Подшипники
Подшипник — техническое устройство, являющееся частью опоры, которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции.
Основные типы подшипников:
- подшипники качения
- подшипники скольжения
- газостатические подшипники
- газодинамические подшипники
- гидростатические подшипники
- гидродинамические подшипники
- магнитные подшипники
Основные типы подшипников, 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 жесткости применяют так называемые совмещенные 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 грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения безсепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.
Подшипники качения работают преимущественно на 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. Нагружающие подшипник силы подразделяют на: радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника и осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.
Подшипники скольжения- опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется 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 скольжение 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 обеспечивает; низкое трение, разделение подвижных частей, теплоотвод, защиту от вредного воздействия окружающей среды и может быть; жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для не металлических подшипников), пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.), твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.) и 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.
По направлению восприятия нагрузки различают радиальные и осевые (упорные).
Внутренний зазор в подшипниках
Внутренний зазор подшипника определяется, как общее расстояние, на которое может переместиться одно из колец подшипника относительно другого кольца в радиальном направлении (радиальный внутренний зазор) или в осевом направлении (осевой внутренний зазор). Необходимо различать внутренний зазор подшипника в демонтирован-ном состоянии и внутренний зазор смонтированного подшипника, достигшего своей рабочей температуры (рабочего зазора).
Радиальный зазор имеет большое значение для правильной работы подшипника. Например, шарикоподшипник, как правило, всегда устанавливается с зазором, фактически равным нулю, или устанавливается с небольшим преднатягом. С другой стороны — цилиндрические, сферические и тороидальные роликоподшипники в процессе работы всегда должны иметь некоторый минимальный зазор. Это относится и к коническим роликовым подшипникам, за исключением тех узлов, где требуется повышенная жесткость, например опоры конических шестерен, где подшипники устанавливаются с преднатягом.
Предварительный натяг подшипников
В зависимости от технических требований может возникнуть необходимость создания положительного или отрицательного рабочего зазора в подшипниковом узле. В большинстве случаев рабочий зазор должен быть положительным, то есть при работе подшипник должен иметь остаточный зазор, пусть даже очень небольшой. Однако, существует много примеров (подшипники шпиндельных узлов станков, опор шестерен мостов автомобилей, подшипниковые узлы малых электрических двигателей или подшипниковые узлы для колебательных движений), где отрицательный рабочий зазор, то есть предварительный натяг (далее — преднатяг) требуется для увеличения жесткости подшипникового узла или повышения точности его вращения.
В зависимости от типа подшипника преднатяг может быть радиальным или осевым. Например, цилиндрические роликоподшипники, в силу своей конструкции, могут иметь только радиальный преднатяг, а упорные шарикоподшипники и цилиндрические упорные роликоподшипники — только осевой преднатяг.
Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники и конические роликоподшипники, которые обычно подвергаются осевому преднатягу, как правило, монтируются совместно со вторым однотипным подшипником по О-образной или Х-образной схеме.
Радиальные шарикоподшипники также, как правило, монтируются с осевым преднатягом, для чего радиальный внутренний зазор этих подшипников должен превышать нормальный радиальный внутренний зазор (например, СЗ) для того, чтобы, как и в случае радиально-упорных шарикоподшипников, угол контакта был несколько больше нуля.
Основные причины применения преднатяга подшипников состоят в следующем:
- увеличивается жесткость узла;
- уменьшается уровень шума при работе;
- увеличивается точность вращения вала;
- компенсируются износ и смятия деталей в процессе эксплуатации;
- увеличивается ресурс подшипника.
