Основные типы подшипников скольжения и качения

материал предоставил СИДОРОВ Александр Владимирович

Подшипник — изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает 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]

Силы, нагружающие подшипник, подразделяют на:

• радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;
• осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Опора с упорным подшипником называется подпятником.

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.

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 бывает:

• 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.);
• 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).

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);
  • разъёмные (состоящие из корпуса и крышки);
  • 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.

Классы подшипников скольжения приведены в таблице 1.

Таблица 1 — Классы подшипников скольжения

Группа	Класс	Способ смазки	Вид трения	Коэффициент трения	Назначение	Область применения
I (несовершенная смазка)	1	малое количество, подача непостоянная	граничное	0,1-0,3	малые скорости скольжения и небольшие удельные давления	опорные ролики транспортеров, ходовые колёса мостовых кранов
	2	обычно непрерывная	полужидкостное	0,02-0,10	кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки	линейные и формовочные машины, кузнечно-прессовое оборудование, прокатные станы, грузоподъёмные машины
	3	масляная ванна или кольца		0,001-0,020	мало меняющиеся по величине и направлению усилия, большие и средние нагрузки	буксы вагонов, тяжёлые станки, мощные электрические машины, тяжёлые редукторы, текстильные машины
		под давлением			переменная нагрузка	газовые двигатели, тихоходные и судовые двигатели
II	4	кольца, комбинированный или под давлением	жидкостное	0,0005-0,0050	малые окружные скорости валов, особо тяжёлые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках	электрические машины средней и малой мощности, лёгкие и средние редукторы, центробежные насосы и компрессоры, прокатные станы
	5	под давлением		0,005-0,050	слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения	паровые котлы, водяные турбины, газовые турбины, осевые вентиляторы, турбокомпрессоры

Достоинства подшипников скольжения:

• надёжность в высокоскоростных приводах;
• способность 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;
• возможность работы в воде;
• допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала;
• экономичны при больших диаметрах валов.

Недостатки подшипников скольжения:

• в процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой;
• сравнительно большие осевые размеры;
• большие потери на трение при пуске и при несовершенной смазке;
• большой расход смазочного материала;
• высокие требования к температуре и чистоте смазки;
• пониженный КПД;
• неравномерный износ подшипника и цапфы;
• применение более дорогих материалов;
• повышенный шум.

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.

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, которые имеют большое 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 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 [3]:
  • самоустанавливающиеся;
  • несамоустанавливающиеся.

Примеры подшипников различных типов представлены на рисунке 1 [4].

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)
Сепаратор с роликами игольчатого подшипника	Линейный рельсовый подшипник
Линейный телескопический подшипник	Шариковая винтовая передача

Рисунок 1 — Разновидности подшипников

Перечень ссылок

1. Сведения о подшипниках: Что такое подшипники и их основные разновидности // NTN-SNR. — http://www.snr.com.ru/e/about_bearings/ about_bearing.htm.
2. Подшипник // Энциклопедия Кругосвет. — http://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/tehnologiya_i_promyshlennost/PODSHIPNIK.html.
3. Скойбеда А.Т., Кузьмин А.В., Макейчик Н.Н. Детали машин и основы конструирования: Учеб. / Под общ. ред. А.Т. Скойбеды. — Минск: Вышэйшая школа, 2000. — 584 с.
4. Подшипник // Википедия. — http://ru.wikipedia.org/wiki/Подшипник.

Вопросы для контроля

1. Какие функции выполняют подшипники?
2. Какие силы действуют на подшипники?
3. Какие функции выполняет смазка в подшипниках?
4. Какие бывают смазки?
5. Как устроены и на чём основан принцип работы подшипников скольжения?
6. Как классифицируют подшипники скольжения?
7. Каковы основные достоинства и недостатки подшипников скольжения?
8. Как устроены и на чём основан принцип работы подшипников качения?
9. Как классифицируют подшипники качения?

< Оси, валы, опоры

Содержание

Назначение и краткая классификация муфт >