Gfrktyl

Подшипник качения с неподвижным внешним кольцом

Промышленный (слева) и насыпной (справа) шарикоподшипники

Промышленные шариковые подшипники; слева — двухрядный самоустанавливающийся, справа — однорядный радиальный

Подши́пник (от «под шип») — сборочный узел, являющийся частью опоры или упора и поддерживающий вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции^[1].

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.^[2]
  


• 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 |

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

Различные виды насыпных подшипников

Подшипники качения различных размеров и конструкций

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

Также существуют насыпные подшипники, состоящие из сепаратора и вставленных в него шариков (см. рис. ниже), которые можно вытаскивать.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большее число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно трение качения (имеются только небольшие потери на трение скольжения между сепаратором и телами качения), поэтому по сравнению с подшипниками скольжения снижаются потери энергии на трение, и уменьшается износ. Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые — чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника.

Классификация |

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

• По виду тел качения
  
  
  
  • Шариковые,
  
  
  • Роликовые (игольчатые, если ролики тонкие и длинные);
  
  
  
  


• По типу воспринимаемой нагрузки
  
  
  
  • Радиальные (нагрузка вдоль оси вала не допускается).
  
  
  • Радиально-упорные, упорно-радиальные. Воспринимают нагрузки как вдоль, так и поперёк оси вала. Часто нагрузка вдоль оси только одного направления.
  
  
  • Упорные (нагрузка поперёк оси вала не допускается).
    
    • 
      Шариковые винтовые передачи. Обеспечивают сопряжение винт-гайка через тела качения.
    
    
  
  
  
  


• По числу рядов тел качения
  
  
  
  • Однорядные,
  
  
  • Двухрядные,
  
  
  • Многорядные;
  
  
  • Самоустанавливающиеся.
  
  
  • Несамоустанавливающиеся.
  
  
  
  

• По материалу тел качений:
  
  
  
  • Полностью стальные;
  
  
  • Гибридные (стальные кольца, тела качения неметаллические. Как правило, керамические);
  
  
  
  

• 
  

  

  
  

  
  

  Радиальный роликовый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Упорный шариковый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Упорный роликовый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Радиально-упорный шариковый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Самоустанавливающийся радиально-упорный роликовый подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (сферический)
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Самоустанавливающийся подшипник
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Сепаратор с роликами игольчатого подшипника
  

  
  

  
  


• 
  

  

  
  

  
  

  Шариковая винтовая передача
  

  
  

  
  

Механика |

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

Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника
nc=n12(1−Dωdm){displaystyle n_{c}={frac {n_{1}}{2}}left(1-{frac {D_{omega }}{d_{m}}}right)}

где n₁ — частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,

D_ω — диаметр шарика,

d_m = 0,5(D+d) — диаметр окружности, проходящей через оси всех тел качения (шариков или роликов).

Частота вращения шарика относительно сепаратора
nsp=n12(dmDω−Dωdm){displaystyle n_{sp}={frac {n_{1}}{2}}left({frac {d_{m}}{D_{omega }}}-{frac {D_{omega }}{d_{m}}}right)}

Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца
nc∗=n32(1+Dωdm){displaystyle n_{c*}={frac {n_{3}}{2}}left(1+{frac {D_{omega }}{d_{m}}}right)}

где n₃ — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.

Для радиально-упорного подшипника
nc=n12(1−Dωcos⁡αdm){displaystyle n_{c}={frac {n_{1}}{2}}left(1-{frac {D_{omega }cos alpha }{d_{m}}}right)}

nsp=n12(dmDω−Dωcos2⁡αdm){displaystyle n_{sp}={frac {n_{1}}{2}}left({frac {d_{m}}{D_{omega }}}-{frac {D_{omega }cos ^{2}alpha }{d_{m}}}right)}

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

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

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

Fc=0,5mdmωc2{displaystyle F_{c}=0,5md_{m}omega _{c}^{2}},

где m — масса тела качения,

ω_с — угловая скорость сепаратора.

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

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

Mr=Jωcωsp{displaystyle M_{r}=Jomega _{c}omega _{sp}}

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

Mr=Jωcωspsin⁡α{displaystyle M_{r}=Jomega _{c}omega _{sp}sin alpha }

где J=ρ⋅π⋅Dω5/60{displaystyle J=rho cdot pi cdot D_{omega }^{5}/60} — полярный момент инерции массы шарика;

ρ — плотность материала шарика;

ω_sp и ω_с — соответственно, угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси и вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора).

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

Условное обозначение подшипников качения в СССР и России |

Советская и российская маркировка подшипников состоит из условного обозначения и стандартизована в соответствии ГОСТ 3189-89 и условного обозначения завода-изготовителя.

Основное условное обозначение подшипника состоит из семи цифр основного условного обозначения (при нулевых значениях этих признаков оно может сокращаться до 2 знаков) и дополнительного обозначения, которое располагается слева и справа от основного. При этом дополнительное обозначение, расположенное слева от основного, всегда отделено знаком тире (—), а дополнительное обозначение, расположенное справа, всегда начинается с какой-либо буквы. Чтение знаков основного и дополнительного обозначения производится справа налево.

Подшипники скольжения |

Вкладыши (втулки) подшипников скольжения

Определение |

Подшипник скольжения — опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей.
Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент — вкладыш, или втулка из антифрикционного материала и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, заполненный смазочным материалом, который позволяет свободно вращаться валу. Расчёт зазора подшипника, работающего в режиме разделения поверхностей трения смазочным слоем, производится на основе гидродинамической теории смазки.

При расчёте определяются: минимальная толщина смазочного слоя (измеряемая в мкм), давления в смазочном слое, температура и расход смазочных материалов. В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидкостным и газодинамическим. Однако даже подшипники с жидкостным трением при пуске проходят этап с граничным трением.

Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды.

Смазка может быть:

• 
  жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников),


• 
  пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.),


• 
  твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.) и


• 
  газообразной (различные инертные газы, азот и др.).

Наилучшие эксплуатационные свойства показывают пористые самосмазывающиеся подшипники, изготовленные методом порошковой металлургии. При работе пористый самосмазывающийся подшипник, пропитанный маслом, нагревается и выделяет смазку из пор на рабочую скользящую поверхность, а в состоянии покоя остывает и впитывает смазку обратно в поры.

Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз, полимерных материалов, керамики, твёрдых пород дерева (железное дерево).

PV-фактор |

PV-фактор — основная характеристика (критерий) оценки работоспособности подшипника скольжения. Является произведением удельной нагрузки P (МПа) на окружную скорость V (м/с). Определяется для каждого антифрикционного материала экспериментально при испытаниях или в процессе эксплуатации. Многие данные по соблюдению оптимального PV-фактора даны в справочниках

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:
  
  
  
  • неразъёмные (втулочные; в основном, для I-1),
  
  
  • разъёмные (состоящие из корпуса и крышки; в основном, для всех, кроме I-1),
  
  
  • встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
  
  
  
  


• по количеству масляных клапанов:
  
  
  
  • с одним клапаном,
  
  
  • с несколькими клапанами;
  
  
  
  


• по возможности регулирования:
  
  
  
  • нерегулируемые,
  
  
  • регулируемые.
  
  
  
  

Ниже представлена таблица групп и классов подшипников скольжения (примеры обозначения: I-1, II-5).

Достоинства |

• Надёжность в высокоскоростных приводах


• Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки


• Сравнительно малые радиальные размеры


• Допускают установку разъёмных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте


• Простая конструкция в тихоходных машинах


• Позволяют работать в воде


• Допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала


• Экономичны при больших диаметрах валов

Недостатки |

• В процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой


• Сравнительно большие осевые размеры


• Большие потери на трение при пуске и несовершенной смазке


• Большой расход смазочного материала


• Высокие требования к температуре и чистоте смазки


• Пониженный коэффициент полезного действия


• Неравномерный износ подшипника и цапфы


• Применение более дорогих материалов

См. также |

• 
  ABEC — класс точности подшипников

Примечания |

Литература |

• Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035).


• Ничипорчик С. Н., Корженцевский М. И., Калачёв В. Ф. и др. Глава 13. Подшипники скольжения // Детали машин в примерах и задачах: [Учеб. пособие] / Под общ. ред. С. Н. Ничипорчика. — 2-е изд. — Мн.: Выш. школа, 1981. — 432 с. — ISBN ББК 34.44 Я 73, УДК 621.81 (075.8).


• Леликов О. П. Основы расчёта и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу "Детали машин". — М.: Машиностроение, 2002. — 440 с. — ISBN 5-217-03077-1, УДК 621.81.001.66, ББК 34.42.


• Иосилевич Г. Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с. — ISBN 5-217-00217-4, УДК 62-2(075.8), ББК 34.44.

Ссылки |

	подшипник в Викисловаре
	Подшипник на Викискладе

Для улучшения этой статьи желательно: Викифицировать статью. Найти и оформить в виде сносок ссылки на независимые авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.