Назначение, классификация и конструкция подшипников качения

Назначение, классификация  и конструкция подшипников качения

 

     Подшипник (англ. bearing)(от слова шип) — изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью.

Опора с упорным подшипником  называется подпятником. Существует два  основных типа подшипников, используемых при вращательных движениях –  подшипники скольжения и подшипники качения. Самый древний тип подшипников  – это подшипники скольжения, которые  воспринимают нагрузку в процессе скольжения. В подшипниках качения нагрузка действует на множество элементов  качения, заключенных в подшипнике. Обычно подшипники скольжения стоят  дешевле, чем подшипники качения  таких же размеров, но подшипники качения  выдерживают большие нагрузки и  могут работать при более высоких  скоростях.

  Подшипники качения  – стандартные узлы с полной  их взаимозаменяемостью. Опора  качения состоит из корпуса  подшипника качения, устройств  закрепления подшипника на валу и в корпусе, защитных и смазочных устройств подшипника.

  Подшипник качения состоит из наружного и внутреннего колец с дорожками качения, тел качения (шариков и роликов), которые катятся по дорожкам качения подшипниковых колец, и сепаратора, отделяющего их движение, что обеспечивает правильную работу подшипника. С целью уменьшения габаритных размеров в некоторых конструкциях подшипников качения могут отсутствовать одно или оба кольца и сепаратора.

  В зависимости от  формы тел качения подшипники  делят на шариковые и роликовые. Ролики могут быть цилиндрическими, коническими, витыми, бочкообразными, игольчатыми и др. Игольчатые ролики при малом диаметре имеют большую длину. При больших угловых скоростях шариковые подшипники работают лучше чем роликовые, но последние способны воспринимать большие нагрузки.

  По числу рядов  тел качения подшипники классифицируют  на однорядные и многорядные.

  В зависимости от  направления воспринимаемой нагрузки  различают подшипники:

  Упорные, воспринимающие  нагрузку, перпендикулярную оси  вращения;

  Радиально-упорные и  упорно-радиальные, воспринимающие  нагрузку как перпендикулярную оси вращения, так и направленную вдоль неё.

     По габаритным  размерам подшипники качения  подразделяют на серии. В зависимости  от размера наружного диаметра подшипника качения различают  серии  свехлегкие ( 2 серии ), особо лёгкие ( 2 серии ), лёгкие, средние и тяжелые ( 7 серии ). В зависимости от  ширины подшипника качения серии подразделяют на особо узкие, узкие, нормальные, широкие и особо широкие. Наибольшее распространение в машиностроении имеют подшипники качения лёгких и средних серий нормальной ширины.

     По точности  изготовления подшипники качения делят на пять классов – 0, 6, 5, 4 и 2 ( в порядке повышения точности ). Точность подшипников определяется точностью его основных размеров ( наружный и внутренний диаметр, ширина колец ).

    В машиностроении  наиболее широко применяют подшипники  качения невысоких классов точности, так как с повышением точности  стоимость подшипника резко возрастает. Так, например, подшипник класса 2 примерно в 10 раз дороже подшипника  класса 0.

  На каждом подшипнике  имеется его условное обозначение  ( рис. 4.20 ).

  Две последние цифры  обозначают внутренний диаметр  подшипника, который для размеров 20 … 495 мм получается умножением двух последних цифр на пять. Остальные размеры маркируются так:

10 мм – 00 ; 12 мм – 01; 15 мм – 02; 17 мм – 03.

  Подшипники диаметром  более 495 мм обозначаются дробью, в числителе который указывается  наружный диаметр, а в знаменателе  – действительный размер подшипника  ( его внутренний диаметр ).

  Для диаметров менее  10 мм последняя цифра указывает  диаметр подшипника.

  Третья цифра справа  – серия подшипника;

 Сверхлегкая – 8 и  9; особо легкая 1 и 7; легкая - 2; средняя – 3; тяжелая – 4; легкая широкая – 5; средняя широкая – 6.

   Четвертая цифра  справа – тип подшипника:

радиальный шариковый – 0; радиальный шариковый сферический – 1; радиальный с короткими цилиндрическими роликами – 2; радиальный роликовый сферический – 3; радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами или игольчатый – 4; радиальный роликовый с витыми роликами – 5; радиально – упорный шариковый – 6; роликовый конический – 7; упорный шариковый – 8; упорный роликовый – 9.

   Пятая и шестая  цифры справа – конструктивные  особенности подшипника ( наличие уплотнений, буртиков, конических отверстий, двухрядные и т.д. ).

  Седьмая цифра справа  – серия подшипника по ширине:

нормальная – 1; широкая – 2; особо широкая – 3, 4, 5, 6; узкая – 7.

  Цифра впереди перед  тире – класс точности подшипника  ( класс 0 не маркируется ). Подшипники одного и того же типа подразделяют на серии. Различные серии подшипников при одинаковом внутреннем диаметре различаются по наружному диаметру или ширине, либо и по наружному диаметру, и по ширине, а значит имеют различные размеры тел качения. Тем «тяжелее» серия подшипника, тем большее усилие он может воспринимать.

   Шарики, ролики и  кольца подшипников изготавливают  из специальных подшипниковых  сталей марок  ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 18ХГТ, 20Х2Н4А. Сепараторы выполняют из мягкой углеродистой стали, бронзы, алюминиевых сплавов, пластических масс.

   Типы подшипников  качения определяются их устройством.

   Шариковые радиальные  однорядные подшипники ( рис. 4.21, а )

воспринимают радиальную нагрузку, однако способны одновременно воспринимать и осевую нагрузку, величина которой не должна превышать 70% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки при заданной расчетной долговечности. Поэтому эти подшипники можно применять для фиксации положения вала или корпуса в осевом направлении. Эти подшипники имеют относительно небольшие потери на трение, поэтому им следует отдавать предпочтение, если расчетный срок службы подшипника находится в пределах нормальной работоспособности машины. Радиальные однорядные шарикоподшипники могут работать с перекосом внутреннего кольца по отношению к наружному не более 15 угловых минут, при установке с большим перекосом долговечность подшипника резко снижается, возможен их перегрев, а также разрыв сепаратора.

   Радиальные шарикоподшипники  могут быть следующих конструктивных  разновидностей:

  с канавкой на наружном кольце для стопорной шайбы; применение таких подшипников позволяет растачивать корпус на проход без заплечиков;

  с одной и двумя  защитными шайбами, а также  с встроенным фетровым или  резиновым уплотнением; применяется  в тех случаях, когда затруднена  установка специальных уплотняющих  устройств или возможна подпитка  подшипника смазкой в процессе  эксплуатации.

   Шариковые радиальные  сферические двухрядные подшипники  ( рис. 4.21, б ) предназначены для восприятия радиальной нагрузки, одновременно могут воспринимать также и осевую нагрузку в обе стороны, величина которой не должна превышать 20% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки при заданной расчетной долговечности.

   Подшипники могут  работать при значительном перекосе (до 3 градусов ) внутреннего кольца относительно наружного, поэтому их можно устанавливать в узлах машин с отдельно стоящими корпусами при несовпадении осей посадочных мест под подшипники.

   Конструктивными  разновидностями подшипников этого  типа являются подшипники с  конусным отверстием ( конус 1:12 ) на закрепительной втулке, допускающие установку на гладких валах без плечиков.

   Шариковые упорные  однорядные ( рис. 4.21, в ) или двойные подшипники ( рис. 4.21, г ). Однорядные подшипники предназначены для восприятия осевой нагрузки в одном направлении; двойные – в обоих направлениях. Одно из колец одинарного подшипника – тугое, монтируется непосредственно на вал с соответствующей посадкой, второе, так называемое свободное, устанавливается в корпусе. Так как несовпадение осей вала и отверстия в корпусе приводит к преждевременному выходу из строя упорных подшипников, то для возможности самоустановки  кольца рекомендуется проводить монтаж свободного кольца в корпус с зазором 0,2 … 0,3 мм.

   Двойные упорные  шарикоподшипники состоят из  одного тугого кольца с двумя  дорожками качения, двух свободных  колец с двумя комплектами  тел качения в сепараторе.

   Шариковые радиально  – упорные однорядные ( рис. 4.21, д ) и двухрядные подшипники ( рис. 4.21, е ) предназначены для восприятия нагрузок, действующих в радиальном и осевом направлениях. Однорядный подшипник может воспринимать осевую нагрузку, действующую только в одном направлении. Для восприятия больших осевых нагрузок возможна установка нескольких подшипников таким образом, чтобы узкий торец наружного кольца одного подшипника упирался в широкий торец другого.

   Подшипники этого  типа применяют в узлах с  жесткими двух - опорными валами  при сравнительно небольших расстояниях  между опорами, а также в  узлах, требующих регулировки  внутреннего зазора в подшипниках  во время монтажа и в процессе  эксплуатации.

   Роликовые радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами ( рис. 4.21, ж ) применяют в узлах машин при необходимости создать «плавающую» опору ( наружное кольцо перемещается в осевом направлении по телам качения ). Подшипник воспринимает только радиальную нагрузку. Изготавливают подшипники в трёх конструктивных исполнениях:

  внутреннее кольцо без бортов и его можно вынуть;

  внутреннее кольцо с одним бортом, наружное с двумя; можно вынуть внутреннее кольцо;

  наружное кольцо без бортов; его можно снять.

  Благодаря разборной  конструкции эти подшипники более  удобны при монтаже, чем шариковые, и при одинаковых габаритных размерах обладают большей грузоподъемностью.

   Роликовые радиально-упорные  сферические двухрядные подшипники  ( рис 4.21, з ) имеют наибольшую грузоподъемность по сравнению с любым типом подшипников соответствующих габаритов; могут воспринимать одновременно с радиальной нагрузкой и двухстороннюю осевую нагрузку, которая не должна превышать 20% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Такой подшипник может самоустанавливаться так же, как и шариковый двухрядный сферический подшипник.

   Конструктивной разновидностью  этого типа подшипников являются  подшипники с конусным отверстием внутреннего кольца.

   Роликовые с винтовыми  роликами ( рис. 4.21, и ) предназначены для восприятия только радиальной нагрузки, могут также воспринимать ударную нагрузку.

   Роликовые игольчатые  ( рис. 4.21, к ) воспринимают только радиальную нагрузку и в зависимости от конструктивной особенности подшипникового узла могут быть использованы без внутреннего или наружного, или без обоих колец. В этом случае беговые дорожки выполняют на валу и в корпусе и предъявляют к ним те же требования, что и к беговым дорожкам подшипниковых колец. Эти подшипники весьма чувствительны к перекосам рабочих поверхностей.

   Роликовые конические  однорядные ( рис. 4.21, л ) и двухрядные ( рис. 4.21, м ) подшипники предназначены для восприятия радиальных и осевых нагрузок. При установке двух подшипников рядом или на противоположных концах двухопорного  вала они способны воспринимать чисто радиальные нагрузки. Так как наружное кольцо съемное, то такой подшипник удобен для раздельного монтажа.

   Эти подшипники  весьма чувствительны к осевой  нагрузке, при сильной затяжке  резко повышается температура.  При значительной осевой нагрузке  возможно разрушение подшипника.

   Однорядные подшипники  применяют в узлах машин с  жесткими двухопорными валами при небольшом расстоянии между опорами.

   Роликовые упорные  с коническими роликами подшипники  ( рис. 4.21, н ) воспринимают только осевые нагрузки.

   Роликовые упорные  сферические подшипники ( рис. 4.21, о ) воспринимают осевую, но одновременно небольшую радиальную нагрузку. Эти подшипники могут работать с большими окружными скоростями.

   Подготовка деталей  подшипникового узла к сборке  заключается в извлечении подшипника  из упаковки и его расконсервировании, т.е. в удалении предохранительной  смазки и очистке. Подшипник  промывают в бензине или керосине, горячем масле или подогретых  антикоррозионных водных растворах  при температуре 75 … 85 градусов.

   Промывка подшипника  в горячем масле осуществляется  в специальных ваннах с электрическим  или паровым подогревом. Подшипники  помещают в корзины из проволочной  сетки с целью предотвращения  их контакта с разогретым дном  и осевшей грязью. Для ускорения  промывки корзину периодически  встряхивают.  Время промывки составляет 5 … 20 мин в зависимости от габаритов подшипника и количества консервирующей смазки.  При большом количестве подшипников используют две ванны – для предварительной и окончательной промывки. Промытые подшипники тщательно просушивают.

   После промывки  производят тщательный визуальный  осмотр.  Проверяют маркировку, легкость  вращения, размеры. Подшипники с  царапинами и коррозионными пятнами  выбраковывают. При необходимости  контролируют радиальное и осевое  биение, радиальный и осевой зазор. 

   Посадочные места  на валу и в корпусе должны соответсвовать требованиям чертежа по геометрическим размерам, форме и шероховатости посадочных поверхностей. На них не должно быть заусенцев, забоин, царапин, задиров. Перед сборкой посадочные места промывают керосином и просушивают.  Смазочные каналы, подводящие смазку к подшипнику, должны быть тщательно прочищены и продуты сжатым воздухом.