Устройство машин и механизмов предполагает большое число вращающихся деталей – колес, барабанов, рычагов, валов и других частей. Одни устроены так, что их работа заключается в свободном вращении на своей оси, другие крепятся на валу и предназначаются для передачи вращающего момента другим составляющим механизма. При оборотах между соприкасающимися поверхностями осей, валов, опор возникают трущиеся усилия, которые не дают деталям свободно вращаться. Трение нагревает сталь, вызывает преждевременный износ частей машины и приводит к поломке механизма.
Сухое трение вращающихся деталей заменяют скольжением в масляной среде или качением при помощи подшипников. Для этого на шейке вала протачивают определенный участок, шлифуют его и прячут в специальные опоры, называемые подшипниками.
Подшипник представляет собой устройство для опоры и поддержки оси, вала или другой двигающейся детали с определенной жесткостью. Изделие обеспечивает подвижную работу, вращение или качение и фиксирует расположение вала в пространстве. Подшипник уменьшает воздействие трения на механизм, принимает нагрузку от оси и передает ее другим деталям.
Шарикоподшипники представляют собой большую разнообразную группу деталей, строго систематизированную и стандартизированную по размерам. Единая мировая система предназначена для облегчения работы инженеров. В мире выпускаются шариковые подшипники различных конструкций, но все они стандартизированы по выбранному алгоритму. Что касается бывшего СССР, то здесь они имеют систему, отличную от мировой, поэтому для совмещения наших подшипников с иностранными машинами пользуются специально созданной таблицей, учитывающей отличия и облегчающей работу.
Содержание
Основные виды подшипников
Типов подшипников существует множество, но основными, применяемыми почти во всех механизмах, считаются:
- подшипники качения (шариковые);
- подшипники по принципу скольжения.
Другие типы этих важных элементов для механизмов можно посмотреть в каталоге подшипников.
Подшипники скольжения
Представляют собой втулку, запрессованную в корпус с отверстием. Иногда подшипник выполнен из разборного корпуса и вкладышей. При сборке такого варианта отшлифованная шейка вала опирается на половинки вкладышей и накрывается верхней частью корпуса. Работа по уменьшению трения происходит благодаря тому, что вал выполняется обычно из черного металла, а втулка из другого сплава, например, бронзы.
Для усиления эффекта внутри вкладыша на его поверхности предусмотрены бороздки, обеспечивающие растекание смазки. В начале вращения вала происходит затягивание масла под шейку и постепенно меду вкладышем и валом появляется пленка из масла. Она служит прокладкой, и вращательное движение происходит без касания вала к поверхностям вкладышей. Сухое трение заменяется на вращение в жидкости.
Большая частота вращений в подшипниках скольжения способствует постепенному сильному нагреванию устройства, а охлаждение осуществляется тоже при помощи масла. Для этого устраивают ванну из масла, на ось надевают специальные кольца для подачи охлажденной смазки на шейку вала. Некоторые виды подшипников скольжения оснащаются насосом для перемещения масла, которое одновременно уменьшает трение и служит для охлаждения. Для обеспечения работы подшипников без проблем требуется постоянный повседневный уход.
Недостатки подшипников скольжения
- требуется каждодневный уход и постоянное обеспечение смазкой;
- устройство имеет большие размеры;
- происходят потери при запуске механизма и неудачной подаче масла;
- наблюдается большой расход смазки;
- предъявляются высокие требования к нагреванию и качеству масла;
- устройство имеет невысокий коэффициент полезного действия;
- для втулки применяются дорогие материалы.
Шариковые подшипники
В процессе эксплуатации такой вид подшипников наиболее удобен. В конструкции предусмотрено качение по канавкам стальных шариков или роликов, установленных между двигающимся валом и неподвижной станиной. На преодоление трения используется только тысячная часть нагрузки от общего давления на вал. Обработка шариковых подшипников смазкой делается редко, только во время ремонтных работ, так как масло не расходуется в процессе работы.
Шарикоподшипники отличаются эффективной работой во время начала вращательного движения. К недостаткам относится то, что при большой нагрузке на вал шарики, не рассчитанные на большие усилия, выходят из строя. Для каждого отдельного узла механизма производят расчет несущей способности соответствующей модели подшипника. Это обязательно учитывается при конструировании новой машины.
Шарикоподшипники почти всегда применяются в конструкции электродвигателей, а редукторы кранов и подъемных механизмов работают на скользящих устройствах. Автомобили требуют совместного применения подшипников скольжения и шариковых устройств различных видов узлов. Как правило, полуоси передних колес работают на шариковых подшипниках, коленчатый вал вращается на скользящем типе, а главный вал передачи опирается на роликовые и конические устройства.
Преимущества шариковых устройств
- отличаются низким трением в начале вращения и маленькой разницей передаваемого момента и начального показателя работы;
- модели последних выпусков стандартизированы под единую мировую систему и применяются независимо от страны изготовления;
- работа по замене подшипников и их обслуживанию не представляет сложностей.
- шариковые устройства работают при большом диапазоне температур, ограничения существуют только в зависимости от материала.
- для увеличения жесткости подбирают определенное натяжение подшипника в конструкции механизма.
Устройство шарикоподшипника
Шариковые подшипники содержат в конструкции два кольца, тела качения разной формы и сепаратор. Некоторые виды подшипников изготавливаются без сепаратора, который предназначен для разделения тел качения друг от друга, определения равного расстояния и определения их движения. Снаружи внутреннего кольца и внутри поверхностного корпуса делают дорожки передвижения роликов в виде желобов.
Если требуется уменьшить размеры габаритов, то внутреннюю дорожку качения делают на самом валу, на его шейке или на поверхности корпуса. В случае устройства подшипника без сепаратора, шарикоподшипник имеет увеличенное количество роликов и отличается повышенной выносливостью на прочность. Такие подшипники не выдерживают слишком высокую частоту двигателя, так как повышается сопротивление вращению.
Принцип механической работы
Движение внутреннего кольца повторяет сепаратор, вращающийся в ту же сторону. При неизменном диаметре сепаратора, частота его вращения напрямую зависит от диаметра шариков. Увеличение этого показателя ведет к уменьшению скорости и наоборот. Из этого следует вывод, что ролики в подшипнике подбираются четко по размеру, их несоответствие приводит к преждевременному износу механизма. Когда тела роликов вращаются вокруг оси, то возникает дополнительная центробежная сила, поглощающаяся дорожкой качения.
В подшипниках качения трения практически не происходит, за исключением небольших потерь на трение между сепаратором и роликами. Потери энергии на трение снижаются, и увеличивается срок службы устройства, уменьшается износ. При работе открытых шарикоподшипников есть риск попадания в них различных инородных тел или загрязнений. Устройства закрытого типа с защитными съемными крышками не требуют обслуживания и работают более длительный срок.
Подразделение шариковых подшипников по виду тел качения
- роликовые;
- шариковые.
В зависимости от устройства подшипники воспринимают разный тип нагрузки:
линейную нагрузку;- упорные усилия;
- упорно-радиальную работу;
- радиальный тип нагрузки.
- Количество рядов шариков или роликов делят подшипники на виды:
- многорядные устройства;
- двухрядные подшипники;
- однорядные механизмы.
линейную нагрузку;Шарикоподшипники некоторых видов могут самостоятельно компенсировать перекос вала при движении, они носят название самоустанавливающихся. Другие типы при возникновении смещения оси в работе требуют вмешательства механика для настройки.
Характеристики колец и вкладышей подшипников
Разборные втулки изготавливают из сталей с бронзовой заливкой или сплавом ЦАМ 9–1,5Л. Монолитные втулки делают из антифрикционного чугуна марки АЧК-2 и АЧС-1. При установке подшипника требуется располагать его так, чтобы продольная канавка для смазки была с противоположной стороны от рабочего давления оси вала. Если работа механизма осуществляется с предельными отклонениями, то предусматривается дополнительное крепление подшипника.
Изготовление колец требует совместной обточки наружного диаметра совместно двух оболочек – нижнего и верхнего, при этом оставляя на внутреннем диаметре припуск на доработку. Такие параметры, как допуск на перпендикулярность, радиальное биение отверстия в соотношении с отверстием, овальность и конусообразность регламентируются данными, прописанными в специальном ГОСТе 24643–1981.
Смазка для шарикоподшипников
Для уменьшения трения между роликами и кольцами, шариковыми телами качения, направляющими бортиками и сепаратором применяют смазочный материал. Масло предохраняет составляющие подшипника от контакта между собой, коррозии, обеспечивает охлаждение механизма.
Для этого применяют смазки пластичной консистенции и жидкие или твердые масла. Выбор того или иного средства происходит с учетом условий работы механизма, конструкции подшипникового устройства, температуры узла и частоты вращения двигателя. Принимают во внимание срок действия смазки и требования к нагрузке узла.
Для подшипниковых узлов, работающих в стандартных условиях, применяют пластичные смазки, которые не требуют применения уплотнителей и тщательно защищают конструкционные элементы от коррозии и способствуют экономии. Применение жидких масел снижает трение и позволяет увеличить количество оборотов двигателя в полтора раза. Масла более эффективно охлаждают элементы подшипника и удаляют продукты отработки. Если в работе узла предусмотрены радиально-упорные нагрузки, то более рационально применять именно жидкие смазки.
Твердые смазки применяют в экстремальных условиях работы, при повышенной и пониженной температуре, вакууме, агрессивных средах, в оптических системах и пищевой промышленности, в случаях, если применение пластичных и жидких смазок невозможно.
Пластичные смазки содержат до 25% загустителя на жидкой основе. В него входят специальные присадки для увеличения эффективности. Загуститель служит для создания каркаса, в ячейках которого содержится масло, что позволяет смазке работать по принципу твердой прокладки при небольших нагрузках, а именно не течет под своим весом и хорошо держится на вертикальных поверхностях. На качество смазки большое влияние оказывает свойство загустителя.
Для смазки шарикоподшипников применяют загустители на основе кальция, лития и натрия, а в качестве заполнителя используют синтетические, минеральные масла и их компонентные смеси. На срок службы смазочных материалов оказывает влияние нагрузка и старение химических составляющих средств, которые имеют установленный срок годности.
Обслуживание смазкой различает два варианта. Один предполагает применение материалов для заполнения полости закрытых подшипников, в таком случае смена смазки происходит после изнашивания подшипникового узла. Другой вариант используется в случаях постоянного добавления смазочного средства к заложенному количеству в процессе эксплуатации. Применяют смазку Литол-24, ОКБ-122-7, ВНИИНП-207, ЦИАТИМ-201, ЛЗ-31. Эти же материалы рекомендуется использовать для смазки открытых подшипников.
Выбор типа подшипника
Для того чтобы выбрать размер и тип подшипникового узла, учитывают факторы:
направление нагрузки радиального, комбинированного или осевого действия;- принимают во внимание действие нагрузки по характеру, постоянная или временная, вибрационная или ударная;
- количество оборотов двигателя;
- предполагаемое время эксплуатации двигателя;
- окружающее состояние среды, в которой эксплуатируется механизм;
- особые условия эксплуатации, способность к самостоятельному выравниванию при перекосах вала, повышения жесткости, снижение трения и т. д.
направление нагрузки радиального, комбинированного или осевого действия;Выбор шарикового подшипника заключается в определении его функций, который заканчивается просмотром каталога в ГОСТе и определении марки стандартизированной модели.
