Как устроен подшипник качения
Уникальное техническое изобретение – подшипник, широко используется в самых разнообразных сферах деятельности людей. Благодаря использованию детали вращательные и колебательные движения разных узлов, агрегатов, систем машин и механизмов осуществляются с минимальными потерями энергии, снижением сопротивления трению, а также повышением комфорта эксплуатации.
Для решения тех или иных конструктивных задач инженеры разработали подшипники разной формы и конструкции, а производители организовали изготовление в широком ассортименте размеров.
Основные части подшипников
Несмотря на широкий модельный ряд и многообразие конструкций, практически у всех типов подшипников имеется стандартный набор сборных элементов. Из чего состоит подшипник? Любое готовое изделие использует следующие компоненты:
Тела качения
Если рассматривать подшипник с точки зрения его предназначения, то определенно, внутри подшипника качения должны находиться какие-то элементы качения. В зависимости от типа и предназначения запчасти в качестве таких тех могут выступать или шарики, или ролики.
Шарики
Если используются шарики, то такие подшипники (из-за небольшой площади поверхности соприкосновения тела качения с внутренним кольцом) способны выдерживать относительно невысокую нагрузку. Фактически, передача нагрузки осуществляется через точку. У роликового подшипника нагрузка передается через линию – соответственно, несущая способность увеличивается в разы!
Шарики (металлические, керамические или из других инновационных материалов) – это достаточно распространенный и стандартный вариант тел качения. Они имеют круглую форму, устанавливаются в один или 2 ряда и обеспечивают надежную продолжительную работу изделия.
Ролики
Ролики же применяются самые разнообразные. Они могут быть:
- цилиндрической формы (короткие или длинные);
- игольчатыми;
- коническими или сферическими.
Принять присваивать название подшипнику такое, какой формы ролики установлены внутри детали.
Обойма
Конструктивно изделие представляет собой высокопрочное стальное кольцо с тщательно обработанными поверхностями. У подшипников, изготавливаемых из высокопрочных сплавов, как правило, имеется внутреннее и внешнее кольца, с которыми непосредственно контактируют шарики или ролики. Некоторые модели не имеют наружной обоймы: ее функцию выполняет деталь механизма, в которую вставляется подшипник.
К точности изготовления обойм предъявляются достаточно жесткие требования, ведь именно здесь размещаются дорожки качения, обеспечивающие точность прохождения шариков по заданной траектории, без перекосов.
Сепаратор
Является одним из основных элементов шарикового или роликового подшипника. Эта деталь предназначена для удержания тел качения в заданном положении и недопущения их соприкосновения между собой. В процессе эксплуатации подшипника на сепараторы не воздействует высокая механическая или статичная нагрузки. Тем не менее, деталь подвергается определенному внешнему давлению, что может привести к истиранию, деформации и пр. Для изготовления сепараторов может использоваться не только сталь (нержавеющая), но и более легкая латунь, различные полимерные составы.
Типы шариковых подшипников: основные технические характеристики, принцип работы
Все шарикоподшипники относятся к категории подшипников качения, и здесь в качестве тел качения используются специальные стальные шарики. Такие изделия получили наибольшее распространение на практике за счет простоты и надежности конструкции, относительно невысокой стоимости, а также способности эффективно воспринимать радиальные (и даже незначительные осевые) нагрузки, обеспечивая эффективное вращение валов, колес и пр.
По сравнению с подшипниками скольжения у подшипников качения специалисты выделяют ряд характерных особенностей:
- Низкий начальный момент вращения,
- несущественная разница по отношению к крутящему моменту,
- небольшое трение;
- Универсальность применения за счет соответствия отечественных ТУ и ГОСТ международным стандартам;
- Простота и доступность содержания, обслуживания и замены узла, простота и надежность конструкции;
- Возможность применения в широком температурном диапазоне.
Как показывает практика применения, у каждого типа шарикоподшипников есть свои уникальные преимущества. Так, например, шариковый радиальный подшипник специально разработан, чтобы обеспечивать восприятие нагрузок, поступающих на узел под прямым углом к оси вращения. Радиально-упорный шарикоподшипник незаменим в механизмах, где преобладают комбинированные нагрузки, направленные к оси под разными углами. Если же необходимо обеспечить устойчивую передачу вращательного момента при осевых нагрузках, идущих по оси вращения, то лучшим решением будет установка упорных подшипников.
Сфера применения шариковых (равно, как и игольчатых) подшипников распространяется на конструкции и устройства с небольшими механическими нагрузками. Наибольшее распространение такие детали получили в следующих отраслях промышленного производства:
- Машиностроение;
- Станкостроение;
- Пищевая промышленность;
- Медицина, фармацевтика;
- Автомобилестроение;
- Цветная металлургия.
Основные виды роликовых подшипников
Основное отличие данной категории – применение в качестве тел качения специальных цилиндрических тел. Именно эти ролики, расположенные между дорожками качения, выдерживают основную нагрузку.
Подшипники с цилиндрическими роликами считаются самыми простыми и наиболее распространенными изделиями. Они способны справляться с большими радиальными нагрузками и легко выдерживают достаточно высокие скорости вращения. К важным отличительным особенностям категории подшипников следует отнести отличную жесткость, превосходную передачу осевой нагрузки, а также внушительным эксплуатационным ресурсом при минимальном коэффициенте трения. Изготавливаются одно-, двух- и четырехрядными.
Подшипники со сферическими роликами незаменимы, если в процессе эксплуатации конструкция подвергается воздействию больших осевых и радиальных нагрузок. Если вал способен к перекосу, решить проблему его эффективной работы можно только с помощью установки таких подшипников, конструкция которых максимально приближена к самоустанавливающимся типам изделий.
Радиальные и упорные самоустанавливающиеся подшипники значительно лучше переносят комбинированные нагрузки, что и обусловило повышенный спрос на надежные детали в таких энергоемких отраслях промышленного производства, как машиностроение, станкостроении, металлургии.
Важная отличительная особенность сферических роликоподшипников – высокая грузоподъемность, а также способность справляться с перекосами между валом и корпусом агрегата, обеспечивая эффективную работу в течение длительного периода времени. Да и затраты на техническое обслуживание и ремонт существенно снижаются.
Конические роликовые подшипники в качестве несущего элемента используют секции конусов. Здесь ролики входят между дорожками, которые одновременно являются секциями полого корпуса.
Конструкция конических роликоподшипников выполнена таким образом, чтобы обеспечить высокую эффективность и надежность работы узла, подвергающегося не только высоким радиальным, но и еще более существенным осевым нагрузкам.
Есть разные варианты изготовления конических роликовых подшипников: одно- и двухрядные, со сдвоенным наружным или внутренним кольцом и т.п. Преимущественная сфера применения таких деталей – крупногабаритные двигатели, силовые машины, механизмы редукционного типа, осевые буксы и пр.
Подведем итог
Важно понимать, что для каждого узла и агрегата может потребоваться подбор особого типа подшипника. Учитывать необходимо множество факторов: от температурного режима эксплуатации, до величин осевых и (или) радиальных нагрузок. Знание особенностей устройства подшипников поможет сделать правильный выбор!
