Международная организация по стандартизации разработала общие требования к основным размерам:
- Метрических радиальных подшипников качения - стандарт ISO 15:1998 (за исключением конических роликоподшипников);
- Метрических радиальных конических роликоподшипников - стандарт ISO 355:1977;
- Метрических упорных роликоподшипников - стандарт ISO 104:2002;
- Для иных серий применяется "европейская" система обозначений.
Обозначение типов подшипников
Идентификационный код подшипника составлен из ряда букв и цифр, имеющих определенное значение, и разделен на три составные части, начиная слева направо:
- Первая часть - конструктивное исполнение подшипника;
- Вторая часть - размерная серия подшипника;
- Третья часть - диаметр отверстия подшипника.
Первая часть условного обозначения отображает конструктивную форму. Данная часть всегда указана в цифровой форме, за исключением цилиндрических роликоподшипников и шарикоподшипников со съемным кольцом.
Вторая часть условного обозначения отображает тип подшипника:
0 Радиально-упорные шарикоподшипники
1 Самоустанавливающиеся шарикоподшипники
2 Сферические роликоподшипники, сферические упорные роликоподшипники
3 Конические роликоподшипники
4 Двухрядные радиальные шарикоподшипники
5 Упорные шарикоподшипники
6 Однорядные радиальные шарикоподшипники
7 Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники
8 Упорные цилиндрические роликоподшипники
N Цилиндрические роликоподшипники (за буквой “N” могут следовать еще одна или две буквы, указывающие на конструкцию упорных бортиков цилиндрических роликоподшипников, например, NJ, NU, NUP)
QJ Шарикоподшипники с четырехточечным контактом
Вторая часть условного обозначения отображает размерную серию подшипника: могут определяться и иные размеры подшипника, точнее наружный диаметр и ширина, в соответствии с диаметром отверстия. При одинаковом отверстии и наружном диаметре, подшипник может иметь разную ширину. Поэтому можно условно разделить комбинацию на серию диаметров и серию ширины.
Серия диаметров так же, как и серия ширины, обозначаются целыми числами; оба номера создают размерную серию подшипников. Приступив к определению обозначения слева направо, первый номер указывает на серию ширины, второй - на серию диаметров. Такая комбинация носит называние Размерная Серия, и предшествует код диаметра отверстия. Если тип подшипника предусматривает лишь одну серию ширины, номер ширины не указывается. В состав обозначения Размерной Серии будет входить исключительно цифра, содержащая серию диаметров.
Третья часть отображает диаметр отверстия и включает в себя две цифры, имеющие следующую систему кодирования:
00 = отверстие Ø 10 мм
01 = отверстие Ø 12 мм
02 = отверстие Ø 15 мм
03 = отверстие Ø 17 мм
04 = отверстие Ø 20 мм (точнее 20: 5 = 04)
05 = отверстие Ø 25 мм (точнее 25: 5 = 05)
... до:
96 = отверстие Ø 480 мм (точнее 480: 5 = 96)
Если диаметр отверстия подшипника равен или больше 500 мм, часть условного обозначения, указывающего на Размерную Серию, отделяется косой чертой (/), за которой следует диаметр отверстия, указанный в миллиметрах. Напр. 62/500. В отношении определенного типа подшипников первые две части условного обозначения остаются неизменными, а последняя часть поддается изменениям, точнее часть, определяющая код диаметра отверстия. Неизменная часть условного обозначения, включающая в себя конструктивную форму и размерную серию, обычно называется "серия подшипников".
| Тип подшипника |
Серия подшипника |
Обозначение типов подшипников |
Размерная серия |
| Однорядные радиальные шарикоподшипники |
618 | 6 | 18 |
| 619 | 6 | 19 | |
| 160 | 6 | (0)0 | |
| 60 | 6 | (1)0 | |
| 62 | 6 | (0)2 | |
| 63 | 6 | (0)3 | |
| 64 | 6 | (0)4 | |
| Двухрядные радиальные шарикоподшипники |
42 | 4 | (2)2 |
| 44 | 4 | (2)3 | |
| Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники |
719 | 7 | 19 |
| 70 | 7 | (1)0 | |
| 72 | 7 | (0)2 | |
| 73 | 7 | (0)3 | |
| 74 | 7 | (0)4 | |
| Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники |
32 | (0) | 32 |
| 33 | (0) | 33 | |
| Шарикоподшипники с четырехточечным контактом |
QJ2 | QJ1 | (0)2 |
| QJ3 | QJ1 | (0)3 | |
| Самоустанавливающиеся шарикоподшипники |
12 | 1 | (0)2 |
| 22 | (1) | 22 | |
| 13 | 1 | (0) | |
| 23 | (1) | 23 | |
| Однорядные цилиндрические роликоподшипники |
NU10 | NU | 10 |
| NU2 | NU | (0)2 | |
| NU22 | NU | 22 | |
| NU32 | NU | 32 | |
| NU3 | NU | (0)3 | |
| NU23 | NU | 23 | |
| NU4 | NU | (0)4 | |
| Конические роликоподшипники |
329 | 3 | 29 |
| 320 | 3 | 20 | |
| 330 | 3 | 30 | |
| 331 | 3 | 31 | |
| 302 | 3 | 02 | |
| 322 | 3 | 22 | |
| 332 | 3 | 32 | |
| 303 | 3 | 03 | |
| 313 | 3 | 13 | |
| 323 | 3 | 23 | |
| 239 | 2 | 39 | |
| Сферические роликоподшиппики |
230 | 2 | 30 |
| 240 | 2 | 40 | |
| 231 | 2 | 31 | |
| 241 | 2 | 41 | |
| 222 | 2 | 22 | |
| 232 | 2 | 32 | |
| 213 | 2 | 03 | |
| 223 | 2 | 23 | |
| Упорные шарикоподшипники |
511 | 5 | 11 |
| 512 | 5 | 12 | |
| 513 | 5 | 13 | |
| 514 | 5 | 14 | |
| 532 | 5 | 32 | |
| 533 | 5 | 33 | |
| 534 | 5 | 34 | |
| Двойные упорные шиарикоподшипники |
522 | 5 | 22 |
| 523 | 5 | 23 | |
| 524 | 5 | 24 | |
| Упорные сферические роликоподшипники |
292 | 2 | 92 |
| 293 | 2 | 93 | |
| 294 | 2 | 94 |
1 - Цифры в скобках в обозначение кода серии подшипников не включены
2 - Цилиндрические роликоподшипники включают серию NJ, NUP, N, NF и NU
Суффиксы подшипников
Z - Односторонняя защитная металлическая шайба для подшипника
ZZ - Двусторонняя защитная металлическая шайба для подшипника
RS - Одностороннее резиновое уплотнение для подшипника
2RS - Двустороннее резиновое уплотнение для подшипника
N - Канавка для стопорного кольца на внешнем кольце подшипника
NR - Канавка и стопорное кольцо на внешнем кольце
M - Латунный сепаратор
MA - Латунный сепаратор центрированный по внешнему кольцу
MB - Латунный сепаратор центрированный по внутреннему кольцу
TN - Усиленный полиамидный сепаратор
P6 - Класс точности соответствует ISO 6
P5 - Класс точности соответствует ISO 5
P4 - Класс точности соответствует ISO 4
C2 - Серия зазоров меньше нормальной
C3 - Серия зазоров больше нормальной
C4 - Серия зазоров больше C3
C5 - Серия зазоров больше C4
K - Коническое отверстие
Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников и некоторыми другими нюансами. Будет полезна студентам ВТУЗов и, возможно, молодым специалистам.
Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.
Постоянный адрес статьи:
При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!
Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения , замечания и комментарии на электронном адресе: Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!
Старый вариант статьи: http://www.snr.com.ru/e/about_bearings/about_bearing.htm
Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.
Рисунок 1 - Подшипники выполняют функции опор осей и валов
Рисунок 2 - Подшипник линейного перемещения
В настоящее время широко находят применение подшипники:
контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качени я и скольжения ;
бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники .
По виду трения различают:
подшипники скольжения , в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;
подшипники качения , в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.
Рисунок 3 - Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения
Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.
Рисунок 4 - Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения
В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:
жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала , непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;
граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки ;
сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности , жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;
газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа , трение минимально.
Таблица 1 - Виды смазки подшипников скольжения
|
Основные виды смазки |
Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки |
|
В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS 2 и WS 2 ; В виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS 2 / C , WS 2 / C , TiC / C и наноалмаза; В виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a - C : H ), аморфного углерода (a -С), нитрида углерода (C 3 N 4 ) и нитрида бора (BN ); В виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B 4 C , Al 2 O 3 , SiC , Si 3 O 4 , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN , В виде чешуйчатых пленок из MoS 2 и графита; В виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, В виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, В виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, В виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; Углерод; Полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, Жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), Керамика и металлокерамика. |
|
|
Жидкостная |
Гидродинамическая смазка: толстослойная и
эластогидродинамическая;
|
|
Тонкопленочная |
Смешанная смазка (полужидкостная); Граничная смазка. |
|
Газодинамическая смазка |
Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.
|
|
|
|
|
|
|
г ) |
|
а - внешний вид,
б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл",
в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,
г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)
Рисунок 5 - Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно
Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:
допускают высокую скорость вращения;
позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;
экономичны при больших диаметрах валов;
возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);
допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.
а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,
б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,
в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)
Рисунок 6 - Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive ) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделейв широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD ( 0,8-дюймовые )
Таблица 2 - Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)
|
Требования к HDD |
Требования к подшипнику |
Подшипник качения |
Гидродинамический подшипник |
Типичное применение |
|
|
из твердого металла |
из пористого материала* |
||||
|
Большой объем хранения данных |
Однократные биения |
Персональный компьютер, сервер |
|||
|
Высокие скорости вращения |
|||||
|
Низкий уровень шума |
Низкий уровень шума |
Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO) |
|||
|
Низкое потребление тока |
Низкий крутящий момент |
||||
|
Устойчивость к ударам |
Устойчивость к ударам |
Мобильные компьютеры (ноутбуки) |
|||
|
Безотказность |
Устойчивость к заклиниванию |
Все компьютеры |
|||
|
Жесткость |
Жесткость |
||||
Примечание:
* - данные приведены для NTN BEARPHITE;
** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.
Недостатки подшипников скольжения:
высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);
необходимость в непрерывном смазывании;
неравномерный износ подшипника и цапфы;
применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;
относительно высокая трудоемкость изготовления.
Рисунок 7 - Принципиальная схема опоры с подшипником качения
Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , 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.
|
|
|
|
|
г) д) |
||
а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами ,
д - с бочкообразными роликами
Примечание: приведены только некоторые виды тел качения
Рисунок 8 - В подшипниках качения применяются тела качения различных форм
В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.
Рисунок 9 - Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники
Таблица 3 - Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам
|
Тип подшипника |
Высокая частота вращения |
Восприятие перекоса |
|||
|
радиальная |
осевая |
комбинированная |
|||
|
Шариковый радиальный |
|||||
|
Шариковый радиальный двухрядный сферический |
|||||
|
Радиально-упорный однорядный шариковый |
|||||
|
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине") |
|||||
|
Шариковый с четырехточечным контактом |
|||||
|
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец |
|||||
|
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец |
|||||
|
Радиальный игольчатый |
|||||
|
Сферический роликовый |
|||||
|
Конический роликовый |
|||||
|
Упорный шариковый |
|||||
|
Упорный с коническими роликами |
|||||
|
Упорно-радиальный роликовый сферический |
Примечание:
* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.
По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:
значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;
в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;
экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;
меньшие габаритные размеры в осевом направлении;
простота обслуживания и замены;
меньше расход смазочного материала;
невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;
простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.
e )
а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;
б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;
в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;
г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;
д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;
e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом, и/ или смазыванием, и/или работойна высоких частотах вращения
Рисунок 10 - Повреждения подшипников качения
Недостатками подшипников качения являются:
ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;
непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;
значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;
шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;
сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
повышенная чувствительность к неточности установки;
высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.
Рисунок 11 - Магнитный подшипник
Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.
Рисунок 12 - Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля
Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:
Электростатические;
на постоянных магнитах;
активные магнитные;
LC- резонансные;
индукционные;
кондукционные;
диамагнитные;
Сверхпроводящие;
Магнитогидродинамические.
Рисунок 13 - Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника ( АМП )
Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.
Рисунок 14 - Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника
Основными преимуществами АМП являются:
относительно высокая грузоподъемность;
высокая механическая прочность;
возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;
возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;
возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...
|
|
|
| а) |
а - схема компрессора с подшипниками качения,
б - схема компрессора с магнитными подшипниками
Рисунок 15 - Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой , что , например , позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения
В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.
АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :
Турбокомпрессоры и турбовентиляторы;
Турбомолекулярные насосы;
Электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);
Турбодетандеры;
газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;
инерционные накопители энергии.
Рисунок 16 - Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками
Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).
Рисунок 17 - Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов
Русское слово “подшипник ”, судя по названию, образовано от корня “шип” и приставки “под”. То есть подшипник - это нечто расположенное “под шипом”. Вот что говорит на этот счет классический словарь “Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля”, содержащий много старинных и первоначальных значений тех или иных русских слов.
ПОДШИПНЫЙ - то, что под шипом. Подшипник м. в машинах, та часть подушки, на коей лежит шип оси или вала, упорная подкладка, на коей ось обращается.
ШИП - вообще, всякая насаженная, вставленная, припаянная или оттянутая ковкою часть вещи, для вставки в гнездо, для захвата, задержки и пр.
ШИПНИК
- м. подшипник или гнездо, куда
вкладывается шип оси.
Говоря современным инженерным языком, речь идет о гнезде или втулке, куда вставляется цапфа вала или оси (шип) и там вращается. Первоначально использовались втулки (подшипники скольжения), затем распространились подшипники качения. Однако название осталось, так как подшипник – по-прежнему деталь, которая располагается “под шипом”.
а - внешний вид ступицы колеса телеги,
б - конструкция
ступицы колеса телеги
Рисунок 18 - На примере конструкции ступицы колеса телеги, которые широко использовались в России почти до середины XX века, можно понять, откуда произошло слово “подшипник” – нечто расположенное “под шипом”
В английском языке, например, слово “bearing ” (“подшипник”) берет свое начало от “to bear” в смысле “поддерживать” и “нести нагрузку”. То есть bearing - это нечто поддерживающее и несущее нагрузку от вращающейся оси.
Нередко слово “подшипник” пишут как “потшипник” , “подшибник” , “потшибник” , то есть с явной орфографической ошибкой. Это связано с тем, что при произношении согласные “б” и “п”, “д” и “т” довольно близки по звучанию. Поэтому, если человек незнаком с орфографией слова “подшипник” и не знает его происхождения, то старается применить правило “как слышится - так и пишется”. Но в данном случае применять такое правило нельзя.
Подшипники используются в различных уголках мира, и это слово звучит довольно часто из уст инженеров и техников. Однако “подшипники” на разных языках пишутся и звучат по-разному.
Таблица 4 - Слово “подшипники” на некоторых языках мира
|
Язык |
Написание |
Транскрипция на английском |
Как звучит на русском |
|
Английский |
Bearings |
[ be:ərɪŋs] |
Бэрингс |
|
Арабский |
محامل |
[ maha:məl ] |
махамэль |
|
Голландский |
Lagers |
Лагхес |
|
|
Испанский |
родамьентос |
||
|
Итальянский |
Cuscinetti |
Кушинетти |
|
|
Китайский |
轴承 |
||
|
Корейский |
베어링 |
Пёрин |
|
|
Немецкий |
вальтслагэ |
||
|
Португальский |
Rolamentos |
Роламентос |
|
|
Русский |
подшипники |
подшипники |
|
|
Французский |
Roulements |
Рулемон |
|
|
Хинди
Wilfredo Morales. Permanent
Magnetic Bearing for Spacecraft Applications. NASA/TM-2003-211996;
5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ; 6)
Kazuhisa Miyoshi. Solid
Lubricants and Coatings for Extreme Environments:
State-of-the-Art Survey. NASA, 2007
; 10
) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др.
DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC 14) Torbjorn A. Lembke. Induction
Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and
Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of
Technology.
Stockholm, Sweden,
2003
;
18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003 ; 19) Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля. |
Подшипники — одно из ключевых изобретений, которое определило путь развития промышленности. Самый простой подшипник состоит из двух колец, вставленных одно в другое и предназначенное для поддержания и направления вращающегося вала.
Основные типы
Все подшипники могут быть разделены на две основные группы – подшипники качения и скольжения. Конструкция первых состоит из
- двух колец – внешнего и внутреннего;
- шариков;
- сепаратора, в котором установлены шарики.
- Подшипники скольжения имеют следующую конструкцию:
- внешняя обойма;
- внутренняя обойма, выполненная из материала с низким коэффициентом трения, например, тефлон (фторопласт).
Задача, которую призваны решать подшипники любого типа – это снижение трения между вращающимся и стационарными узлами агрегата. Это необходимо для снижения потерь энергии, нагрева и износа деталей, вызываемыми силой трения.
Подшипники скольжения
Этот узел обычно выполняют в виде массивной опоры, изготовленной из металла. В ней проделывают отверстие, куда вставляют втулку или вкладыш, выполненный из материала с низким коэффициентом трения.
Для повышения эффективности работы этого узла и снижения трения в него вводят жидкую или плотную смазку. Это приводит к тому, что вал отделяется от втулки пленкой маслянистой жидкости. Эксплуатационные параметры подшипника скольжения зависят от следующих параметров:
- Размера элементов, входящих в этот узел.
- Скоростью вращения вала и размера нагрузок, приходящихся на него.
- Густотой смазки.
Для обеспечения смазывания подшипника можно использовать любую вязкую жидкость – масло, керосин, эмульсии. В некоторых моделях подшипников скольжения для смазки применяют газы. Кроме, перечисленных материалов применяют и твердые, иногда их называют консистентные, смазки.
В некоторых конструкциях подшипников предусмотрена принудительная система смазки.
Подшипники качения
Внешний вид подшипника качения
В подшипниках этого типа трение скольжение подменяется трением качения. Благодаря такому решению происходит существенное снижение трения и износа.
Подшипники качения имеют разнообразные конструкции и размеры. В качестве тел вращения могут быть использованы шарики, ролики, иголки.Шарикоподшипники
Шарикоподшипники являются самым распространенным типом подшипников. Он состоит из двух колец, между которыми устанавливают сепаратор с предустановленными шариками определенного размера. Шарики перемещаются по канавкам, которые, при изготовлении тщательно шлифуют. Ведь для полноценной работы подшипника необходимо, чтобы шарики не проскальзывали, и при этом у них была существенная площадь опоры.
Сепаратор, в который устанавливают шарики, обеспечивает их точное положение и исключает какой-либо контакт между ними. Производители выпускают изделия, которые укомплектованы двухрядными сепараторами.Подшипники этого класса применяют при довольно небольших радиальных нагрузках и большом количестве оборотов рабочего вала.
Роликоподшипники
В подшипниках этого класса в качестве тел вращения применяют ролики различной формы. Они могут иметь форму цилиндров, усеченных конусов и пр. Производители освоили выпуск широкой номенклатуры роликовых подшипников с разными размерами колец и тел вращения.
Конический роликоподшипник используют для работы при наличии разнонаправленных нагрузках (осевой и радиальной) и больших оборотах на валу. Конструктивно роликовый подшипник похож на шариковый. Он также состоит из двух колец, сепаратора и роликов. Размеры роликовых подшипников определены в ряде стандартов, которые имеют силу в нашей стране. Например, ГОСТ 8328-75 определяет конструкцию, маркировку и размеры подшипников с короткими роликами. А ГОСТ 4657-82 регламентирует размеры и конструкцию игольчатых подшипников. То есть на каждый вид подшипников существует свой ГОСТ.Существуют два типа подшипников скольжения — гидростатические и гидродинамические. В изделиях первого типа смазка подается от масляного насоса. Вторые в этом плане удобнее, они сами могут выступать в роли насоса. Смазка будет поступать в них за счет разности давления между его компонентами.
Подшипники скольжения могут иметь, сферическое, упорное и линейное исполнения. Первые подшипники применяют в тех узлах, где преобладают низкие скорости вращения вала. Главное достоинство такого исполнения подшипников – это возможность передавать вращение даже при значительных перекосах валов.
Подшипники упорного исполнения применяют для работы там, где преобладают поперечные усилия. Довольно часто их монтируют в турбинах и паровых машинах.
Многолетняя, если не многовековая практика использования подшипников скольжения позволяет сделать выводы о достоинствах и недостатках этих конструкций.
- изделия этого класса обеспечивают надежную работу в условиях высоких скоростей вращения вала;
- обеспечение серьезных ударных и вибрационных усилий;
- довольно небольшие размеры;
- подшипники этого типа допустимо устанавливать в устройствах работающие в воде;
- некоторые модели позволяют выполнять настройку зазора и, таким образом, гарантируют точность установки оси вала.
Между тем, подшипникам скольжения присущи и определенные недостатки.
- в процессе эксплуатации необходимо постоянно контролировать уровень смазки;
- при недостаточной смазке и запуске возникает дополнительная сила трения;
- более низкий в сравнении с другими классами подшипников КПД;
- при производстве таких изделий применяют довольно дорогие материалы;
- при работе, подшипники этого класса могут генерировать излишний шум.
Стандарты подшипников скольжения
Одно из отличий подшипников от других типов деталей, применяемых в промышленности – это то, что они все стандартизированы. Выше было отмечено что на продукцию этого класса действует 60 ГОСТ, и это не считая ТУ и другой нормативной документации.
ГОСТ не только нормирует конструкцию и размеры подшипников, но и порядок их обозначения на чертежах, в спецификациях и другой рабочей документации.Кроме того, ГОСТ на технические условия подшипников регламентирует параметры допусков и посадок, которые обязаны соблюдать производители.
Маркировка
Маркировка подшипников – это параметры, которые показывают рабочие диаметры изделия (внутренний и внешний), конструктивные особенности. Все эти данные закодированы в наборе цифр и буквенных символов. Порядок кодировки, детальная расшифровка регламентирована в ГОСТах на подшипниковую продукцию. Так, кодировка шариковых и роликовых подшипников однорядных приведена в ГОСТ 3189-89.
В закодированном наименовании подшипника содержатся следующие данные:
- серия ширины;
- исполнение;
- тип изделия;
- группа диаметров;
- посадочный диаметр.
Кстати, важно понимать, что на территории нашей страны применяют две системы обозначения подшипников – ГОСТ и ISO.
Пример расшифровки маркировки на подшипниках
Маркировка может быть нанесена на одно из колец. Если подшипник закрытого типа то маркировку наносят на уплотнение или защитном кольце.
Классы точности подшипников
Класс точности подшипника – это показатель, который характеризует максимальные отклонения значения размеров подшипника от номинала.
В некоторых устройствах при выборе подшипника потребитель руководствуется ценой на него, а остальные параметры для него не так критичны. В некоторых других случаях потребитель выбирает подшипник исходя из предельной скорости вращения, при которой не будут, проявляются такие явления, как вибрация и пр. Такие довольно жесткие условия предъявляются к изделиям, работающим на транспорте, станочным узлам, робототехнических комплексов.
В машиностроении существует зависимость между точностью обработки и ее стоимостью. То есть, чем точнее деталь, тем больше ее конечная цена.
Разделение подшипников по точности позволяет подобрать такое изделие, которое будет отвечать требованиям, которые предъявляет проектировщик и в то же время с приемлемой для потребителя ценой.
Класс точности описывает точность производства изделий. Для регулировки этого параметры существуют нормативы, определенные в ГОСТ и ISO. В них определены допуски на все размеры – диаметры, ширину, фаски и пр.
Назначение подшипников качения
Подшипники качения предназначены для поддержки вращающихся валов. Они нашли свое применение в машинах, разного типа, например, в подъемно-транспортных устройствах, технике, применяемой в сельском хозяйстве, судовых двигателях.
Магнитные подшипники
Магнитные подшипники, которые все чаще применяют в различных машинах и механизмах работает на основании принципа магнитной левитации. В результате реализации этого принципа в подшипниковой опоре отсутствует контакт между валом и корпусом подшипника. Существуют активное исполнение и пассивное.
Активные изделия уже в массовом производстве. Пассивные, пока еще находятся на стадии разработки. В них, для получения постоянного магнитного поля применяют постоянные магниты типа NdFeB.
Использование магнитных подшипников предоставляет потребителю следующие преимущества:
- высокая износостойкость подшипникового узла;
- применение таких изделий, возможно, в агрессивных средах в большом диапазоне внешней температуры.
Бесконтактный магнитный подшипник
В то же время использование таких узлов влечет за собой некоторые сложности, в частности:
В случае пропадания магнитного поля, механизм неизбежно понесет повреждения. Поэтому для бесперебойной и безаварийной работы проектировщики применяют так называемые страховые подшипники. Как правило, в качестве страховочных применяют подшипники качения. Но они в состоянии выдержать несколько отказов системы, после этого требуется их замена, так будут изменены их размеры.
Создание постояннодействующего, а главное, устойчивого, магнитного поля сопряжено с созданием больших и сложных систем управления. Такие комплексы вызывают сложности с ремонтом и обслуживанием подшипниковых узлов.
Излишнее тепловыделение. Оно обусловлено тем, что обмотка нагревается в результате прохождения через нее электрического тока, в некоторых случаях, такой нагрев недопустим и поэтому приходится устанавливать системы охлаждения, что, разумеется, приводит к усложнению и удорожанию конструкции.
Где используются устройства скольжения
На самом деле сложно найти механизм, в котором не установлены подшипники скольжения. Даже на атомных подводных лодках, на подшипниках этого типа устанавливают гребные валы. Подшипники скольжения нашли широкое применение в станкостроении. В частности, в них устанавливают валы, по которым перемещается суппорт, резцедержатель и другие составные части станка.
Классификация подшипников качения
К подшипникам качения относят:
- шариковые;
- роликовые,
- упорные и многие другие.
Все они характеризуются высокими параметрами износостойкости и возможностью работы в условиях разнонаправленных нагрузок – осевых и радиальных.
Характеристики подшипников качения
К основным характеристикам подшипников качения можно отнести следующие:
Угловая скорость, подшипники качения могут показывать высокие значении этой скорости, особенно если сепараторы выполнены из цветного металла или полимеров.
Перекос вала. Допустимо то, что перекос может достигать от 15’ до 30’. Кроме того, подшипники качения способны воспринимать небольшие осевые усилия. Она не должна превышать 70% от неиспользуемой радиальной грузоподъемности.
Подшипники качения показывают минимальные потери на трение.
Каталог импортных подшипников FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и др.
В мировой экономике подшипниковая отрасль занимает отдельное место, во много это обусловлено значимостью продукции ей выпускаемой.
В нашей стране такую продукцию выпускают на специализированных подшипниковых заводах. Но, в последнее время существенно увеличен импорт подшипников из рубежа. Их поставляют из разных стран мира – США, КНР, Германии и пр.
Для ознакомления с номенклатурой поставляемой продукции достаточно ознакомиться с каталогами подшипников, которые предлагают потребителям зарубежные производители — FAG, INA, SKF, NSK, TIMKEN и многие другие. Достаточно одного взгляда и можно понять всю величину номенклатуры предлагаемых подшипников.
Подшипники TIMKEN
Но при заказе импортной продукции необходимо понимать, что подшипники, поступающие из-за границы, должны соответствовать требованиям наших нормативов и иметь документы, подтверждающие их качество и безопасность в эксплуатации. Подшипники очень часто поделывают. Рекомендуем покупать подшипники только у авторизированных поставщиков.
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.
Подшипники можно классифицировать по самым разнообразным признакам, однако для упрощения понимания вопроса в данном материале рассмотрим самую простую систему классификации, основанную на двух признаках:
- Тип воспринимаемой нагрузки;
- Тела качения, за счет которых работает подшипник (или их отсутствие).
Типы подшипников по характеру действующей нагрузки
По типу воспринимаемой нагрузки подшипники можно разделить на
- радиальные подшипники (основной тип действующей нагрузки - радиальная);
- упорные подшипники (тип действующей нагрузки - осевая);
- радиально-упорные подшипники (воспринимают нагрузки обоих типов);
- упорно-радиальные (воспринимают нагрузки обоих типов, но преимущественно осевые);
Все иллюстрации смотрите ниже.
Типы подшипников по телам качения и количеству их рядов
По этому признаку подшипники можно разделить на
- шариковые подшипники (одно- или двухрядные);
- роликовые подшипники (одно- и двухрядные, с коническими или цилиндрическими роликами);
- игольчатые подшипники (их можно рассматривать как разновидность роликовых);
- подшипники скольжения (тела качения отсутствуют).
Кроме этого, выделяют группы подшипников по их размеру - крупногабаритные и малые (или миниатюрные). Мы не будем заострять внимание на редких для основной массы потребителей линейных подшипниках, комбинированных и более экзотических типах, например, проволочных, а рассмотрим только самые основные.
Как определить тип подшипника по его номеру
Проще всего определить тип подшипника, маркировка которого соответствует ГОСТ (отечественные, маркируемые по системе обозначений, принятой еще в советском союзе. Нужно просто посмотреть на четвертую от конца цифру, которая и кодирует тип (первая и вторая кодирует внутренний диаметр, третья - ширину). Типы импортных подшипников смотрите в описании серий (см. ниже).
| 4-я цифра справа | Фото | Тип подшипника и основные особенности |
| 0 |
Шариковый радиальный (пример: 1000905, 408, 180206, 1680205). Универсальные. Обычно однорядные. |
|
| 1 |
|
Шариковый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 1210, 1608, 11220). Используются при несоосности валов. |
| 2 |
|
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный или двухрядный (пример: 42305, 2210, 3182120). Высокая грузоподъемность и скорость вращения. |
| 3 |
|
Роликовый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 3514, 3003124). Высокие нагрузки, перекосы колец. |
| 4 |
Роликовый радиальный игольчатый (пример: 954712, 504704, 834904). Малые габариты. Одно- или двухрядный. |
|
| 5 |
|
Роликовый радиальный с витыми роликами (пример: 5210, 65908). Высочайшая грузоподъемность, работа в загрязненных узлах, медленное вращение. Редкие. |
| 6 |
|
Шариковый радиально-упорный (пример: 36205, 66414, 3056206, 256907). Высокая скорость и точность вращения, комбинированные нагрузки. Качество для этого типа критично. Однорядные и двухрядные. |
| 7 |
|
Роликовый конический (одно-, двух-, многорядный) (пример: 7516, 807813, 537908, 697920). Совместно действующие радиальные и односторонние осевые нагрузки. Удобство монтажа. Обычно 1 ряд роликов, но может быть и 2, и 4. |
| 8 |
|
Шариковый упорный (одно- или двухрядный) (пример: 8109, 688811). Осевые нагрузки при высокой скорости вращения. Двухрядные - осевые нагрузки в обе стороны. |
| 9 |
|
Роликовый упорный (пример: 9039320, 9110). Высокие осевые нагрузки. |
После определения типа подшипника важное значение играет серия (кодируются 5, 6 и 7 цифрами от конца), которая определяет дополнительные конструктивные особенности.
Подшипники скольжения
Работают за счет скольжения поверхностей относительно друг друга.
Закрытые подшипники
Кроме указанных особенностей подшипники можно классифицировать также по тому, закрыты ли они дополнительными заглушками или нет. В закрытые смазка вносится заранее и они не нуждаются в дополнительном уходе, открытые обычно работают в жидком масле или даже смазываются при помощи масляного тумана. Заглушки бывают из каучука или металла, устанавливаются обе сразу или только с одной стороны.
Подшипниковые узлы
Подшипниковые узлы можно выделить в отдельный тип - они представляют собой подшипник, работающий в корпусе. Такая конструкция имеет массу преимуществ. В последнее время они получают все большее распространение из-за ввоза в страну импортного оборудования (наша промышленность их не выпускает).
По степени точности
Подшипники можно разделить по степени точности изготовления, подшипники более высоких степеней Т, 2 и 4 стоят в разы дороже, чем низких - 5, 6, 0 (нулевая степень точности обычно не указывается в номере).
Материалы для ознакомления
Дополнительно с ознакомлением с различными типами подшипников Вам наверняка будет полезна и следующая информация:
Дополнительные обозначения в номерах подшипников
Часто подшипники, имеющие один и тот же номер (ссответственно одинаковую конструкцию и размеры) могут кардинально отличаться друг от друга из-за разницы в применяемых материалах, классе точности, дополнительных требований. Таким образом, цена, казалось бы одного и того же подшипника, даже одного производителя, может отличаться в разы.
Маркировка на подшипниках
Данный материал подробно рассказывает, из чего складывается номер того или иного подшипника, причем не только отечественного, но и импортного производства. Условно говоря - какие цифры кодируют его тип, какие - серию, какие - размер.
Марки подшипников
В этой статье можно ознакомиться с наиболее распространенными в настоящее время марками подшипников. Разные производители выпускают продукцию настолько разного качества, что тут неуместно будет даже распространенное сравнение Мерседес - Жигули. Разница еще больше. Соответственно, цена и срок службы могут различаться в десятки раз.
