Подшипник - сборочный узел, который обеспечивает вращение вала или оси с возможностью снижения энергопотерь. Устройства применяются в крупных сборочных линиях, промышленных станках, транспорте, бытовых устройствах и множестве других сфер.
Устройство и схема подшипника.
Все подшипники делятся на две большие группы:
качения. Состоит из:
1 - наружное кольцо;
2 - внутреннее кольцо;
3 - тела качения (шарики или ролики);
4 - сепаратор.
Внутреннее кольцо обычно насаживается на ось вала и вращается вместе с ним, в то время как наружное закреплено в основании механизма. Пространство между кольцами занимают стальные шарики. При вращении они движутся по канавкам в обоймах. Для того, чтобы шарики располагались на одинаковом постоянном расстоянии друг от друга, используется сепаратор (разделитель).
Подобные подшипники делятся на шариковые и роликовые, которые в дальнейшем классифицируются в зависимости от конструкции и назначения.
скольжения - подшипники, работающие по принципу трения скольжения. Простейшим подшипником скольжения является отверстие, расточенное непосредственно в корпусе машины, в которое обычно вставляют втулку (вкладыш) из антифрикционного материала.
По характеру воспринимаемой нагрузки подшипники скольжения бывают радиальные, радиально–упорные, упорные. По форме рабочей поверхности – с цилиндрической, конической, сферической и плоской рабочей поверхностью.
В конструкции некоторых типов ступичных подшипников дополнительно используются пыльники, которые предотвращают попадание грязи и пыли внутрь узла. Конструкция подшипника устроена так, что пыльник не касается внутреннего кольца при вращении во избежание появления царапин. Всё загрязнение попадает внутрь через зазор. В некоторых моделях подобное отверстие маскируется ступенчатой технологией, которая помогает избежать сильного воздействия влаги и пыли на изделие. Ещё один метод повышения пылезащиты и влагостойкости – прорезиненный пыльник. Такой пыльник состоит из прорезиненного металла, который может соприкасаться с внутренним кольцом, в отличие от пыльника из металла без наружного резинового слоя. Данный метод повышает выносливость подшипника, а изделие служит дольше.
Пыльник держится на С-кольце в подшипниках разборного вида. Некоторые модели подшипников выпускаются в другом формате – их пыльники не держатся на С-кольце, а прижаты сплошным кольцом к корпусу изделия. Такой тип конструкции подшипников называется неразборным.
Преимущества пыльника:
- устойчивость позволяет работать качественному керамическому подшипнику на порядок дольше стойкого.
- более ровная поверхность уменьшает трение в подшипнике.
- стабильные температурные характеристики снижает нагрев от трения, что позволяет уменьшить испарение смазки.
- не окисляется, не подвержен химическим реакциям, а также почти не требует смазки. Благодаря данному свойству подшипники с пыльником более постоянны к воде и не требуют частого обслуживания. В качестве смазки всегда используется масло.
Важную роль в подшипнике играет люфт - зазор в корпусе изделия, направленный перпендикулярно или параллельно оси подшипника. Благодаря большому углу контакта, присутствие люфта в изделии уменьшает шум и тепло, производимые во время интенсивной работы. Вибрация активно влияет на качество работы и изнашивание подшипника. Однако наличие люфта сглаживает воздействие тряски – происходит распределение нагрузки по всей площади изделия. Высокий осевой люфт рекомендуется в тех случаях, где присутствует несоосность корпуса подшипника и вала.
Основная задача инженеров в вопросе расчёта требуемого люфта – найти баланс. Недостаточный люфт увеличивает износ, слишком высокий способствует выходу из строя механизма с подшипниками. Если у подшипника слишком маленький люфт, создастся избыточный тепловой потенциал, тела качения на дорожках начнут скользить. Это приведет к трению, шуму, перегреву и снижению точности вращения. Большой люфт только увеличит вибрацию, создаваемую на высоких скоростях. Контролировать люфт можно с помощью посадок. Достаточная или плотная посадка необходима для фиксации вала и избежания проскальзывания, которое генерирует тепло. При этом следует избегать возникновения отрицательного зазора. Степень натяга, регулировка зазора между кольцами, корпусом и валом помогает откалибровать люфт и приводит его в баланс, необходимый для корректной работы. Цель инженера при калибровке люфта – рассчитать нулевой люфт для эксплуатации в нормальных условиях. Правильно подобранный люфт влияет на качество продукции и работы, повышает точность. Для обозначения классов допуска подшипников используют стандартизацию ABEC и ISO. Благодаря данной маркировке регулируются допустимые отклонения, включая размеры внутреннего и наружного колец.
Материал изготовления подшипников
Основной материал для производства подшипников качения — сталь. Для изготовления колец и тел качения используется высокоуглеродистая хромистая сталь. Согласно отечественному стандарту, это стали марки ШХ с цифровым индексом, указывающем процентное содержание хрома. Тела качения производятся из стали ШХ6, ШХ9, ШХ15, кольца — ШХ9, ШХ15, ШХ15СГ. Для изготовления колец крупногабаритных подшипников используется сталь 20Х2Н4А с поверхностным цементирующим слоем 5-6 мм. Для производства коррозионно-устойчивых подшипников, предназначенных для работы в агрессивных средах, используется сталь 95Х18 со специальным составом. Данные подшипники проходят закалку в горячем масле.
Помимо стали, подшипники и его составляющие выполняются из других материалов. Подшипники, выполненные из полимеров, отличаются минимальной массой и не требуют постоянного смазывания. Подобные подшипники сопоставимы по стоимости с металлическими, но значительно уступают им по грузоподъёмности, износоустойчивости, термостойкости. Сферы применения полимерных подшипников — пищевые производственные линии, химическая промышленность, приборостроение, электроника. Применение армированных композитных материалов для производства подшипников качения позволяет добиться достаточной прочности при малом весе, устойчивости к химическим средам, противокоррозионных свойств. Однако стоимость подобных подшипников гораздо выше классических. Их применяют в дорогостоящем аэрокосмическом и медицинском оборудовании, точном приборостроении. В основе композита — углеродные волокна, дополняемые графитом, полипропиленом, полиэстером, стекловолокном, полиоксиметиленом и другими веществами. В производстве сепараторов, кроме классических стали и латуни, применяются следующие материалы:
- полиамид отличается упругостью и прочностью;
- полиэфирэфиркетон устойчив к термической нагрузке и химическим воздействиям;
- текстолит выдерживает высокую радиальную нагрузку;
- иногда применяются синтетические смолы.
Высоких характеристик и больших практических результатов достигли в производстве подшипников качения с комбинированным составом. Для достижения определенных показателей, в подобных подшипниках могут сочетаться традиционные стали и сплавы с полимерами, композитами, керамическими, нитрид-кремниевыми деталями и специальными смазочными материалами. Подшипники качения с комбинированным составом обеспечивают лучшие характеристики по сравнению со стальными. Данные подшипники устанавливаются серийно в авто-, мототранспорте, применяются в машиностроении, станкостроении, роботизированной технике.
Правила эксплуатации подшипников
Строгое следование правилам установки и технического обслуживания в первую очередь влияет на долговечность подшипников. Также срок службы зависит от верного подбора самого подшипника, использования подходящего инструмента для его монтажа, защищённости от влаги и загрязнения и правильной смазки. При работе по установке подшипника необходимо соблюдать следующие правила:
- Распаковывать подшипник непосредственно перед монтажом;
- Соблюдать чистоту при установке;
- Не производить монтаж вблизи источников загрязнения;
- Не допускать прямых ударов по подшипнику;
- Производить запрессовку с помощью специальной втулки;
- Правильно подбирать смазочные материалы, производить смазку регулярно и в достаточном объёме;
- Применять специализированные гидравлические инструменты и нагревательные устройства.
