Подшипники являются одними из наиболее важных, ответственных и полезных устройств в промышленных машинах и механизмах, в бытовых устройствах с электрическим и механическим приводами. Они значительно экономят затрачиваемую в процессе работы энергию и расход топлива. Первоочередная задача подшипника любого типа – минимизация сил трения, имеющихся между опорой и вращающимся валом.
Рассмотрим далее виды подшипников качения и скольжения, их назначение, особенности и разновидности. Какая есть разница и отличия между подшипником качения и скольжения?
Первые примитивные подшипники люди научились делать еще в древние времена. Прообразом подшипников качения роликовой конструкции был механизм перемещения тарана для разрушения крепостных стен, который создал изобретатель Диадес в древней Греции. В дальнейшем еще более усовершенствовал подобные конструкции для ускорения и облегчения перемещения грузов великий изобретатель Леонардо да Винчи. А самые первые металлические подшипники качения появились в Англии в 1780 году. Они уже были металлическими и включали изготовленные из чугуна шарики.
Современные подшипники обеспечивают надежную опору для валов машин и механизмов, способную минимизировать трение при вращении, компенсировать возникающие ударные нагрузки и вибрации, передавая их на корпус, станину машин.
В России разработкой, совершенствованием и выпуском подшипников занимаются несколько государственных подшипниковых заводов (ГПЗ), а также частные производители. Эти предприятия фокусируются на изготовлении шариковых, роликовых и других специальных конструкций подшипников для машиностроения, энергетики, автомобилестроения, силового и турбинного оборудования.
Современные подшипники классифицируются по целому ряду параметров, включая:
По наиболее распространенной, базовой классификации все модели делятся на подшипники качения и скольжения. На их основе создано множество подтипов, ориентированных на использование в разных условиях, в различном стационарном оборудовании и в мобильных механизмах.
Подшипники качения снижают трение между вращающимися и неподвижными частями машин за счет использования тел качения. Их еще называют шарикоподшипниками и роликоподшипниками. Ключевыми признаками для их классификации являются: тип тела качения (шариковое или роликовое), направление основной нагрузки (осевое, радиальное), конструкция и класс точности.
Основные стандарты для них описаны в ГОСТ 3395-89 (типы и конструктивные исполнения).
Шариковый подшипник состоит из внутреннего и наружного кольца с дорожками для качения шариков. Между кольцами размещается сепаратор, который распределяет шарики на равном расстоянии друг от друга.
Основное конструктивное отличие роликовых подшипников от шариковых заключается в том, что ролики имеют значительно большую плоскость соприкосновения с опорной поверхностью качения. Поэтому они способны выдерживать значительно большие нагрузки, но при несколько повышенном трении. Другим отличием является наличие уплотнения сбоку, на внешних кольцах. Таким образом внутри подшипника удерживается смазка и устраняется возможность смещения ролика в осевом направлении.
Ролики могут быть цилиндрической, конической, игольчатой и сферической (в виде бочонка) формы.
Конические роликовые подшипники лучше справляются с комбинированными нагрузками за счет конической окружности.
Сферические и игольчатые варианты подшипников лучше компенсируют перекосы и экономят пространство в механизмах.
Табл. 1. Роликовые подшипники
|
Форма ролика |
Основная особенность |
Применение |
|---|---|---|
|
Цилиндрический |
Высокая радиальная нагрузочная способность, разборная конструкция |
Промышленные редукторы, станки |
|
Конический |
Компенсирует комбинированные (радиальные и осевые) нагрузки |
Автомобильные ступицы, дифференциалы |
|
Игольчатый |
Тонкие ролики (отношение диаметра к длине – 1:4) обеспечивают компактность |
Узлы с ограниченным пространством |
|
Сферический |
Способность к самоустановке, компенсирует несоосности вала |
Тяжелое машиностроение, прокатные станы |
Подшипники скольжения отличаются от подшипников качения по принципу действия. Они не используют тел качения, минимизирующих эффект трения. В данном случае эффект трения минимизируется за счет скольжения поверхности вала во вкладыше в форме втулки, изготавливаемой из специальных материалов. Дополнительный антифрикционный эффект может создавать прослойка из смазки между вкладышем и валом.
Подшипники скольжения выдерживают повышенные нагрузки и лучше переносят удары и вибрации благодаря большой площади опорного контакта, но работают они при повышенном трении, особенно большим в момент пуска. Подшипники скольжения широко применяются в разном тяжелом оборудовании, включая турбины, насосы, где важны компактность и устойчивость к высоким нагрузкам.
По типу создания смазывающего слоя подшипники скольжения бывают: гидродинамическими, гидростатическими, газодинамическими и газостатическими. Подшипники скольжения могут быть разборными, что позволяет обновлять быстро изнашиваемые детали.
Табл. 2. Подшипники скольжения, типы смазки
|
Тип смазки |
Среда смазки |
Источник давления в слое смазки |
|---|---|---|
|
Гидродинамический |
Масло |
За счет вращения вала |
|
Газодинамический |
Газ |
За счет вращения вала |
|
Гидростатический |
Масло |
Внешний масляный насос |
|
Газостатический |
Газ |
Внешняя подача газа под давлением |
Вкладыши для подшипников скольжения изготавливают из металлов, сплавов, полимеров и композитов с антифрикционными свойствами. Они могут быть также многослойными. Например, внешний слой из стали, промежуточный из бронзы, а поверх нее наносится тонкий антифрикционный слой из баббита.
Тип вкладыша подбирают с учетом испытуемых подшипником нагрузок, скорости вращения, условий смазки и эксплуатации, чтобы обеспечить низкое трение, хорошую износостойкость и необходимый теплоотвод.
Подшипники качения и скольжения решают одинаковые задачи, поддерживают эффективность вращения вала. Сравнительные возможности их использования оценивают по ряду ключевых параметров: трение, нагрузка, скорость, допустимые условия эксплуатации.
Табл. 3. Подшипники скольжения и качения, отличия между ними
|
Параметр |
Подшипники качения (роликовые/шариковые) |
Подшипники скольжения (втулки, вкладыши) |
|---|---|---|
|
Тип трения |
Качение на опоре |
Скольжения вала по поверхности втулки |
|
Коэффициент трения |
0,001–0,005 |
0,05–0,15 |
|
КПД |
0,98–0,995 (высокий) |
0,85–0,95 (ниже) |
|
Допустимая скорость вращения |
Высокая и средняя |
В основном низкая и средняя |
|
Рабочая нагрузка |
Умеренные динамические и статические |
Высокая, статическая и ударная, но при низких скоростях |
|
Износ и срок службы |
Медленный износ при нормальных условиях |
Износ быстрее при высоких скоростях и плохой смазке |
|
Точность установки и радиальный зазор |
Малый зазор, высокая точность центровки |
Зазор больше, точность ниже |
Выбор варианта применения:
Подшипники – это обширный класс механических устройств, разрабатываемых и применяемых для минимизации трения при вращении валов. Различные условия и задачи использования этой конструкции привели к созданию множества разновидностей с огромным ассортиментом самых разных моделей. Создание новых материалов и технологий их обработки позволяет создавать все более совершенные варианты подшипников.
При всем этом разнообразии в конструкции и моделях, основополагающим остается принцип деления на классы: подшипников качения и скольжения.
SKB-4.com - продажа оборудования