Подшипники качения. Общие сведения. Классификация и область применения

История возникновения и развития

Отсчёт истории начинается с 3500 года до нашей эры, во времена Древнего Египта, когда его жители использовали примитивные и очень эффективные на то время опорные подшипники без применения шариков. Ближе к нашему времени, в 700-м году до нашей эры, кельты достаточно активно стали применять изделия, аналогичные современным цилиндрическим подшипникам качения.

Следующая точка в истории это 330 год до нашей эры, когда инженер Древней Греции Диад создал осадную машину, основным отличием которой отмечается применение простых скользящих элементов.

vidy_podshipnikov.jpgВ 1490 году Леонардо Да Винчи опубликовал первый чертёж подшипника качения в мире. Отмечается тот факт, что это изобретение произвело большое впечатление в кругу специалистов этого профиля. В 1794 году он был впервые запатентован. А в 1839 году американец Исаак Баббит изобрёл специальный металлический сплав, из которого в дальнейшем изготавливались шарики. В состав этого сплава входили медь, свинец, сурьма и олово.

Большим прорывом этой области считается 1853 год, когда Филлипп Мориц Фишер создал конструкцию педального велосипеда с применением специализированных роликовых подшипников в его механизмах. Последним значимым событием стало то, что в 1883 Фридрих Фишер создал машину, которая шлифовала шарики из закалённой стали. За счёт её создания появился всемирно известный швейтфуртский подшипниковый завод, а в скором времени эта технология стала использоваться повсюду.

Подшипники качения



Общие сведения

Подшипники качения (рис. 1) представляют собой готовый узел, основными элементами которого являются тела качения – шарики 2 или ролики, установленные между кольцами 1 и 3 и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга сепаратором 4.

Сепаратор служит для направления и удержания тел качения в определенном положении (для обеспечения соосности колец) и для разделения тел качения от их взаимного контакта с целью уменьшения изнашивания и уменьшения потерь на трение.

Внешнее и внутреннее кольца подшипника (или, как их еще называют – обоймы) имеют на рабочей поверхности желобки – дорожки качения, по которым и перекатываются тела качения. Форма колец подшипников качения (наружных и внутренних) определяет угол контакта тел качения с дорожкой качения и, соответственно, влияет на величину осевой или радиальной грузоподъёмности подшипника.

Распределение радиальной нагрузки между телами качения, находящимися в нагруженной зоне (ограниченной дугой не более 180˚), неравномерно (рис. 2) вследствие контактных деформаций колец и различных тел качения. На размер зоны нагружения и неравномерность распределения нагрузки оказывают влияние величина радиального зазора в подшипнике и жесткость корпуса.

В отдельных случаях для уменьшения радиальных размеров подшипник применяют без колец (рис. 3) и тела качения катятся по дорожкам качения, образованным непосредственно на цапфе и в корпусе (в блоке зубчатых колес). Твердость, точность и шероховатость поверхности дорожек качения в этом случае должны быть такими же, как у подшипниковых колец (обойм). Такие игольчатые подшипники могут применяться без сепаратора (а) или с сепаратором (б).

Подшипники качения стандартизированы и широко распространены во всех отраслях машиностроения. Их изготовляют в больших количествах на специализированных подшипниковых заводах, которые организованы во многих городах России и других стран.

Достоинства и недостатки подшипников качения

По сравнению с подшипниками скольжения подшипники качения обладают рядом положительных свойств и преимуществ:

  • Сравнительно малая стоимость благодаря возможности стандартизации и массового производства.
  • Небольшие потери на трение и незначительный нагрев при работе, при этом потери на трение в момент пуска и в рабочем режиме практически не отличаются.
  • Полная взаимозаменяемость, что облегчает монтаж и ремонт машин и механизмов.
  • Небольшой расход дефицитных цветных материалов по сравнению с подшипниками скольжения, в конструкции которых обычно применяются медесодержащие сплавы и цветные металлы.
  • Незначительный расход смазочного материала во время эксплуатации.
  • Малые осевые размеры, простота монтажа и эксплуатации.

Не лишены подшипники качения и недостатков:

  • Относительно большие радиальные размеры.
  • Высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам.
  • Большое сопротивление вращению, шум и низкая долговечность при высоких частотах вращения.
  • Повышенный шум из-за циклического перекатывания тел вращения через нагруженную зону подшипника (рис. 2).
  • Более сложная конструкция по сравнению с подшипниками скольжения.

Область применения подшипников качения

Подшипники качения являются основным видом опор в машинах (автомобилях, сельскохозяйственной, дорожной и военной технике, самолетах, станках и т. п.). Так, в одном автомобиле может применяться более 120 типоразмеров подшипников качения, в самолете их количество может превышать 1000 шт. При этом надежность и долговечность подшипников во многом определяют ресурс машины или механизма.

***

Классификация подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по следующим основным признакам:

По форме тел качения (рис. 4) – шариковые и роликовые, причем последние могут быть с цилиндрическими, коническими, бочкообразными, игольчатыми и витыми роликами. Применяют и тела качения сложной геометрической формы (рис. 4,а).

По направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, радиально-упорные, упорные и упорно-радиальные. Деление подшипников в зависимости от направления воспринимаемой нагрузки носит в ряде случаев условный характер. Например, широко распространенный шариковый радиальный однорядный подшипник успешно применяют для восприятия не только радиальной или комбинированной, но и чисто осевой нагрузки, а упорно-радиальные подшипники обычно используют только для восприятия осевых нагрузок.

По числу рядов тел качения – одно-, двух- и четырехрядные.

По основному конструктивному признаку – самоустанавливающиеся (например, сферические самоустанавливающиеся при угловом смещении осей вала и отверстия в корпусе) и несамоустанавливающиеся; с цилиндрическим или конусным отверстием внутреннего кольца (обоймы), сдвоенные и др.

Кроме основных подшипников каждого типа изготавливают их конструктивные разновидности (модификации).

***

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий