CC BY
46УДК 62
А.С. Зуйков
ПРИМЕНЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ В МАШИНОСТРОЕНИИ
В статье рассматривается классификация и область применения подшипников. Приводится сравнение подшипников скольжения и качения, указываются их преимущества и недостатки.
Ключевые слова: Подшипники, классификация, область применения, материалы.
В машиностроении подшипники применяются в областях, где необходимо обеспечить равномерное движение вращательного характера и снижения уровня трения между поверхностями. Примерами являются: производство оборудования, автомобилестроение, авиастроение, приборостроение, литейная промышленность и металлургия.
Основные параметры подшипников:
• Максимальные динамическая и статическая нагрузка.
• Максимальная скорость.
• Посадочные размеры.
• Класс точности подшипников.
• Требования к смазке.
• Ресурс подшипника до появления признаков усталости, в оборотах.
• Шум подшипника
Нагружающие подшипник силы подразделяют на:
• радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;
• осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.
• По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
• подшипники качения;
• подшипники скольжения;
• газостатические подшипники;
• газодинамические подшипники;
• гидростатические подшипники;
• гидродинамические подшипники;
• магнитные подшипники.
В основном, в машиностроении применяются подшипники качения и скольжения.
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. Такие подшипники 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;
© Зуйков А.С., 2019.
Научный руководитель: Угорова Светлана Вениаминовна - кандидат технических наук, доцент, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
Вестник магистратуры. 2019. № 6-2(93)
ISSN 2223-4047
• По типу воспринимаемой нагрузки:
• Радиальные,
• Радиально-упорные,
• Упорно-радиальные,
• Упорные,
• Линейные;
• По числу рядов тел качения:
• Однорядные,
• Двухрядные,
• Многорядные;
• По способности компенсировать перекосы валов
• Самоустанавливающиеся,
• Несамоустанавливающиеся.
Подшипник представляет собой по существу планетарный механизм, в котором водилом является сепаратор, функции центральных колес выполняют внутреннее и наружное кольца, а тела качения заменяют сателлиты.
Из приведенных выше соотношений следует, что при вращении внутреннего кольца сепаратор вращается в ту же сторону. Частота вращения сепаратора зависит от диаметра шариков.
В связи с этим разноразмерность шариков в комплекте подшипника является причиной повышенного износа и выхода из строя сепаратора и подшипника в целом.
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.
Гироскопический момент будет действовать на шарики и во вращающемся радиально-упорном шарикоподшипнике при действии осевой нагрузки
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 условия работы узла.
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.
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: [1]
• в зависимости от формы подшипникового отверстия:
• одноповерхностные или многоповерхностные,
• со смещением поверхностей или без,
• со/без смещением центра;
• по направлению восприятия нагрузки:
• радиальные,
• осевые,
• радиально-упорные;
• по конструкции:
• неразъемные (втулочные; в основном для I-1),
• разъемные,
• встроенные;
• по количеству масляных клапанов:
• с одним клапаном,
• с несколькими клапанами;
• по возможности регулирования:
• нерегулируемые,
• регулируемые.
Достоинства: [2]
• Надежность в высокоскоростных приводах
• Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
• Бесшумность
• Сравнительно малые радиальные размеры
• Допускают установку разъемных 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 смазки
• Высокие требования к температуре и чистоте смазки
• Пониженный коэффициент полезного действия
• Неравномерный износ подшипника и цапфы
• Применение более дорогих материалов
Область применения подшипников качения: колёса автомобилей, самолётов, кранов, тягачей, ведущие барабаны гусеничной техники, электродвигатели, насосы, коробки передач, шпиндели металлорежущих станков. Область применения подшипников скольжения: линейные и формовочные машины, прессовое оборудование, кузнечное оборудование, прокатные станы, тяжёлые редукторы, грузоподъёмные машины, буксы вагонов, тяжёлые станки, мощные электрические машины, текстильные машины, газовые двигатели, тихоходные и судовые двигатели, электрические машины средней и малой мощности, лёгкие и средние редукторы, центробежные насосы и компрессоры; паровые котлы, водяные турбины, газовые турбины, осевые вентиляторы, турбокомпрессоры. [3]
Библиографический список
1.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.
2.Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». - М.: Машиностроение, 2002. - 440 с.
3.Ничипорчик С.Н., Корженцевский М.И., Калачев 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.
ЗУЙКОВ АЛЕКСЕЙ СЕРГЕЕВИЧ - бакалавр, Владимирский государственный университет им. Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых, Россия.
