Материал: 12 ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ

99

Подшипники качения (ПК). (2014)

1. Общие сведения

ПК- это опора вала или вращающейся оси, имеющая в наличии между валом и корпусом группу одинаковых круглых тел качения.

Шарикоподшипник был изобретен Леонардо да Винчи в 1520 год, более чем за 400 лет до его широкого применения. Изготовление подшипников качения в заводских условиях было начато в 1883 в Германии. Сейчас выпускаются ПК с внутренними диаметрами от долей мм до 1345 мм и массой от долей грамма до 4т. Главной причиной широкого применения подшипников качения является существенно меньшее cопротивление движению (при не высоких частотах вращения) чем у подшипников скольжения (ПС). Коэффициент трения у ПК 0,001...0,002 (у ПС 0,01...0,1).

Преимущества ПК (по сравнению с ПС):

1. Меньшее трение и нагрев;

2. Работоспособность в широком диапазоне температур и давлений;

3. Меньшие осевые габариты;

4. Высокий уровень стандартизации;

5. Дешевле (т.к. изделия массового производства);

6. Проще и дешевле в обслуживании;

7. Экономия смазки и дорогих антифрикционных материалов.

Отмеченные основные качества ПК обеспечили им широкое распространение. Производство ПК ведущими промышленными странами исчисляется сотнями миллионов штук в год.

Недостатки ПК(по сравнению с ПС):

1. Обладают большими диаметральными размерами;

2. Не имеют диаметрального разъема;

3. Хуже воспринимают ударные нагрузки вследствие точечного или линейного контакта;

4. Более шумные;

5. Ограничение по частоте вращения, связанную с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и пр.);

6. Хуже работают в агрессивных средах.

2. Конструкция пк

Телами качения в подшипнике могут быть шарики (в этом случае осуществляется их точечный контакт с наружным и внутренним кольцами) или ролики – цилиндрические или конические (при этом зона контакта представляет собой линию). Сепараторы разделяют и направляют тела качения. В ПК без сепаратора тела качения набегают друг на друга. Установка сепаратора значительно уменьшает потери на трение, так как сепаратор является свободно плавающим и вращающимся элементом.

Основные виды тел качения:

3. Классификация пк

3.1. По виду воспринимаемой нагрузки

По воспринимаемым силам все подшипники делятся на четыре группы. Вычислив радиальную F_r и осевую F_a реакции опор вала, конструктор может выбрать:

3.2. По форме тел качения и числу их рядов пк разделяются на типы

Некоторые виды специальных подшипников.

Тип 168- упорно-радиальный шариковый однорядный ПК.

Подшипники с разъемными кольцами для восприятия повышенных осевых и радиально-осевых сил. Разъем позволяет увеличить число шариков и углубить беговые дорожки. Применяются только при наличии осевых сил, иначе будет контакт в трех точках, что приведёт к повышенному скольжению. Угол α=20 ^о...30 ^о.

Подшипники со встроенными уплотнениями, которые защищают рабочую зону от частиц внешней среды или от избыточной смазки. Такие подшипники работают с одноразовой смазкой.

Радиальные роликовые подшипники благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки (на 70…90 %), чем шариковые. Однако они плохо работают при перекосах вала и менее быстроходны. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с бочкообразными роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается.

3.3. По нагрузочной способности

(или по габаритам) подшипники разделяют на размерные серии.

При одинаковых диаметрах d отверстия внутреннего кольца (рис.) ПК разных серий отличаются размерами В и D, а также нагрузочной способностью и быстроходностью. Стандартом предусматривается:

семь серий диаметров: пять серий ширин:

-сверхлегкая (2 серии), - особоузкая,

-особолегкая (2 серии), - узкая,

-легкая, - нормальная,

-средняя, - широкая

-тяжелая - особоширокая.

При переходе от лёгкой серии к более тяжёлой возрастает грузоподъёмность ПК, а предельная быстроходность снижается. ПК тяжёлых серий применяют в тихоходных тяжелонагруженных опорах.

3.4. По степени точности.

Согласно ГОСТ 520 - 89 установлены следующие основные классы точности

в порядке повышения:

0, 6, 5, 4, 2, Т - для шариковых радиальных и радиально-упорных, а также роликовых радиальных;

0, 6, 5, 4, 2 - для упорных и упорно-радиальных;

0, 6Х, 6, 5, 4, 2 - для роликовых конических.

Следует отметить, что с повышением точности подшипника возрастает его стоимость.

4. Условные обозначения пк:

Система основных условных обозначений подшипников регламентирована ГОСТ 3189–75

Обозначения точности подшипников нормального класса (“нулевого”) слева от основного обозначения не ставятся за исключением подшипников, у которых нормирован радиальный зазор.

Примеры обозначений ПК:

№ 206- подшипник класса 0, типа 0, лёгкой серии (2), диаметр отверстия внутреннего кольца

6 х 5 = 30 мм.

№ 6-3508 - подшипник 6-го класса точности, типа 3, лёгкой широкой серии (5), с диаметром

d = 8 х 5 = 40 мм.

5. Материалы пк:

Все подшипники качения изготовляют из высокопрочных подшипниковых сталей с термической обработкой, обеспечивающей высокую твердость.

• Кольца и тела качения: изготовляют в основном из высокоуглеродистых (1,0...1,2% С), хромистых или цементуемых сталей: ШХ6; ШХ9; ШХ15; ШХ15СГ; 18ХГТ; 12ХН3А; 12Х2Н4А; 20А2Н4А. Твёрдость колец и роликов обычно HRC 60...65, а у шариков немного больше – HRC 62...66, поскольку площадка контактного давления у шарика меньше.

• СЕПАРАТОРЫ: Для штампованных сепараторов применяют стальную холоднокатанную ленту и тонколистовую качественную углеродистую конструкционную сталь. При повышенных окружных скоростях (более 10... 15 м/с) применяют массивные сепараторы из латуни, бронзы, дюралюминия или пластмассы.

6. Потери в ПК.

Источниками потерь в ПК являются:

• трение качения шариков (роликов) по беговым дорожкам колец;

• скольжение тел качения относительно беговых дорожек колец из-за протяжённости пятна контакта и перекосов колец под нагрузкой;

• трение скольжения тел качения о сепаратор;

• трение скольжения сепаратора о кольца, если сепаратор центрируется по ним;

• выдавливание и вязкий сдвиг смазочного материала в зонах контакта;

• завихрение и разбрызгивание смазочного материала.

В роликовых ПК дополнительные потери вызывает трение торцев роликов о направляющие бурты; в радиально-упорных и упорных шарикоподшипниках - верчение шариков под действием гироскопических моментов; в ПК со встроенными уплотнениями - трение уплотнений о кольца. В значительной степени потери на трение зависят от точности изготовления ПК.

Коэффициент трения в ПК определяют экспериментально f= F_тр∕F=2000T_тр∕Fd

где Т_тр- момент трения, Н^.м (определяется в эксперименте);

d - диаметр цапфы вала, мм; F - действующая на подшипник внешняя сила;

F_тр -окружная сила трения, условно отнесённая к диаметру d.

Коэффициент трения зависит от размеров ПК, окружной скорости, рабочей температуры, точности изготовления, свойств смазочного материала, способа смазывания, направления воспринимаемых сил, способа и качества монтажа.

Для стандартных ПК при рабочей температуре 50...80 ⁰С и смазывании машинными маслами f приведён в таблице. В этих подшипниках качение роликов сопровождается проскальзыванием по беговым дорожкам.