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

Радиальный роликовый подшипник

Упорный шариковый подшипник

Упорный шариковый подшипник

Упорный роликовый подшипник

Упорный роликовый подшипник

Радиально-упорный шариковый подшипник

Радиально-упорный шариковый подшипник

Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом

Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом

Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)

Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)

Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник

Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник

Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник

Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник

Самоустанавливающийся радиально-упорный роликовый подшипник

Самоустанавливающийся радиально-упорный роликовый подшипник

Самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (сферический)

Самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (сферический)

Сепаратор с роликами игольчатого подшипника

Сепаратор с роликами игольчатого подшипника

Линейный рельсовый подшипник

Линейный рельсовый подшипник

Линейный телескопический подшипник

Линейный телескопический подшипник

Шариковая винтовая передача

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 >