А. Сотников - Эксплуатация подшипников качения

Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества [3]:

– значительно меньшие потери на трение, а, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия (до 0,995) и меньший нагрев;

– в 10…20 раз меньше момент трения при пуске машин;

– экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

– меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

– простота обслуживания и замены;

– меньший расход смазочного материала;

– невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников.

К недостаткам подшипников качения можно отнести [3]:

– ограниченную 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 и размеров деталей;

– сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

– повышенную чувствительность к неточности установки в подшипниковый узел;

– высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Конструкция подшипников качения состоит из двух колец, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение (рис. 1.1). По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности внешнего кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполнены желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

Рис. 1.1. Устройство радиального шарикоподшипника: 1 – внешнее кольцо; 2 – шарик (тело качения); 3 – сепаратор; 4 – дорожка качения; 5 – внутреннее кольцо

В некоторых узлах механизмов и машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют совмещённые опоры: дорожки качения в этом случае выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.

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

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 и выходу механического оборудования из строя.

Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:

– по виду тел качения: шариковые и роликовые. Последние, в свою очередь, подразделяются на следующие группы: с короткими и длинными цилиндрическими роликами; с витыми; с игольчатыми; с коническими и со сферическими роликами;

– по типу воспринимаемой нагрузки: радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные и линейные;

– по числу рядов тел качения: однорядные, двухрядные, многорядные;

– по способности компенсировать перекосы валов [4]: самоустанавливающиеся и несамоустанавливающиеся.

На рис. 1.2 приведены основные виды подшипников качения [2]:

а) радиально-упорный шариковый подшипник;

б) радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом;

в) самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник;

д) радиальный шариковый подшипник для корпусных узлов;

е) радиальный роликовый подшипник

ж) радиально-упорный (конический) роликовый подшипник;

з) самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник;

и) упорный роликовый подшипник;

к) самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (сферический);

л) упорный шариковый подшипник;

м) радиально-упорный роликовый подшипник;

н) ролики и сепаратор упорного игольчатого подшипника.

В табл. 1.1 приведено сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам [3].

Рис. 1.2. Внешний вид и конструкция основных типов подшипников качения

Продолжение рис. 1.2.

Табл. 1.1. Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам: +++ – очень хорошо; ++ – хорошо; + – удовлетворительно; о – плохо; х – непригодно

Подшипник качения представляет собой по существу планетарный механизм, в котором водилом является сепаратор, функции центральных колес выполняют внешнее и внутреннее кольца, а тела качения заменяют сателлиты [2].

В соответствии с теоремой Виллиса:

где n в , n н и n с – частоты вращения соответственно внутреннего кольца, внешнего кольца и сепаратора; D н и D в – диаметры окружностей расположения точек контактов тел качения соответственно на внешнем и внутреннем кольцах.

Учитывая, что

частоту вращения сепаратора можно определить по следующей формуле:

где α – угол контакта тел качения с дорожками качения колец подшипника (рис. 1.3); D pw – диаметр окружности осей тел качения:

dw – диаметр тел качения; fg – геометрический параметр:

Рис. 1.3. Угол контакта роликоподшипника