что такое подшипники и для чего они нужны
Подшипники
Подшипники — одно из ключевых изобретений, которое определило путь развития промышленности. Самый простой подшипник состоит из двух колец, вставленных одно в другое и предназначенное для поддержания и направления вращающегося вала.
Основные типы
Все подшипники могут быть разделены на две основные группы – подшипники качения и скольжения. Конструкция первых состоит из
Задача, которую призваны решать подшипники любого типа – это снижение трения между вращающимся и стационарными узлами агрегата. Это необходимо для снижения потерь энергии, нагрева и износа деталей, вызываемыми силой трения.
Подшипники скольжения
Сферические подшипники скольжения
Этот узел обычно выполняют в виде массивной опоры, изготовленной из металла. В ней проделывают отверстие, куда вставляют втулку или вкладыш, выполненный из материала с низким коэффициентом трения.
Для повышения эффективности работы этого узла и снижения трения в него вводят жидкую или плотную смазку. Это приводит к тому, что вал отделяется от втулки пленкой маслянистой жидкости. Эксплуатационные параметры подшипника скольжения зависят от следующих параметров:
Для обеспечения смазывания подшипника можно использовать любую вязкую жидкость – масло, керосин, эмульсии. В некоторых моделях подшипников скольжения для смазки применяют газы. Кроме, перечисленных материалов применяют и твердые, иногда их называют консистентные, смазки.
В некоторых конструкциях подшипников предусмотрена принудительная система смазки.
Подшипники качения
Внешний вид подшипника качения
В подшипниках этого типа трение скольжение подменяется трением качения. Благодаря такому решению происходит существенное снижение трения и износа.
Подшипники качения имеют разнообразные конструкции и размеры. В качестве тел вращения могут быть использованы шарики, ролики, иголки.
Шарикоподшипники
Шарикоподшипники являются самым распространенным типом подшипников. Он состоит из двух колец, между которыми устанавливают сепаратор с предустановленными шариками определенного размера. Шарики перемещаются по канавкам, которые, при изготовлении тщательно шлифуют. Ведь для полноценной работы подшипника необходимо, чтобы шарики не проскальзывали, и при этом у них была существенная площадь опоры.
Сепаратор, в который устанавливают шарики, обеспечивает их точное положение и исключает какой-либо контакт между ними. Производители выпускают изделия, которые укомплектованы двухрядными сепараторами.
Подшипники этого класса применяют при довольно небольших радиальных нагрузках и большом количестве оборотов рабочего вала.
Роликоподшипники
В подшипниках этого класса в качестве тел вращения применяют ролики различной формы. Они могут иметь форму цилиндров, усеченных конусов и пр. Производители освоили выпуск широкой номенклатуры роликовых подшипников с разными размерами колец и тел вращения.
Конический роликоподшипник используют для работы при наличии разнонаправленных нагрузках (осевой и радиальной) и больших оборотах на валу. Конструктивно роликовый подшипник похож на шариковый. Он также состоит из двух колец, сепаратора и роликов. Размеры роликовых подшипников определены в ряде стандартов, которые имеют силу в нашей стране. Например, ГОСТ 8328-75 определяет конструкцию, маркировку и размеры подшипников с короткими роликами. А ГОСТ 4657-82 регламентирует размеры и конструкцию игольчатых подшипников. То есть на каждый вид подшипников существует свой ГОСТ.
В этих нормативных документах приведены таблицы размеров подшипников, которыми должны руководствоваться конструкторы, при проектировании таких узлов.
Кстати, для облегчения жизни проектировщиков разработаны и успешно применяются справочники подшипников, в которых изложены принципы расчетов подшипниковых узлов, указаны размеры самих изделий и сопровождающих деталей, например, размеры заглушек.
Смазка
Эксплуатационный срок работы подшипников определяется износом тел качения и дорожек, расположенных в кольцах. Для продления срока службы подшипников применяют смазку, она может быть жидкой, например, в коробках передач станочного оборудования, или консистентной (твердой).
Кроме износа деталей подшипника, не последнюю роль играет и рабочая температура в узле. Вследствие нее может происходить неравномерная тепловая деформация. Это может привести к повышению частоты проскальзывания, и снижается твердость материала, из которого они изготовлены.
Производители выпускают подшипники с закрытыми сепараторами. В такие изделия еще на стадии производства закладывают твердую смазку, которая гарантировано проработает весь ресурс.
Разновидности подшипников скольжения
Всего размеры и основные характеристики подшипников скольжения, изложены в соответствующих ГОСТ. Всего их насчитывается порядка шести десятков. Например, ГОСТ 11607-82 нормирует требования к разъемным корпусам подшипников скольжения, а ГОСТ 25105-82, предъявляет требования к вкладышам, которые устанавливают в корпуса подшипников скольжения.
Классификация подшипников скольжения
Изделия этого типа можно разделить на следующие основные типы:
Кроме того, подшипники можно различать по конструкции:
Нельзя забывать и о количестве точек подачи масла. Существуют подшипники с одним и несколькими клапанами. Кроме, приведенных классов можно назвать еще один – по возможности регулирований подшипника.
Конструкция подшипников скольжения не отличается сложностью. В состав конструкции могут входить два кольца. Одно из них (внутреннее) вращается в процессе работы. Вместо, тел вращения в устройствах этого типа применяют втулки, изготовленные из антифрикционных материалов. Для повышения эффективной работы в подшипники закачивают смазочные материалы.
Существуют два типа подшипников скольжения — гидростатические и гидродинамические. В изделиях первого типа смазка подается от масляного насоса. Вторые в этом плане удобнее, они сами могут выступать в роли насоса. Смазка будет поступать в них за счет разности давления между его компонентами.
Подшипники скольжения могут иметь, сферическое, упорное и линейное исполнения. Первые подшипники применяют в тех узлах, где преобладают низкие скорости вращения вала. Главное достоинство такого исполнения подшипников – это возможность передавать вращение даже при значительных перекосах валов.
Подшипники упорного исполнения применяют для работы там, где преобладают поперечные усилия. Довольно часто их монтируют в турбинах и паровых машинах.
Подшипники линейного исполнения исполняют роль направляющих. Кстати, их особенностью можно назвать их бесперебойную работу даже при постояннодействующих радиальных усилиях.
Подшипник линейного исполнения
Многолетняя, если не многовековая практика использования подшипников скольжения позволяет сделать выводы о достоинствах и недостатках этих конструкций.
Между тем, подшипникам скольжения присущи и определенные недостатки.
Стандарты подшипников скольжения
Одно из отличий подшипников от других типов деталей, применяемых в промышленности – это то, что они все стандартизированы. Выше было отмечено что на продукцию этого класса действует 60 ГОСТ, и это не считая ТУ и другой нормативной документации.
ГОСТ не только нормирует конструкцию и размеры подшипников, но и порядок их обозначения на чертежах, в спецификациях и другой рабочей документации.
Кроме того, ГОСТ на технические условия подшипников регламентирует параметры допусков и посадок, которые обязаны соблюдать производители.
Маркировка
Маркировка подшипников – это параметры, которые показывают рабочие диаметры изделия (внутренний и внешний), конструктивные особенности. Все эти данные закодированы в наборе цифр и буквенных символов. Порядок кодировки, детальная расшифровка регламентирована в ГОСТах на подшипниковую продукцию. Так, кодировка шариковых и роликовых подшипников однорядных приведена в ГОСТ 3189-89.
В закодированном наименовании подшипника содержатся следующие данные:
Кстати, важно понимать, что на территории нашей страны применяют две системы обозначения подшипников – ГОСТ и ISO.
Пример расшифровки маркировки на подшипниках
Маркировка может быть нанесена на одно из колец. Если подшипник закрытого типа то маркировку наносят на уплотнение или защитном кольце.
Классы точности подшипников
Класс точности подшипника – это показатель, который характеризует максимальные отклонения значения размеров подшипника от номинала.
В некоторых устройствах при выборе подшипника потребитель руководствуется ценой на него, а остальные параметры для него не так критичны. В некоторых других случаях потребитель выбирает подшипник исходя из предельной скорости вращения, при которой не будут, проявляются такие явления, как вибрация и пр. Такие довольно жесткие условия предъявляются к изделиям, работающим на транспорте, станочным узлам, робототехнических комплексов.
В машиностроении существует зависимость между точностью обработки и ее стоимостью. То есть, чем точнее деталь, тем больше ее конечная цена.
Разделение подшипников по точности позволяет подобрать такое изделие, которое будет отвечать требованиям, которые предъявляет проектировщик и в то же время с приемлемой для потребителя ценой.
Класс точности описывает точность производства изделий. Для регулировки этого параметры существуют нормативы, определенные в ГОСТ и ISO. В них определены допуски на все размеры – диаметры, ширину, фаски и пр.
Назначение подшипников качения
Подшипники качения предназначены для поддержки вращающихся валов. Они нашли свое применение в машинах, разного типа, например, в подъемно-транспортных устройствах, технике, применяемой в сельском хозяйстве, судовых двигателях.
Магнитные подшипники
Магнитные подшипники, которые все чаще применяют в различных машинах и механизмах работает на основании принципа магнитной левитации. В результате реализации этого принципа в подшипниковой опоре отсутствует контакт между валом и корпусом подшипника. Существуют активное исполнение и пассивное.
Активные изделия уже в массовом производстве. Пассивные, пока еще находятся на стадии разработки. В них, для получения постоянного магнитного поля применяют постоянные магниты типа NdFeB.
Использование магнитных подшипников предоставляет потребителю следующие преимущества:
Бесконтактный магнитный подшипник
В то же время использование таких узлов влечет за собой некоторые сложности, в частности:
В случае пропадания магнитного поля, механизм неизбежно понесет повреждения. Поэтому для бесперебойной и безаварийной работы проектировщики применяют так называемые страховые подшипники. Как правило, в качестве страховочных применяют подшипники качения. Но они в состоянии выдержать несколько отказов системы, после этого требуется их замена, так будут изменены их размеры.
Создание постояннодействующего, а главное, устойчивого, магнитного поля сопряжено с созданием больших и сложных систем управления. Такие комплексы вызывают сложности с ремонтом и обслуживанием подшипниковых узлов.
Излишнее тепловыделение. Оно обусловлено тем, что обмотка нагревается в результате прохождения через нее электрического тока, в некоторых случаях, такой нагрев недопустим и поэтому приходится устанавливать системы охлаждения, что, разумеется, приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Где используются устройства скольжения
На самом деле сложно найти механизм, в котором не установлены подшипники скольжения. Даже на атомных подводных лодках, на подшипниках этого типа устанавливают гребные валы. Подшипники скольжения нашли широкое применение в станкостроении. В частности, в них устанавливают валы, по которым перемещается суппорт, резцедержатель и другие составные части станка.
Классификация подшипников качения
К подшипникам качения относят:
Все они характеризуются высокими параметрами износостойкости и возможностью работы в условиях разнонаправленных нагрузок – осевых и радиальных.
Характеристики подшипников качения
К основным характеристикам подшипников качения можно отнести следующие:
Угловая скорость, подшипники качения могут показывать высокие значении этой скорости, особенно если сепараторы выполнены из цветного металла или полимеров.
Перекос вала. Допустимо то, что перекос может достигать от 15’ до 30’. Кроме того, подшипники качения способны воспринимать небольшие осевые усилия. Она не должна превышать 70% от неиспользуемой радиальной грузоподъемности.
Подшипники качения показывают минимальные потери на трение.
Каталог импортных подшипников FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и др.
В мировой экономике подшипниковая отрасль занимает отдельное место, во много это обусловлено значимостью продукции ей выпускаемой.
В нашей стране такую продукцию выпускают на специализированных подшипниковых заводах. Но, в последнее время существенно увеличен импорт подшипников из рубежа. Их поставляют из разных стран мира – США, КНР, Германии и пр.
Для ознакомления с номенклатурой поставляемой продукции достаточно ознакомиться с каталогами подшипников, которые предлагают потребителям зарубежные производители — FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и многие другие. Достаточно одного взгляда и можно понять всю величину номенклатуры предлагаемых подшипников.
Но при заказе импортной продукции необходимо понимать, что подшипники, поступающие из-за границы, должны соответствовать требованиям наших нормативов и иметь документы, подтверждающие их качество и безопасность в эксплуатации. Подшипники очень часто поделывают. Рекомендуем покупать подшипники только у авторизированных поставщиков.
Подшипники: определение, классификация, виды и назначение
Функционал подшипников очень широк. Они незаменимы для обеспечения надежной фиксации, легкого вращения или качения, уменьшения трение между двумя частями конструкции. Простое изобретение является одним из ведущих в промышленности и используется повсеместно. От его качества во многом зависит работоспособность и износостойкость машины. Многообразие таких сборочных узлов также велико, как и назначение. Что это такое – подшипник, какие виды существуют и их классификация по основным признакам, мы расскажем в этой статье и покажем фотографии.
Что представляет собой опора
По своей сути деталь является основой узла сбора. Ее основная функция состоит в том, чтобы обеспечивать надежный упор и поддерживать определенную подвижную часть конструкции. То, насколько жесткой будет такая фиксация, зависит от устройства, материала и многих других факторов.
Закрепление положения в пространстве позволяет обеспечить вращательные движения, качение при минимальном сопротивлении. Так нагрузка передается от подвижной части агрегата к другим, сохраняя износостойкость.
Какие бывают виды и типы подшипников
Все сборочные узлы можно классифицировать по принципу работы. Две основные группы составляют приборы, обеспечивающие покачивание и скольжение. Именно их чаще всего используют в машиностроении. Первая может быть представлена шариковыми и роликовыми устройствами.
Отдельное внимание заслуживают магнитные конструкции. Принцип их работы отличен от остальных, и используют их реже. К тому же в силу функциональных особенностей они должны сопровождаться запасными узлами.
Подшипники – это детали, помогающие получать от машины максимальный КПД, сохраняя ее работоспособность без специального ремонта и обслуживания.
Опоры скольжения
Эта группа деталей позволяют свободно скользить при трении двух соприкасающихся поверхностей. При этом используются разные смазки – масла, вода, химические вещества, графит и некоторые газы. Конструктивно такие приспособления могут быть как целостными, так и разборными. Производятся в комплекте со втулкой и соединяющей частью.
Устройства по типу качения
Такие узлы делают в виде двух колец, тел, обеспечивающих эффект покачивания, и сепаратора. Изготавливаются согласно установленной стандартизации, что позволяет использовать их в большинстве автомобилей, сложной технике и самолетах.
Шарикоподшипники
Функционально входят в группу узловых частей, работающих по принципу качения. Шариковые тела располагаются на поверхности наружных колец деталей. Во время работы создают небольшой момент трения, а значит практически не ограничивают скорость вращения.
Роликоподшипники
Входят в группу качения, но в их основе шарики заменены на ролики. Это позволяет им выдерживать гораздо большие нагрузки. Такая работоспособность высоко ценится при конструировании промышленных станков и железнодорожном строении.
Магнитные опоры
Работают по принципу левитации притяжения, обеспечивая полную бесконтактность двух соседних частей. Могут использоваться в условиях агрессивной окружающей среды, но пока не так распространены, как уже перечисленные виды. Если не подстраховывать такую конструкцию другой, более традиционной, можно в одночасье потерять всю машину.
Подшипники скольжения
Основная задача таких деталей – обеспечивать свободное трение между двумя сопряженными участками. Использовать их можно как для подвижных, так и для неподвижных поверхностей, что значительно увеличивает функциональные возможности применения.
Разновидности опорных узлов скольжения
Этот тип узловой части может быть разъемным и целостным. Первый состоит из двух вкладышей, установленных в полуотверстия основания и крышки. Они могут иметь толстую или тонкую стенку относительно наружного диаметра. Толщину определяет используемый материал. Например, тонкостенные чаще всего делают из легкой малоуглеродистой стали. Конструкция неразъемного предполагает особую сборку, при которой в детали высверливается отверстие, в которое запрессовывается металлическая втулка.
Разновидности
Наиболее распространенной является классификация, основанная на способности восприятия нагрузки по направлению. В этом случае устройства разделяют на 3 группы:
Существуют и еще несколько вариантов разделения узлов, но они являются скорее второстепенными.
Стандарты опор скольжения
Качество изготовления деталей, используемый в работе материал и другие условия производства описаны в Межгосударственном стандарте ISO и ГОСТе. Первый – соответствует международным требованиям, действующим в 165 странах мира. Второй – является внутренним для Российской Федерации. Все узловые части, представленные компанией «МПласт», проходят обязательную сертификацию на соответствие заявленным правилам.
Смазки подшипников скольжения
Этот вид призван обеспечивать свободное трение между двумя частями конструкции. Для нормальной работы используется один из 4-х типов смазочных материалов:
Преимущества и недостатки
Среди плюсов можно выделить их высокую надежность при работе на большой скорости и небольшие размеры. Что касается минусов, то отметим необходимость постоянной регулировки количества смазки, пониженный КПД и производство из дорогих материалов.
Где применяются устройства
Сфера применения приборов широка. Довольно часто их используют в высокоскоростной аппаратуре, паровых и турбинных установках, в оборудовании систем навигации и других точных приборах.
Подшипники качения
Эти узловые опоры состоят из двух колец, но кроме них, в основе всегда есть тела, обеспечивающие покачивание, и сепаратор. На внутренней поверхности расположены желоба, выполняющие роль дорожек. В редких случаях сепаратор может отсутствовать, но тогда и уровень сопротивления становится выше.
Назначение
Основная цель устройств – служить упором для вращающихся частей механизмов. Именно поэтому они являются более популярными, чем узлы, обеспечивающие скольжение. Используются в электрических машинах и других конструкциях, где необходимо обеспечить износостойкость, длительную работу без смазки.
Классификация
Такие детали могут разделяться по нескольким признакам, но самым распространенным является деление по форме тел и приему нагрузки. К первой группе относятся уже упоминаемые ранее шариковые и роликовые узловые опоры. Вторая схожа с делением подшипников скольжения по типу нагрузки.
Технические характеристики
Для выбора того или иного устройства необходимо учесть несколько основных параметров. Самыми важными являются:
Подобрать необходимую деталь в соответствии со всеми характеристиками предлагает компания «МПласт». В нашем ассортименте представлены самые разные подшипники, подходящие для любых механизмов.
Преимущества и недостатки
Главными плюсами являются: небольшая стоимость и массовое производство. При необходимости их легко можно заменить, а значит монтаж и обслуживание машин станет более удобным. Смазочные материалы используются в небольших количествах, что позволяет не тратить много времени на уход за механизмами.
К недостаткам относят:
Несмотря на существенные недостатки, сегодня они являются самыми популярными во всем мире.
Шарикоподшипник
В качестве тела, обеспечивающего покачивание, в этом типе деталей используются шарики, свободно перемещающиеся по дорожкам. Применяются для вращающихся конструкций, в которых не нужно сильное трение между двумя движущимися частями.
Описание
Узел состоит из 2 колец, изготовленных из стали. Вместе они образуют некое «ложе» для шариковых тел. При этом внутренняя часть устройства фиксируется на валу, а наружная – на опоре. При всей простоте конструкции, они широко распространены в промышленности.
Разновидности
Какие бывают типы подшипников с шариковыми телами, можно предположить исходя из общей классификации. Как и большинство деталей качения их разделяют на: радиальные, упорные и с 4-х точечным контактом. Особенность последних заключается в способности воспринимать нагрузку в двух направлениях оси или одновременную комбинированную и осевую с одной стороны.
Применение
Разные виды применяют в электродвигателях и различной бытовой технике, в станках для обработки дерева, в медицинском оборудовании, станочных шпинделях и насосах. Шариковые с 4-х точечным контактом широко распространены в редукторах.
Роликовые подшипники и их разновидности
По своему строению эти опоры схожи с предыдущим типом, но вместо шариков здесь используется тело, по форме напоминающее ролик. Так прибор может принимать на себя более серьезную нагрузку.
Описание
Конструкция разработана таким образом, что она показывает стойкость к радиальному давлению, но при этом скорость прохождения ролика по дорожке ничуть не уступает шарикоподшипникам. Единственное, на что следует обратить внимание – осевая нагрузка. Чтобы сделать устройство более устойчивым к ней, элемент качения заменяют на конический.
Классифицируют этот тип по используемому телу. Отдельно выделяют:
Применение
Роликоподшипники часто используют в насосах, мощных редукторах, в железнодорожной промышленности и автопроме. Все виды роликовых подшипников в картинках представлены на сайте mirpl.ru.
Магнитные опорные узлы
В отличие от других, такое устройство работает на принципе магнетической левитации. Это обеспечивает полную бесконтактность между двумя частями конструкции.
Описание
Элементы выполнены таким образом, что вал парит, не соприкасаясь с другими поверхностями. Для обеспечения надежной работы предусмотрено большое количество датчиков, координирующих все движения.
Разновидности
Выделяют две группы: активные и пассивные. В первый состав входит непосредственно подшипник и электронная система. Работа второй группы строится за счет присутствия постоянных магнитов. Они менее устойчивы, чем в случае с электронной системой контроля, поэтому применяются гораздо реже.
Применение
Использовать такие устройства можно в газовых центрифугах, турбомолекулярных насосах, в различных электромагнитных подвесах, в криогенной технике, в вакуумных приборах и других сложных механизмах.
Преимущества и недостатки
В качестве плюсов выделим износостойкость деталей и возможность их использования в агрессивной окружающей среде, в том числе в космосе. Минусы проявляются в нестабильности магнитного поля, из-за которого дополнительно в механизм встраиваются традиционные устройства качения или скольжения.
Другие виды
Рассмотрим еще несколько типов узловых опор, отличающихся некоторыми функциональными особенностями.
Конические подшипники
Это разновидность роликовых, но тело здесь изготавливается в виде конуса и устанавливается на дорожку под углом. Прекрасно справляются как с радиальными, так и с осевыми нагрузками.
Самоустанавливающиеся двухрядные
Отличаются от других низким трением, что делает возможным их эксплуатацию на самых высоких скоростях. Устанавливаются на коническую или цилиндрическую шейку вала.
Игольчатый тип
Здесь в качестве тела качения выступает тонкий и длинный ролик. Элементы выглядят более компактными, но при этом обеспечивают большую производительность и надежность, экономичны в использовании.
Упорные шарикоподшипники
Основное назначение – восприятие осевых нагрузок. Относится к группе шариковых опор, поэтому внешне полностью соответствует именно им.
Сферические
Обеспечивают слабое трение. В конструкцию входит одновременно два ряда роликов, расположенных симметрично.
Термостойкие
Предназначены для работы в жарких условиях. Отличаются надежностью и простотой эксплуатации.
Плавающая узловая опора
Позволяет валу перемещаться линейно. Воспринимает на себя только радиальную нагрузку. Легко регулируется и прост в эксплуатации.
Скоростные устройства
Обеспечивает нормальное качение на высоких оборотах. Отличаются отлчным качеством и износостойкостью.
Шпиндельный
Имеет хорошую грузоподъемность. Часто используется в вентиляторах, мощных насосах и станках, поскольку хорошо работает на значительных оборотах.
Высокоточные
Имеют высокие эксплуатационные характеристики, благодаря которым часто используются в авиастроении, космонавтике и военной промышленности.
Закрытые
Оснащается уплотнителями, закрывающими открытое пространство. Это позволяет увеличить износостойкость в сложных условиях.
Фланцевые подшипники
Встроенный фланец повышает надежность крепления, чтобы деталь выдерживала большие нагрузки.
Опорные
Воспринимают тяжесть вдоль оси вращения. Сфера применения сильно ограничена, поэтому встречается реже, чем другие варианты.
Устройства линейного перемещения
Обладают высокими рабочими качествами при минимальном трении.
Маркировка
Код состоит из 3-х частей, каждая из которых представляет информацию о детали. Первая дает представление о конструкции узла, вторая – о размере, а третья – о диаметре. Маркируются приборы в соответствии с установленным международным стандартом.
Классы точности
В России все опорные узлы имеют маркировку в соответствии с одним из классов, соответствующих требованиям ГОСТ. Каждый тип изделий имеет собственную классификацию.