Подшипник, согласно ГОСТ 24955-81 - опора, определяющая положение движущихся частей механизма относительно других частей.

В зависимости от характера взаимодействия подвижных и неподвижных элементов подшипника различают и качения.

Рассмотрим подробнее устройство, разновидности, особенности подшипников качения.

Классификация подшипников качения

В зависимости от формы тел качения различают подшипники:

• Шариковые
• Роликовые
  • с цилиндрическими роликами
  • с коническими роликами
  • с бочкообразными роликами
  • с витыми роликами
  • с игольчатыми роликами

По числу рядов различают подшипники:

• однорядные
• двурядные
• четырехрядные

По возможности самоустановки:

• несамоустанавливающиеся
• сферические самоустанавливающиеся

По направлению воспринимаемой нагрузки:

• радиальные
• упорные
• радиально-упорные

Устройство подшипников качения

В общем случае подшипник качения состоит из наружного 1 и внутреннего 1 кольца, на которых могут быть выполнены беговые дорожки (канавки). Между кольцами расположены тела качения 3 (шарики, ролики). Для базирования тел качения внутри подшипника используется сепаратор. Внутренне кольцо устанавливается на валу, наружное - в корпусе (опоре).

Передача усилий от вала на опоры осуществляется через тела качения.

Осевые и радиальные нагрузки

В зависимости от типа, подшипники способны воспринимать радиальные и осевые нагрузки.

Радиальной называют нагрузку, направленную в радиальном направлении, то есть от центра к наружному диаметру.

Осевой называют нагрузку, действующую в направлении оси вала.

Основные типы подшипников

Типы и конструктивные исполнения подшипников стандартизованы в ГОСТ 3395-89.

Шарикоподшипники

Телом качения в подшипниках данного типа являются шарики, их контакт в идеальном случае - точечный. Шариковые подшипники более быстроходны, чем роликовые.

Однорядные радиальные шариковые подшипники

Подшипники этого типа предназначены для восприятия нагрузки в радиальном направлении.

За счет размещения шариков в желобе шариковые подшипники способны воспринимать кратковременную осевую нагрузку.

Благодаря точечному контакту между обоймой е телами качения подшипник обладает наименьшим трением и подходит для высоких частот вращения.

Двухрядные радиальные шариковые подшипники

Обладают повышенной грузоподъемностью по сравнению с однорядными подшипниками, но требуют более точной установки.

Двухрядные шариковые сферические подшипники

Самоустанавливающиеся подшипники, применяют в конструкциях где возможны смещения осей подшипников друг относительно друга или в случае отсутсвия возможности обеспечения соосности подшипников.

Обладают меньшей грузоподъемностью по сравнению с несамоустанавливающимися шариковыми подшипниками.

Шариковые радиально-упорные подшипники

Радиально-упорные подшипники предназначены для восприятия как осевых, так и радиальных усилий.

Одиночную установку шарикового радиально-упорного подшипника применяют редко, только в том случае если осевая нагрузка всегда действует только в одном направлении. Обычно шариковые радиально-упорные подшипники устанавливают парно, с затяжкой внутренних или внешних обойм.

Однорядные шариковые упорные подшипники

Предназначены для восприятия осевой нагрузки, действующей в одном направлении. Радиальную нагрузку воспринимать не могут.

Двухрядные шариковые упорные подшипники

Способны воспринимать осевую нагрузку, действующую в обоих направлениях. Частота вращения ограничена величиной центробежных сил, под действием которых шарики могут смещаться за пределы беговых канавок.

Упорно-радиальные шариковые подшипники

Способны воспринимать, как осевые, так и радиальные нагрузки.

Роликоподшипники

Телом качения в подшипниках этого типа являются ролики, поверхности ролика и обоймы контактируют по линии (если считать их абсолютно твердыми). Роликовые подшипники обладают большей грузоподъемностью, чем шариковые.

Радиальные роликовые подшипники

Роликовые подшипники данного типа способны воспринимать высокую нагрузку в радиальном направлении. Их несущая способность в 1,5 - 2 раза выше, чем у шариковых подшипников тех же размеров.

Подшипники с длинными роликами отличаются меньшими габаритами в радиальном направлении и большей несущей способностью.

Подшипники с витыми роликами обладают меньшей несущей способностью, но повышенной упругостью.

Игольчатые подшипники

Особый вид роликовых подшипников с длинными роликами малого диаметра. Игольчатые подшипники предназначения для восприятия очень высоких радиальных нагрузок при небольших частотах вращения.

Двурядные подшипники с бочкообразными роликами

Самоустанавливающиеся роликовые подшипники. Отличаются от шариковых сферических повышенной грузоподъемностью как в радиальном так и в осевом направлении.

Конические радиально упорные подшипники

Конические подшипники используют при высоких радиальных и осевых нагрузках. Угол конуса наружной беговой дорожки составляет 20-30 градусов. Осевое усилие вызывает высокие нагрузки на ролики.

Частота вращения конических подшипников ограничена, они требуют точно установки, для чего могут использоваться регулировочные шайбы, прокладки.

Увеличение угла конуса наружной беговой дорожки позволяет увеличить допускаемую осевую нагрузку.

Упорные подшипники с цилиндрическими роликами

Состоят из колец, роликов и центрирующего сепаратора. Упорные цилиндрические подшипники применяют при низких частотах вращения и высоких нагрузках.

Упорные с коническими роликами

Телом качения являются ролики, вершины которых сходятся на оси подшипника.

Сфероконические упорные

Самоустанавливающиеся подшипники, предназначенные для работы с большими радиальными и осевыми нагрузками. Профили тел качения - бочкообразные.

Обозначение подшипников качения

Рассмотрим обозначения стандартизированных подшипников.

Обозначение подшипников по ГОСТ

Правила обозначения стандартных подшипников качения указаны в ГОСТ 3189-89. Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений .

Обозначение состоит из набора цифр, каждая из которых указывает на ту или иную техническую характеристику.

Для обозначений подшипников с внутренним диаметром до 10 мм используется следующая схема:

Подшипники с внутренним диаметром более 10 мм обозначают следующим образом:

Расшифровку обозначения удобно проводить справа налево.

Первые две цифры справа обозначают внутренний диаметр подшипник. Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм указывается цифра диаметра, разделенная на 5. Для подшипников с диаметром меньше 10 указывается одна цифра , соответствующая внутреннему диаметру.

Для подшипников с внутренним диаметром от 10 до 20 указываются следующие цифры.

Диаметр отверстия подшипника, мм	Обозначение
10	00
12	01
15	02
17	03

Третья цифра для подшипников с диаметром больше 10 указывает на серию диаметров. При внутреннем диаметре меньше 10 третей цифрой указывается 0.

Четвертая цифра обозначает тип подшипника.

• 0 радиальный шариковый однорядный
• 1 радиальный шариковый двурядный сферический
• 2 радиальный с короткими цилиндрическими роликами
• 3 радиальный роликовый двурядный сферический
• 4 роликовый с длинными или игольчатыми роликами
• 5 роликовый свитыми роликами
• 6 радиально-упорный шариковый
• 7 роликовый конический
• 8 упорный шариковый
• 9 упорный роликовый

Пятая и шестая цифра указывает на конструктивные особенности подшипника.

Конструктивные исполнения подшипников указаны в ГОСТ 3395 Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения Седьмая цифра справа обозначают серию по ширине:

• узкие
• нормальные
• широкие
• особо широкие

Нули в левой части обозначения могут опускаться (не указываться).

Примеры обозначения подшипников по ГОСТ

Рассмотрим пример обозначения радиального шарикоподшипника с внутренним диаметром 30 мм, сверхлегкой серии диаметров 9, нормальной серии ширин 1.

• Первые две цифры справа 30/5=06
• Третья цифра - серия диаметров - 9
• Четвертая цифра справа для шарикового радиального однорядного подшипника - 0
• Пятая и шестаяя цифра
• Седьмая цифра справа - серия ширин - 1

Получается, что обозначение данного подшипника - 1000906.

Расшифруем обозначение подшипника 2007108 , расшифровку будем проводить справа налево.

• 08 - цифра указывает на внутренний диаметр подшипника, поделенный на 5, значит диаметр кольца подшипника - 08*5=40мм
• 1 - серия диаметров 1
• 7 - роликовый конический
• 00 - без конструктивных особенностей
• 2 - серия ширин 2

Получается, что обозначение 2007108 имеет роликовый конический подшипник серии диаметров 1, серии ширин 2.

Рассмотрим обозначение подшипника с диаметром меньше 10 - 1000088.

• 8 - диаметр подшипника меньше 10 мм, цифра обозначает внутренний диаметр подшипника 8 мм.
• 8 - серия диаметров 8
• 0 - третья цифра 0, при обозначении подшипников с внутренним диаметром меньше 10
• 00 - без конструктивных особенностей
• 1 - серия ширин 1

Подшипник 107, для расшифровки удобнее записать 0 00 0 107.

• 07 - внутренний диаметр 35
• 1 - серия диаметров 1
• 0 - шариковый радиальный однорядный
• 00 - без конструктивных особенностей
• 0 - серия ширин 0

Обозначение подшипников по ISO/DIN

Обозначение импортных подшипников основано на тех же принципах, что и обознчаение по ГОСТ.

Если расшифровывать обозначение справа налево, первая цифра (или первые две цифры) указывает на внутренний диаметр. Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм указывается цифра диаметра, разделенная на 5.

Для подшипников с диаметром меньше 10 указывается одна цифра, соответствующая внутреннему диаметру. Соответствие цифр диаметрам подшипников от 10 до 20 указано в таблице.

Вторая справа цифра указывает на серию ширин, третья - серия диаметров, четвертая - тип подшипника:

• 0 - шариковые радиально-упорные
• 1 - шариковые сферические
• 2 - роликовые сферические
• 3 - роликовые конические
• 4 - шариковые радиальные двурядные
• 5 - шариковые упорные
• 6 - шариковые радиальные однорядные
• 7 - шариковые радиально-упорные
• 8 - роликовые цилиндрические упорные
• C - роликовые тороидальные
• N - роликовые цилиндрические
• QJ - шариковые с четырехточечным контактом
• T - роликовые конические по ISO 35

После обозначения может указываться суффикс, свидетельствующий о наличии конструктивных особенностей, например:

• Z - наличие защитного кольца с одной стороны
• ZZ - Наличие защитного кольца с двух сторон

Перед базовым обозначением может находится префикс, указывающий на тип и профиль подшипника, например:

• H - высокоскоростной
• HS - сверхскоростной

Достоинства подшипников качения

• Низкое трение, и как следствие меньший нагрев, и более мягкие требования к смазке, по сравнению с подшипниками скольжения
• Малые габариты в осевом направлении
• Возможность работы в широком диапазоне температур
• Стандартизированы, взаимозаменяемы

Недостатки подшипников качения

• Требуются минимальные
• Большие габариты в радиальном направлении
• Шум при работе
• Долговечность резко снижается при увеличении нагрузки

Конструкция подшипника качения известна благодаря его способности обеспечивать свободное качение без повреждения, трения и износа при вращении. В современной механике ему нет аналогов, которые могли бы с большей эффективностью снижать трение и скольжение вращающихся частей.

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.

В 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.

Классификация, виды и типы

Подшипник представляет собой кинематический механизм, задача которого состоит в определении положения подвижных элементов частей конструкции и обеспечение их более эффективного вращения относительно друг друга. Он также обеспечивает опору вращающемуся валу механизма. Параллельно с этим выполняет функцию распределения радиальной и осевой нагрузки, передавая её на корпус всей машины. Благодаря этим свойствам вал фиксируется в нужном положении и одновременно вращается вокруг своей оси.

Классификация подшипников качения имеет следующий перечень:

• Шариковый. Главной особенностью выделяется основной подвижный элемент - шарики. Считается самым распространненым видом, наиболее активно используется в автомобилях, электродвигателях, бытовом инструменте. Благодаря их сферической форме он может вращаться в разные стороны, предназначен на выдерживание радиальной и осевой нагрузки. Но из числа недостатков можно отметить малую площадь соприкосновения, поэтому в автомобиле их применяют в местах с низкой нагрузкой без воздействия ударов и вибраций. Использование шарикоподшипников для большой нагрузки влечёт за собой увеличение диаметра шариков, поэтому размер всего элемента увеличивается.
• Роликовый. Состоит из деталей, представленных в цилиндрической форме. Различные радиальные нагрузки, оказываемые на ролики, равномерно распределяются по широкому пятну соприкосновения. Из-за этого они считаются оптимальным вариантом для использования в тяжёлых условиях. Но из-за цилиндрической формы такой вид не в состоянии обеспечивать большие осевые нагрузки. В узлах с малым диаметром вала применяется роликовый тип и для установки в труднодоступные места.
• Конический. Устройство подшипника состоит из конусных роликов. Применяются они для удерживания высокой радиальной, осевой и ударной нагрузок. Основным местом установки считается ступица колеса машины. Некоторые производители в одном подшипнике устанавливают два ряда конических роликов по зеркальной схеме.

Устройство и составляющие подшипника

Какие бывают подшипники описано выше, но в большинстве своём их объединяет состав элементов , из которых они состоят.:

Определение параметров по маркировке

Государственный стандарт определяет конструктивные параметры и характеристики устройства.

Корпус подшипника может быть с выемкой и без неё. В первом случае применяется на обработанных поверхностях при удерживании радиальной нагрузки. А без выемки устанавливаются в противоположном случае. Корпус бывает разной ширины, для определения типа используют следующие аббревиатуры :

• ШМ - Широкий неразъемный.
• УБ - Узкий неразъемный.
• РШ - Широкий разъёмный.
• РУ - Узкий разъёмный.

При изготовлении этих изделий производителем строго соблюдаются установленные законодательством стандарты. Поэтому производитель вместе со своим изделием предоставляет сопроводительную документацию о нём. Принятая маркировка на территории нашей страны состоит из следующих пунктов :

• Основного обозначения.
• Дополнительных префиксов.

Например, маркировку: 6−18030ПР20П. Основные параметры заложены в шесть цифр. Первоначальная цифра 6 - это класс точности изготовления изделия. А ПР20П можно расшифровать так :

• П - префикс степени шероховатости поверхности.
• Р2О - Тип используемой смазки подвижных частей.
• П - Показатель уровня шума.

Остальной цифровой индекс обозначает :

• Тип подшипника.
• Указатель серии наружного диаметра и ширины.
• Внутренний установочный диаметр.
• Конструктивная особенность конкретной модели.

Класс точности изделия

Этот параметр указывает в основном на сферу применения изделия. Например, в современных автоматизированных станках применяются только изделия с высшим классом точности. В остальных массово применяемых механизмах используются подшипники с более низким уровнем качества при изготовлении. Класс точности может быть следующим:

• Нормальный.
• Сверхвысокий, применяемый индекс - 2.
• Особо высокий - 4.
• Высокий - 5.
• Повышенный - 6.
• Пониженный - от 7 до 8.

Анализируя вышеприведённый пример, можно сделать вывод, что изделие относится к повышенной степени точности.

Применение подшипников

Основное назначение этих устройств - это снижение фактора трения между подвижными элементами механизма. Могут применяться в автомобильной и сельскохозяйственной промышленности и при изготовлении различного производственного и бытового оборудования.

Преимущества и недостатки конструкции

Преимуществами изделий с такой конструкцией прежде всего считается низкий коэффициент трения и малая чувствительность к смазывающим материалам, дешевизна изготовления

Из числа минусов отмечается слабая стойкость к ударным нагрузкам и невозможность эксплуатации в агрессивных средах и при очень высоких оборотах.

ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА И

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ

Лекция 10

ЧЕВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИ

А.М. СИНОТИН

Кафедра технологии и автоматизации производства

Подшипники качения Общие сведения

Подшипник качения представляет собой готовый узел, основным элементом которого является тела качения – шарики или ролики, установленные между кольцами и удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга обоймой, называемой сепаратором (рис. 1).

1- наружное кольцо; 2- внутреннее кольцо; 3 - шарик; 4 - сепаратор.

Рисунок 1 – Шариковый однорядный радиальный подшипник

В процессе работы тела качения перекатываются по беговым дорожкам колец, одно из которых в большинстве случаев неподвижно. Распределение нагрузки между несущими телами качения неравномерно (рис. 2) и зависит от величины радиального зазора в подшипнике и от точности геометрической формы его деталей.

Рисунок 2 – Схема распределения нагрузки между телами качения в подшипнике

Рисунок 3 – Блок зубчатых колец на игольчатых подшипниках без колец

В отдельных случаях для уменьшения радиальных размеров подшипника кольца отсутствуют (рис.3) и тела качения перекатываются непосредственно по цапфе и корпусу. Подшипники качения стандартизованы и изготовляются в массовом производстве специализированными заводами.

Достоинства:

сравнительно малая себестоимость вследствие массового производства подшипников;

малые потери на трение и незначительный нагрев. Потери на трение при пуске и установившемся режиме работы практически одинаковы;

высокая степень взаимозаменяемости, что обеспечивает монтаж и ремонт машин, приборов;

более высокая точность вращения;

малый износ;

менее чувствительны к изменению температуры окружающей среды;

хорошо работают при отсутствии смазки и обладают высокой стабильностью момента трения;

малый расход смазки;

не требуют особого внимания и ухода;

Недостатки:

увеличение веса и габаритных размеров конструкции;

необходимость дополнительных деталей для крепления их в корпусе и на валу;

специфический шум от перекатывания шариков (особенно при больших скоростях);

высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие большой жесткости конструкции подшипника;

малонадежны в высокоскоростных приводах из-за чрезмерного нагрева и опасности разрушения сепаратора от действия центробежных сил;

сравнительно большие радиальные размеры;

Применение

Во всех отраслях машиностроения широко применяются опоры с применением подшипников качения. Полиграфическое оборудование не является исключением. Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. При этом коэффициент трения снижается до 0,0015 – 0,006 * .

Основные типы подшипников качения

На рис. 4 изображены основные типы подшипников качения. По форме тел качения они разделяются на шариковые и роликовые (цилиндрические, конические, витые, игольчатые и т.д.), по направлению воспринимаемой нагрузки – на радиальные, упорные и радиально-упорные.

1– шариковый радиальный; 2 – шариковый сферический (самоустанавливающийся); 3 - шариковый радиально-упорный; 4- роликовый радиальный; 5 - роликовый радиально-упорный (конический); 6 - роликовый сферический (самоустанавливающийся); 7 - игольчатый радиальный; 8 - шариковый упорный (простой и самоустанавливающийся)

Рисунок 4 – Основные типы подшипников качения

Радиальные шариковые подшипники – наиболее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до ¼ и ½°) и могут воспринимать осевые нагрузки в пределах 70% от неиспользованной радиальной. Эти подшипники наиболее распространены в опорах полиграфического оборудования.

Радиальные роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые (в среднем на 70-90%). Однако они совершенно не воспринимают осевые нагрузки и не допускают перекоса вала. При перекосе вала ролики начинают работать кромками и подшипник быстро разрушается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми и роликовыми подшипниками.

Самоустанавливающиеся шариковые и роликовые подшипники применяются в тех случаях, когда ожидается значительный перекос вала (до 2-3°). Они имеют сферическую поверхность наружного кольца, а роликам придается бочкообразная форма. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки – до 20% от неиспользованной радиальной.

Применение игольчатых подшипников позволяет уменьшить габариты (по диаметру) при значительных перегрузках.

Большое влияние на работоспособность подшипника оказывает качество сепаратора. Сепараторы разделяют и направляют тела качения. В подшипниках без сепаратора тела качения набегают друг на друга. При этом, кроме трения качения, возникают трение скольжения, увеличиваются потери и износ подшипника. Установка сепаратора значительно уменьшает потери на трение, т.к. сепаратор является свободно плавающим и вращающимся элементом.

Подшипник – изделие, являющееся частью опоры или упора, которое поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жёсткостью. Фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции. [ , ]

Силы, нагружающие подшипник , подразделяют на:

• радиальную, действующую в направлении, перпендикулярном оси подшипника;
• осевую, действующую в направлении, параллельном оси подшипника.

Опора с упорным подшипником называется подпятником .

Подшипник скольжения – опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей.

Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент – 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.

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения 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 и обеспечивает :

• низкое трение;
• разделение подвижных частей;
• теплоотвод;
• защиту от вредного воздействия окружающей среды.

Смазка бывает :

• жидкой (минеральные и синтетические масла, вода для неметаллических подшипников);
• пластичной (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната и др.);
• твёрдой (графит, дисульфид молибдена и др.);
• 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.

Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз, полимерных материалов, керамики, твёрдых пород дерева (железное дерево).

Подшипники скольжения разделяют :

• в зависимости от формы подшипникового отверстия:
  • одно- или многоповерхностные;
  • со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения);
  • со смещением или без смещения центра (для конечной установки валов после монтажа);
• по направлению восприятия нагрузки:
  • радиальные;
  • осевые (упорные, подпятники);
  • радиально-упорные;
• по конструкции:
  • неразъёмные (втулочные);
  • разъёмные (состоящие из корпуса и крышки);
  • встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
• по количеству масляных клапанов:
  • с одним клапаном;
  • с несколькими клапанами;
• по возможности регулирования:
  • нерегулируемые;
  • регулируемые.

Классы подшипников скольжения приведены в .

Таблица 1 – Классы подшипников скольжения

Группа	Класс	Способ смазки	Вид трения	Коэффициент трения	Назначение	Область применения
I (несовершенная смазка)	1	малое количество, подача непостоянная	граничное	0,1-0,3	малые скорости скольжения и небольшие удельные давления	опорные ролики транспортеров, ходовые колёса мостовых кранов
	2	обычно непрерывная	полужидкостное	0,02-0,10	кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки	линейные и формовочные машины, кузнечно-прессовое оборудование, прокатные станы, грузоподъёмные машины
	3	масляная ванна или кольца		0,001-0,020	мало меняющиеся по величине и направлению усилия, большие и средние нагрузки	буксы вагонов, тяжёлые станки, мощные электрические машины, тяжёлые редукторы, текстильные машины
		под давлением			газовые двигатели, тихоходные и судовые двигатели
II	4	кольца, комбинированный или под давлением	жидкостное	0,0005-0,0050	малые окружные скорости валов, особо тяжёлые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках	электрические машины средней и малой мощности, лёгкие и средние редукторы, центробежные насосы и компрессоры, прокатные станы
	5	под давлением		0,005-0,050	слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения	паровые котлы, водяные турбины, газовые турбины, осевые вентиляторы, турбокомпрессоры

Достоинства подшипников скольжения :

• надёжность в высокоскоростных приводах;
• способность воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки;
• сравнительно малые радиальные размеры;
• допускают установку разъёмных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте;
• простая конструкция в тихоходных машинах;
• возможность работы в воде;
• допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала;
• экономичны при больших диаметрах валов.

Недостатки подшипников скольжения :

• в процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой;
• сравнительно большие осевые размеры;
• большие потери на трение при пуске и при несовершенной смазке;
• большой расход смазочного материала;
• высокие требования к температуре и чистоте смазки;
• пониженный КПД;
• неравномерный износ подшипника и цапфы;
• применение более дорогих материалов;
• повышенный шум.

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 жёсткости применяют так называемые совмещённые опоры: дорожки качения при этом выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

Имеются подшипники качения, изготовленные без сепаратора, которые имеют большое число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно 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.

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

Примеры подшипников различных типов представлены на .

Основные типы подшипников

По принципу работы все подшипники можно разделить на несколько типов:

• подшипники качения;
• подшипники скольжения;
• газодинамические подшипники;
• гидростатические подшипники;
• гидродинамические подшипники;
• магнитные подшипники.

Основные типы, которые применяются в машиностроении - это подшипники качения и подшипники скольжения .

Подшипники качения

Устройство однорядного радиального шарикоподшипника:
1) внешнее кольцо; 2) шарик (тело качения); 3) сепаратор; 4) дорожка качения; 5) внутреннее кольцо.

Подшипники качения различных размеров и конструкций

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 жёсткости применяют так называемые совмещённые 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 грузоподъёмность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

В подшипниках качения возникает преимущественно 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.

Классификация

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

Механика

Подшипник представляет собой по существу планетарный механизм , в котором водилом является сепаратор, функции центральных колес выполняют внутреннее и наружное кольца, а тела качения заменяют сателлиты.

Частота вращения сепаратора или частота вращения шариков вокруг оси подшипника

где n 1 - частота вращения внутреннего кольца радиального шарикоподшипника,
D ω - диаметр шарика,
d m = 0,5(D+d) - диаметр окружности осей шариков.

Частота вращения шарика относительно сепаратора

Частота вращения сепаратора при вращении наружного кольца

где n 3 - частота вращения внешнего кольца радиального шарикоподшипника.

Для радиально-упорного подшипника

Из приведенных выше соотношений следует, что при вращении внутреннего кольца сепаратор вращается в ту же сторону. Частота вращения сепаратора зависит от диаметра D ω шариков при неизменном d m: она возрастает при уменьшении D ω и уменьшается при увеличении D ω .

В связи с этим разноразмерность шариков в комплекте подшипника является причиной повышенного износа и выхода из строя сепаратора и подшипника в целом.

При вращении тел качения вокруг оси подшипника на каждое из них действует нагружающая дополнительно дорожку качения наружного кольца центробежная сила

где m - масса тела качения,
ω с - угловая скорость сепаратора.

Центробежные силы вызывают перегрузку подшипника при работе на повышенной частоте вращения , повышенное тепловыделение (перегрев подшипника) и ускоренное изнашивание сепаратора. Всё это сокращает срок службы подшипника.

В упорном подшипнике, кроме центробежных сил, на шарики действует обусловленный изменением направления оси вращения шариков в пространстве гироскопический момент

Гироскопический момент будет действовать на шарики и во вращающемся радиально-упорном шарикоподшипнике при действии осевой нагрузки

где - полярный момент инерции массы шарика;
ρ - плотность материала шарика;
ω sp и ω с - соответственно угловая скорость шарика при вращении вокруг своей оси и вокруг оси вала (угловая скорость сепаратора).

Под действием гироскопического момента каждый шарик получает дополнительное вращение вокруг оси, перпендикулярной плоскости, образованной векторами угловых скоростей шарика и сепаратора. Такое вращение сопровождается изнашиванием поверхностей качения, и для предотвращения вращения подшипник следует нагружать такой осевой силой, чтобы соблюдать условие , где T f - момент сил трения от осевой нагрузки на площадках контакта шариков с кольцами.

Условное обозначение подшипников качения в России

Подшипники с российской маркировкой на выставке.

Чашечные подшипники, шарикоподшипники специального назначения и шарикоподшипниковые узлы.

Маркировка подшипников состоит из условного обозначения и стандартизована в соответствии ГОСТ 3189-89 и условного обозначения завода-изготовителя.

Основное условное обозначение подшипника состоит из семи цифр основного условного обозначения (при нулевых значениях этих признаков оно сокращается до 2 знаков) и дополнительного обозначения, которое располагается слева и справа от основного. При этом дополнительное обозначение, расположенное слева от основного, всегда отделено знаком тире (-), а дополнительное обозначение, расположенное справа всегда начинается с какой-либо буквы. Чтение знаков основного и дополнительного обозначения производится справа налево.

Схема 1 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия до 10 мм, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь.

X	XX	X	0	X	X
6	5	4	3	2	1

1. диаметр отверстия, один знак;
2. серия диаметров, один знак;
3. знак ноль;
4. тип подшипника, один знак;

Схема 2 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия от 10 мм и выше, кроме подшипников с диаметрами отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаемые через дробь.

X	XX	X	X	XX
5	4	3	2	1

1. диаметр отверстия, два знака;
2. серия диаметров, один знак;
3. тип подшипника, один знак;
4. конструктивное исполнение, два знака;
5. размерная серия (серия ширин или высот), один знак.

Знаки условного обозначения:

• материал деталей;
• конструктивные изменения;
• температура отпуска;
• смазочный материал;
• требования к уровню вибрации.

Обозначение диаметра отверстия

Знак обозначающий диаметр отверстия схемы 1 с диаметром отверстия до 10 мм должен быть равен номинальному диаметру отверстия, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и 2,5 мм, которые обозначаются через дробь. Если диаметр отверстия подшипника - дробное число, кроме величин перечисленных ранее, то он имеет обозначение диаметра отверстия округлённого до целого числа, в этом случае в его условном обозначении на втором месте должна стоять цифра 5. Двухрядные сферические радиальные подшипники с диаметром отверстия до 9 мм сохраняют условное обозначение по ГОСТ 5720 .

Два знака обозначающие диаметр отверстия схемы 2 с диаметром отверстия от 10 мм до 500 мм если диаметр кратен 5, обозначаются частным от деления значения диаметра на 5.

Обозначение подшипников с диаметром отверстия 10, 12, 15 и 17 как 00, 01, 02, 03 соответственно. Если диаметр отверстия в диапазоне от 10 до 19 мм отличается от 10, 12, 15 и 17 мм, то ему присваивается обозначение ближайшего из указанных диаметров, при этом на третьем месте основного обозначения ставится цифра 9.

Диаметры отверстий 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь (например: 602/32 (д=32мм)

Диаметры отверстия, равные дробному или целому числу, но не кратное 5, обозначаются целым приближенным частным от деления значения диаметра на 5. В основное условное обозначение таких подшипников на третьем месте ставится цифра 9.

Подшипники имеющие диаметр отверстия 500 мм и более, внутренний диаметр обозначается как номинальный диаметр отверстия.

Обозначение размерных серий

Размерная серия подшипника - сочетание серий диаметров и ширин (высот), определяющее габаритные размеры подшипника. Для подшипников установлены следующие серии (ГОСТ 3478 ):

• диаметров 0, 8, 9, 1, 7, 2, 3, 4, 5;
• ширин и высот 7, 8, 9, 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6.

Перечень серий диаметров указан в порядке увеличения размера наружного диаметра подшипника при одинаковом внутреннем диаметре. Перечень серий ширин или высот указан в порядке увеличения размера ширины или высоты.

Серия 0 в обозначении не указывается.

Нестандартные подшипники по внутреннему диаметру или ширине (высоте) имеют обозначение серии диаметра 6, 7или 8. Серия ширин (высот) в этом случае не проставляется.

Обозначение типов подшипников

Типы подшипников обозначаются согласно таблице 1 .

Таблица 1

Обозначение типов подшипников.

Тип подшипника	Обозначение
Шариковый радиальный	0
Шариковый радиальный сферический	1
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами	2
Роликовый радиальный сферический	3
Роликовый игольчатый или с длинными цилиндрическими роликами	4
Радиальный роликовый с витыми роликами	5
Радиально-упорный шариковый	6
Роликовый конический	7
Упорный или упорно-радиальный шариковый	8
Упорный или упорно-радиальный роликовый	9

Обозначение конструктивного исполнения

Конструктивные исполнения для каждого типа подшипников, согласно ГОСТ 3395 , обозначают цифрами от 00 до 99.

Знаки дополнительного обозначения

Слева от основного обозначения ставят знаки:

• класс точности по ГОСТ 520-89 в порядке повышения точности:

0, 6, 5, 4, 2, Т - для шариковых и роликовых радиальных и шариковых радиально-упорных подшипников;
0, 6, 5, 4, 2 - для упорных и упорно-радиальных подшипников;
0, 6Х, 6, 5, 4, 2 - для роликовых конических подшипников.
Установлены также дополнительные классы точности 8 и 7 - ниже класса точности 0, изготовляются по заказу потребителей для применения в неответственных узлах.

• группа радиального зазора по ГОСТ 24810-81 (1, 2…9; для радиально-упорных шариковых подшипников обозначают степень преднатяга 1, 2, 3);
• момент трения (1, 2…9);
• категорию подшипников (А, В, С).

Справа от основного обозначения ставят знаки:

• материал деталей подшипников (например, Е - сепаратор из пластических материалов, Ю - детали подшипников из нержавеющей стали , Я - подшипники из редко применяемых материалов (твёрдые сплавы , стекло , керамика и т. д.), W - детали подшипников из вакуумированной стали, А - обозначение подшипника повышенной грузоподъёмности, Х,Х1 - кольца и тела качения или только кольца (в том числе одно кольцо) из цементируемой стали, Р,Р1 - детали подшипников из теплостойких (быстрорежущих сталей), Г,Г1 - сепаратор из чёрных металлов , Б,Б1 - сепаратор из безоловянистой бронзы , Д,Д1 - сепаратор алюминиевого сплава , Н,Н1 - кольца и тела качения или только кольца (в том числе одно кольцо) из модифицированной жаропрочной стали (кроме подшипников радиальных роликовых сферических двухрядных), Э,Э1 - детали подшипника из стали марки ШХ со спецприсадками (ванадий , кобальт и др.).
• конструктивные изменения (например, К - конструктивные изменения деталей подшипников, М - роликовые подшипники с модифицированным контактом);
• требования к температуре отпуска (Т, Т1, Т2, Т3, Т4, Т5);
• смазочный материал закладываемый в подшипники закрытого типа при их изготовлении (например, С1, С2, С3 и т. д.);
• требования по уровню вибрации (например, Ш1, Ш2, ШЗ и т. д.).

Подшипники скольжения

Коренной подшипник скольжения, коленвала двигателя с заливкой баббитом.

Подшипник скольжения - опора или направляющая механизма или машины, в которой трение происходит при скольжении сопряжённых поверхностей. Радиальный подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется рабочий элемент - 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 скольжения 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 и 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.

Антифрикционные материалы подшипников изготавливают из твёрдых сплавов (карбид вольфрама или карбид хрома методом порошковой металлургии либо высокоскоростным газопламенным напылением), баббитов и бронз , полимерных материалов , керамики , твёрдых пород дерева (железное дерево).

Классификация

В основу классификации положен анализ режимов работы подшипников по диаграмме Герси-Штрибека .

Подшипники скольжения разделяют:

• в зависимости от формы подшипникового отверстия
  • одно- или многоповерхностные,
  • со смещением поверхностей (по направлению вращения) или без (для сохранения возможности обратного вращения),
  • со/без смещением центра (для конечной установки валов после монтажа);
• по направлению восприятия нагрузки
  • радиальные
  • осевые (упорные, подпятники),
  • радиально-упорные;
• по конструкции
  • неразъемные (втулочные; в основном для I-1),
  • разъемные (состоящие из корпуса и крышки; в основном для всех, кроме I-1),
  • встроенные (рамовые, составляющие одно целое с картером, рамой или станиной машины);
• по количеству масляных клапанов
  • с одним клапаном,
  • с несколькими клапанами;
• по возможности регулирования
  • нерегулируемые,
  • регулируемые.

Ниже представлена таблица групп и классов подшипников скольжения (примеры обозначения: I-1, II-5) .

Группа	Класс	Способ смазки	Вид трения	Примерный коэффициент трения	Назначение	Область применения
I (несовершенная смазка)	1	Малое количество, подача непостоянная	Граничное	0,1…0,3	Малые скорости скольжения и небольшие удельные давления	Опорные ролики транспортеров , ходовых колес мостовых кранов
	2	Обычно непрерывная	Полужидкостное	0,02…0,1	Кратковременный режим с постоянным или переменным направлением вращения вала, малые скорости и большие удельные нагрузки	Линейные и формовочные машины Кузнечно-прессовое оборудование Грузоподъемные машины
	3	Масляная ванна или кольца		0,001…0,02	Мало меняющиеся по величине и направлению усилия большие и средние нагрузки	Тяжелые станки Мощные электрические машины Тяжелые редукторы Текстильные машины
		Под давлением			Газовые двигатели Тихоходные и судовые двигатели
II	4	Кольца, комбинированный или под давлением	Жидкостное	0,0005…0,005	Малые окружные скорости валов, особо тяжелые условия работы при переменных по величине и направлению нагрузках	Электрические машины средней и малой мощности Легкие и средние редукторы Центробежные насосы и компрессоры
	5	Под давлением		0,005…0,05	Слабонагруженные опоры с большими скоростями скольжения	Водяные турбины Осевые вентиляторы

Достоинства

• Надежность в высокоскоростных приводах
• Способны воспринимать значительные ударные и вибрационные нагрузки
• Бесшумность
• Сравнительно малые радиальные размеры
• Допускают установку разъемных подшипников на шейки коленчатых валов и не требуют демонтажа других деталей при ремонте
• Простая конструкция в тихоходных машинах
• Позволяют работать в воде
• Допускают регулирование зазора и обеспечивают точную установку геометрической оси вала
• Экономичны при больших диаметрах валов

Недостатки

• В процессе работы требуют постоянного надзора за смазкой
• Сравнительно большие осевые размеры
• Большие потери на трение при пуске и несовершенной смазке
• Большой расход смазочного материала
• Высокие требования к температуре и чистоте смазки
• Пониженный коэффициент полезного действия
• Неравномерный износ подшипника и цапфы
• Применение более дорогих материалов

Примеры

Радиально-упорный шариковый подшипник



Радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом

Самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник



Радиальный шариковый подшипник для корпусных узлов

Радиальный роликовый подшипник



Радиально-упорный роликовый подшипник (конический)

Самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник