Необходимо выбрать целесообразную конфигурацию канавок с внутренней стороны окружности (вкладыша) и давление поступающего газа. Чтобы плоскости вкладыша и цапфы не соприкасались надо правильно выставить режим оборотов и нагрузки.

При повышении оборотов соприкосновение между этими материалами будет по времени сокращено до периода разгона, что приведет к меньшему износу. Подшипниковый узел возможно заставить работать тише, с меньшими вибрациями при больших оборотах. Задачей инженеров является добиться создания устойчивой воздушной подушки между быстро вращающимися плоскостями.

Газодинамические

Устройство, как и у всех остальных узлов состоит из:

Область использования такого подшипника весьма ограничена. Потому что эффективная работа узла возможна только при высоких скоростях. Нагрузка на оси также небольшая. В технике применяется еще один тип – радиальный подшипник скольжения.

Источник

Подшипник. Виды и применение. Особенности и как выбрать

Подшипник – это сборный узел, применяемый в качестве поддерживаемой оборачиваемой опоры с минимальным трением и сопротивлением. Используется для установки на валы, оси и прочие подвижные детали. Обеспечивает вращение или качение, создавая при этом почти ничтожное сопротивление.

Рабочие параметры и как выбрать подшипник

Сфера применения подшипников очень обширна, так как они входят в конструкцию любого транспорта, бытовой техники, различных промышленных механизмов и агрегатов. Все они работают в разных условиях с определенными нагрузками. Для каждого назначения производятся определенные типы подшипников. Они могут иметь одинаковые внешние параметры, в том числе и размер, но отличаться по ключевым характеристикам.

При выборе подшипника для установки важно учитывать его особенности:

Подшипники могут быть изготовлены из различных сплавов и с применением определенных способов термообработки. Эти параметры являются ключевыми при определении радиальной и осевой нагрузки узла вращения. При выборе подшипника важно, чтобы эти параметры соответствовали необходимым.

В описании характеристик подшипников производителем указывается максимальная скорость оборотов, на которую они рассчитаны. Важно устанавливать только те, которые имеют в своем рабочем диапазоне необходимое значение вращения. Одни подшипники применяют для крепления валов редукторов с малой угловой скоростью, другие, к примеру, устанавливаются на ротор электромотора, который выдает 10 тыс. об/мин. Внешне они могут быть одинаковыми, но если их поменять местами, то обычный быстро заклинит или развалится.

Одним из важнейших параметров при выборе подшипника выступают его посадочные размеры. Они включают диаметр внутренней и наружной обоймы, а также ширину. Встречаются тысячи вариаций размеров, отличающихся по отдельным параметрам на значение всего 1 мм.

Также подшипники отличаются между собой по шумности и уровню вибрации. Причем это проявляется в большей мере при повышении скорости оборотов. Образцы более высоких классов точности работают мягче и тише, поэтому используются на механизмах с высоким угловым ускорением.

Также важным параметром выступает рабочая температура использования. Для горячей среды, к примеру, узлов двигателя внутреннего сгорания или коробки переключения передач автомобиля, ведется производство подшипников из термостойкой стали, с минимальным линейным расширением.

Типы подшипников

Существует несколько принципиально отличающихся между собой типов подшипников:

Каждый тип имеет свою специфику при использовании в конкретных условиях. Одни отличаются простотой смазки и производства, другие могут работать в условиях большой опорной нагрузки или на высоких оборотах.

Шариковый подшипник

Это классическая очень распространенная конструкция. Она состоит из круглых стальных шариков, которые располагаются между двумя кольцами, называемыми обоймы. Внутри последних имеются дорожки. За счет этого шарики катаются между ними, но не могут сместиться в сторону, как и сами обоймы.

Все шарики располагаются по окружности с одинаковым зазором между собой, так как разделяются сепаратором. Это не несущая деталь, а только поддерживающая. Она предотвращает сближение шариков под одну сторону. В противном случае между обоймами появится зазор, и подшипник сможет рассыпаться.

Форма шариков позволяет им касаться обойм точечно. Естественно, чем меньше площадь контакта, тем ниже сопротивление при вращении. Густая смазка в таких подшипниках помещается сбоку, благодаря этому шарики всегда смазаны.

Роликовые цилиндрические

Подшипник этой конструкции очень похож на шариковый. Отличие заключается в том, что в качестве тел качения в нем применяются цилиндрические ролики. Это увеличивает площадь контакта с поверхностью внутренней и внешней обоймы. Как следствие данная конструкция обладает большим противодействием.

Роликовые цилиндрические подшипники за счет линейной точки опоры на каждом теле качения способны нести большую радиальную нагрузку. Они превосходят в этом плане шариковые устройства аналогичного типоразмера в 1,5-2 раза. При этом нужно отметить, что ролики на отдельных подшипниках могут располагаться в несколько рядов.

Для размещения роликов проточка для их качения на обоймах делается шире. Также требуется изготовления широкого сепаратора. В целом производство такого изделия более сложное и затратное в плане расхода материала, однако фактическая разница между роликовыми и шариковыми подшипниками несущественная.

Роликовые конические

Имеют в качестве элементов качения ролики конической формы. Это делает механику работы устройства более устойчивой к осевому воздействию. При этом их радиальная стойкость по факту остается аналогично высокой, как и у обычных роликовых цилиндрических конструкций.

Именно подшипники этого типа применяются для установки на ступицы автомобилей. Они подходят для этого лучше всего. Уклон роликов располагается таким образом, что при ударе о колесо, те могли устоять. Возможно расположение элементов качения в два ряда. В таком случае с одной стороны они имеют уклон зеркально отображенный относительно второй. Это делает такую конструкцию стойкой к осевому воздействию с любой стороны.

Самоустанавливающийся

Это двухрядный подшипник, у которого наружная обойма имеет сферический изгиб. Благодаря этому при монтаже она устанавливается ровно, несмотря на перекос внутреннего кольца на валу или оси. Это позволяет компенсировать неравномерный износ посадочного места, его деформацию в результате изгиба и прочие дефекты.

Самоустанавливающиеся подшипники обладают достаточно хорошей стойкостью к осевой нагрузке, но в большей мере они рассчитаны на радиальную. Чаще всего их ставят на прокатные станки, вентиляторы с высокой скоростью оборотов, опоры тяжелых узлов и агрегатов.

Игольчатый

Это подшипник практически полностью повторяющий конструкцию роликового цилиндрического. Только в нем в качестве тел качения используются тонкие прутики иголки. Их малое сечение позволяет минимизировать посадочный размер подшипника.

Эта конструкция аналогичная по стойкости, что и роликовая цилиндрическая, но более дешевая в исполнении за счет сниженного расхода металла. Максимальная скорость вращения таких устройств невысокая. Однако во многих случаях этого достаточно для установки в двигателе внутреннего сгорания, поэтому назвать такую конструкцию ненадежной нельзя. Стоит все же отметить специфический шум при вращении игольчатого подшипника с износом. Поврежденные затертые иголки на высоких оборотах создают весьма специфический звук, хорошо различимый на слух от повреждений на прочих конструкциях подшипников.

За счет малого наружного диаметра они используются в самых разнообразных механизмах. Их можно встретить даже в таких простых, как: держатель туалетной бумаги, принтер, копировальный аппарат, ручной электроинструмент и т.д.

Упорный шариковый

Это также подшипник, элементом качения которого выступают шарики. Однако на этом сходство между ними заканчивается. Они рассчитаны на противодействие высоким осевым нагрузкам. Радиальное влияние на такие устройства весьма ограничено, в идеале оно должно вообще отсутствовать.

Особенность этой конструкции в том, что шарики упираются точками параллельно оси вращения. Это и создает нужную стойкость. Такая система может быть как однорядной, так и двухрядной.

Упорные роликовые

Имеют еще большую стойкость к осевой нагрузке. Отличие такой конструкции от классической в том, что внутренняя и наружная обоймы стыкуются между собой сбоку. В связи с этим и форма сепаратора в ней отличается от привычной.

Подшипники могут иметь как цилиндрические, так и конические ролики. Причем последние держат самые высокие осевые удары. Также возможно исполнение устройства со сфероконическими роликами, что позволяет им само устанавливаться.

Особенности износа подшипников

Хотя каждый подшипник имеет сравнительно небольшой уровень трения при вращении, но все же отличается склонностью к износу. Для минимизации этого требуется обеспечение смазки элементов качения. Для этого в большинстве случаев применяется густая смазка. Она может быть помещена внутрь заводом изготовителем, или же наносится непосредственно в момент выполнения установки.

По мере вращения элементы качения стирают обойму, увеличивая зазоры. Их расширение влечет появление люфта. Тот является причиной повреждения сепаратора и нарушения расположения тел качения. Симптомами износа подшипников является появление биения при их работе, характерный свист в результате трения, трещины обойм, заклинивание. Последнее происходит при появлении ржавчины, что бывает на плохо смазанном механизме с большим простоем.

В связи с этим важно периодически диагностировать подшипники и выполнять их замену. Так как подшипники сажаются в посадочное место плотно, то их демонтаж сопровождается массой трудностей. Специально для облегчения этого применяются специальные съемники для подшипников. С этим инструментом можно выполнять демонтаж как из валов, так и посадочных отверстий.

Источник

Какие функции выполняют подшипники?

Подшипники – незаменимый технический элемент, который используется практически во всех современных механизмах – от бытовых приборов до крупных промышленных машин. Изобрел такую деталь как подшипник в 1829 году чешский лесник Йозеф Рессел.

Чтобы правильно выбрать запчасть, важно учитывать технические характеристики детали и то, какие функции выполняют подшипники. Это во многом зависит от разновидностей деталей и механизмов использования.

Виды подшипников

Чаще всего подшипники разделяют по типу трения. В подшипниках скольжения рабочая поверхность скользит по поверхности оси или вала, в подшипниках качения между подвижными и неподвижными кольцами детали устанавливаются шарики либо ролики, которые перемещаются за счет трения качения.

Подшипники скольжения подходят для работы в воде, при вибрации и ударах, они позволяют снизить затраты при больших диаметрах, подшипники качения гораздо проще в обслуживании, стоят дешевле, проще в использовании и требуют меньше смазки. Подшипники скольжения можно назвать более специфическими деталями.

По типу воспринимаемой нагрузки подшипники подразделяются на радиальные и упорные, а также комбинированные, где преобладает первый или второй типы нагрузки. В зависимости от данного разделения выбирается тип механизма, в котором будет использоваться подшипник.

По материалу изготовления подшипники делятся на стальные, керамические и гибридные, которые, сочетают в себе и металл, и керамику. Также бывают подшипники, при использовании которых необходимо применение смазки и самосмазывающиеся детали, смазку в которые закладывают на заводе.

Функции подшипников

Ключевая функция подшипников заключается в том, что минимизировать трение между частями механизма. Подшипники являются частью опор вращающихся опор и частей.

В зависимости от типа воздействия – радиального или осевого – они воспринимают нагрузки, направленные на вал либо ось и передают их раме, корпусу или другим частям механизма.

Кроме того, подшипники предназначены для удерживания вала либо оси в пространстве. Основная задача наладить вращательное, качательное или линейное движение и обеспечить минимальные потери энергии.

Именно функции подшипника в работе механизма являются определяющим моментом в вопросах качества таких деталей. Так как только качественные подшипники способны повысить коэффициент полезного действия, эффективность и долговечность работы любого устройства.

Особенности применения подшипников

Стандартная конструкция подшипника – это внешнее и внутреннее кольца, сепаратор и комплект шариков или роликов. Также существуют детали без сепараторов. В таком случае на наружной и внутренней сторонах колец и по внешнему виду похожи на желоба. Также существуют комбинированные детали, в которых функцию одного из колец выполняет корпусная деталь или вал.

По мнению специалистов степень износа подшипников качения намного меньше степени износа подшипников скольжения. Объясняется это тем, что первые работают в гораздо более простых условиях, чем вторые. Если сравнивать по долговечности открытые и закрытые подшипники, то более долговечными окажутся те, которые скрыты от негативного воздействия рабочей и окружающей среды с помощью крышек.

Широкий ассортимент деталей, который предлагают современные производители, позволяет максимально точно подобрать деталь, которая не только будет хорошо выполнять свои функции, но и повысит эффективность работы механизма.

Источник