07-10-2023
Подши́пник (от слова шип) — 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]. Изобрел подшипник в 1829 году чешский лесник Йозеф Рессел.[3]
Опора с упорным подшипником называется подпятником.
Основные параметры подшипников:[4]
Нагружающие подшипник силы подразделяют на:
Содержание |
По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:
Основные типы, которые применяются в машиностроении — это подшипники качения и подшипники скольжения.
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. 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:
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.
Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника
где n1 — частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,
Dω — диаметр шарика,
dm = 0,5(D+d) — диаметр окружности осей шариков.
Частота вращения шарика относительно сепаратора
Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца
где n3 — частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.
Для радиально-упорного подшипника
Из приведенных выше соотношений следует, что при вращении внутреннего кольца сепаратор вращается в ту же сторону. Частота вращения сепаратора зависит от диаметра Dω шариков при неизменном dm: она возрастает при уменьшении Dω и уменьшается при увеличении Dω.
В связи с этим разноразмерность шариков в комплекте подшипника является причиной повышенного износа и выхода из строя сепаратора и подшипника в целом.
При вращении тел качения вокруг оси подшипника на каждое из них действует нагружающая дополнительно дорожку качения наружного кольца центробежная сила
где m — масса тела качения,
ωс — угловая скорость сепаратора.
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
где — полярный момент инерции массы шарика;
ρ — плотность материала шарика;
ωsp и ωс — соответственно угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси и вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора).
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 условие , где Tf - момент сил трения от осевой нагрузки на площадках контакта шариков с кольцами.
Маркировка подшипников состоит из условного обозначения и стандартизована в соответствии ГОСТ 3189-89 и условного обозначения завода-изготовителя.
Основное условное обозначение подшипника состоит из семи цифр основного условного обозначения (при нулевых значениях этих признаков оно сокращается до 2 знаков) и дополнительного обозначения, которое располагается слева и справа от основного. При этом дополнительное обозначение, расположенное слева от основного, всегда отделено знаком тире (—), а дополнительное обозначение, расположенное справа всегда начинается с какой-либо буквы. Чтение знаков основного и дополнительного обозначения производится справа налево.
Схема 1 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия до 10 мм, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь.
X | XX | X | 0 | X | X |
---|---|---|---|---|---|
6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
Схема 2 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия от 10 мм и выше, кроме подшипников с диаметрами отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаемые через дробь.
X | XX | X | X | XX |
---|---|---|---|---|
5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
Знаки условного обозначения:
Слева:
Справа:
Знак обозначающий диаметр отверстия схемы 1 с диаметром отверстия до 10 мм должен быть равен номинальному диаметру отверстия, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь. Если диаметр отверстия подшипника — дробное число, кроме величин перечисленных ранее, то он имеет обозначение диаметра отверстия округлённого до целого числа, в этом случае в его условном обозначении на втором месте должна стоять цифра 5. Двухрядные сферические радиальные подшипники с диаметром отверстия до 9 мм сохраняют условное обозначение по ГОСТ 5720.
Два знака обозначающие диаметр отверстия схемы 2 с диаметром отверстия от 10 мм до 500 мм если диаметр кратен 5, обозначаются частным от деления значения диаметра на 5.
Обозначение подшипников с диаметром отверстия 10, 12, 15 и 17 как 00, 01, 02, 03 соответственно. Если диаметр отверстия в диапазоне от 10 до 19 мм отличается от 10, 12, 15 и 17 мм, то ему присваивается обозначение ближайшего из указанных диаметров, при этом на третьем месте основного обозначения ставится цифра 9.
Диаметры отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь (например: 602/32 (д=32мм)
Диаметры отверстия, равные дробному или целому числу, но не кратное 5, обозначаются целым приближенным частным от деления значения диаметра на 5. В основное условное обозначение таких подшипников на третьем месте ставится цифра 9.
Подшипники имеющие диаметр отверстия 500 мм и более, внутренний диаметр обозначается как номинальный диаметр отверстия.
Размерная серия подшипника — сочетание серий диаметров и ширин (высот), определяющее габаритные размеры подшипника. Для подшипников установлены следующие серии (ГОСТ 3478):
Перечень серий диаметров указан в порядке увеличения размера наружного диаметра подшипника при одинаковом внутреннем диаметре. Перечень серий ширин или высот указан в порядке увеличения размера ширины или высоты.
Серия 0 в обозначении не указывается.
Нестандартные подшипники по внутреннему диаметру или ширине (высоте) имеют обозначение серии диаметра 6, 7или 8. Серия ширин (высот) в этом случае не проставляется.
Типы подшипников обозначаются согласно таблице 1.
Таблица 1
Тип подшипника | Обозначение |
---|---|
Шариковый радиальный | 0 |
Шариковый радиальный сферический | 1 |
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами | 2 |
Роликовый радиальный сферический | 3 |
Роликовый игольчатый или с длинными цилиндрическими роликами | 4 |
Радиальный роликовый с витыми роликами | 5 |
Радиально-упорный шариковый | 6 |
Роликовый конический | 7 |
Упорный или упорно-радиальный шариковый | 8 |
Упорный или упорно-радиальный роликовый | 9 |
Конструктивные исполнения для каждого типа подшипников, согласно ГОСТ 3395, обозначают цифрами от 00 до 99.
Слева от основного обозначения ставят знаки:
Справа от основного обозначения ставят знаки:
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.
Смазка является одним из основных условий надёжной работы подшипника и обеспечивает: низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды и может быть:
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).
В основу классификации положен анализ режимов работы подшипников по диаграмме Герси-Штрибека.
Подшипники скольжения разделяют:
Ниже представлена таблица групп и классов подшипников скольжения (примеры обозначения: I-1, II-5).
Группа | Класс | Способ смазки | Вид трения | Примерный 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, ходовых колес мостовых кранов |
2 | Обычно непрерывная | Полужидкостное | 0,02…0,1 | Кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки |
|
|
3 | Масляная ванна или кольца | 0,001…0,02 | Мало меняющаяся по величине и направлению усилия, большие и средние нагрузки |
|
||
Под давлением | Переменная нагрузка |
|
||||
II | 4 | Кольца, комбинированный или под давлением | Жидкостное | 0,0005…0,005 | Малые окружные скорости валов, особо тяжелые условия работы при переменных по величине и направлениях нагрузке |
|
5 | Под давлением | 0,005…0,05 | Слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения |
|
Радиально-упорный шариковый подшипник
Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом
Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник
Радиальный шариковый подшипник для корпусных узлов
Радиальный роликовый подшипник
Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)
Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник
Самоустанавливающийся радиально-упорный роликовый подшипник
Самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами(сферический)
Упорный шариковый подшипник
Упорный роликовый подшипник
Ролики и сепаратор упорного игольчатого подшипника
Подшипник скольжения.