Загальні відомості про підшипники

Призначення підшипників і принцип дії. Підшипники служать опорами валів і обертових осей і сприймають сили, що діють на них.

За принципом дії розрізняють підшипники кочення і ковзання. У підшипниках ковзання поверхні, що труться ковзають один проти одного. У підшипниках кочення кульки або ролики котяться по поверхні кілець.

Однією з основних причин широкого поширення підшипників кочення є те, що сили тертя при коченні значно менше сил тертя при ковзанні. Отже, втрати енергії на подолання цих сил менше. Крім того, підшипники кочення мають ряд інших переваг перед підшипниками ковзання: догляд за ними простіше, масове виготовлення знижує вартість, конструкції підшипникових вузлів машин спрощуються, можливе досягнення високих чисел оборотів, різко зменшуються втрати при рушанні і т. Д. У подальшому розглядаються тільки підшипники кочення.

Як показано на рис. 1, підшипники кочення зазвичай складаються з внутрішнього і зовнішнього кілець, тіл кочення (кульок або роликів) і сепаратора, який служить для рівномірного розподілу тіл кочення по колу.

На зовнішніх і внутрішніх кільцях є доріжки кочення (робочі поверхні), по яких котяться тіла кочення при обертанні кільця. Виступаючі частини кілець звуться бортів. Отвір d внутрішнього кільця називається внутрішнім діаметром підшипника. Зовнішній діаметр D зовнішнього кільця називається зовнішнім діаметром підшипника. Ширина підшипника позначається буквою.

Мал. 1. Приклад пристрою підшипника. Кульковий радіальний однорядний підшипник

Як видно з наведеного опису, по конструкції підшипники дуже прості. Простота їх конструкції в більшості випадків є причиною недооцінки підшипників як дуже точних механізмів.

Точність виготовлення деталей підшипників описана в § 3. Тут можна коротко сказати, що окремі частини підшипників виготовляються з точністю в кілька мікрон 1 і навіть часткою мікрона (наприклад, кульки підшипників підвищених точностей). Подібні точності застосовуються в дуже небагатьох механізмах і машинах. В електричних машинах навіть відповідального призначення такої точності не застосовують, так як це не викликається технічною необхідністю. Адже чим вище точність, тим більше необхідно затратити праці на її отримання, тим, отже, вартість буде вище. Крім того, більш точні механізми завжди вимагають більш високої культури поводження і пред'являють великі вимоги до знань обслуговуючого персоналу.

Особливості поводження з підшипниками кочення і технічні вимоги до сполучаються з підшипниками деталей, викладені нижче, можуть на перший погляд здатися дещо складними, занадто жорсткими і обтяжливими. Однак невиконання цих вимог призводить до того, що велика праця, що витрачаються підшипникової промисловістю, буде зведений нанівець, і підшипники передчасно вийдуть з ладу.

Різноманітність умов роботи підшипників, а також вимог до їх монтажу привели до створення безлічі різних конструкцій. Кожна з них має як позитивними, так і негативними властивостями. Універсального підшипника, в якому поєднувалися б тільки переваги всіх конструкцій, не існує. Отже, кожна конструкція хороша тільки для певних умов роботи і монтажу. Виходячи з цих умов, підшипники поділяють на групи, типи і серії.

Типова схема установки підшипників кочення в електричній машині загального призначення дана на рис. 2. Внутрішні кільця обох підшипників жорстко (з натягом) посаджені на вал. Зовнішнє кільце підшипника з боку, протилежного приводу, закріплено в підшипниковому щиті. Зовнішнє кільце другого підшипника не закріплюється: між отвором з 'підшипниковому щиті і зовнішнім кільцем є зазор. Завдяки зазору другий підшипник може вільно переміщатися уздовж отвору підшипникового щита 5, тому його зазвичай називають «плаваючим».

Мал. 2. Типова схема установки подшіпнпков в електричних машинах

Як плаваючою опори часто застосовують підшипник, який допускає досить велике переміщення внутрішнього кільця щодо зовнішнього. У цьому випадку зовнішнє кільце жорстко садиться в підшипниковий щит.

Для чого потрібна свобода переміщення? Свобода пересування необхідна, так як в процесі роботи машини її деталі (вал, корпус, підшипникові щити) мають неоднаковий нагрівання і, отже, розширюються в різному ступені, через що жорстке закріплення обох підшипників привело б в кінцевому підсумку до затискання тіл кочення між кільцями.

Для захисту від попадання в підшипники пилу, піску, бруду, продуктів зносу щіток електричної машини і інших абразівних1 частинок підшипники іноді забезпечуються захисними шайбами, гумовими і фетровими ущільненнями.

Велике значення для роботи підшипників має мастило. Для запобігання її витоку, а також для захисту від пилу, бруду і т. П. В підшипникових щитах електричних машин встановлюють ущільнення, пристрій яких ілюструється рис. 3.

Одне з них (рис. 3, б) застосовано в машині, яка показана на рис. 2.

Класифікація підшипників. Вище вже згадувалося про те, що, виходячи з умов роботи, підшипники поділяються на групи, типи і серії.

Групи підшипників об'єднують підшипники за такими ознаками: у напрямку навантаження, яку вони можуть сприймати, за формою тіл кочення і за кількістю рядів тіл кочення.

Радіальної навантаженням називається навантаження, яка діє під прямим кутом до осі обертання підшипника, т. Е. Осі вала (рис. 4, а). Осьова навантаження діє в напрямку осі обертання підшипника (рис. 4, б). Комбінована навантаження - спільна дія як радіальної, так і осьової навантажень (рис. 4, в).

Мал. 3. Ущільнюючі пристрої в підшипникових щитах. а - кільцевий зазор; б - проточки (жирові канавки); в - Фетрове; г-лабіринтове; д - комбіноване - Фетрове і лабіринтове.

У напрямку навантаження. Підшипники, які можуть сприймати тільки радіальні навантаження, носять назву радіальних підшипників. У цю групу також входять підшипники, які призначені для радіального навантаження, але можуть сприймати і осьову навантаження. Підшипники, призначені для сприйнята тільки осьових навантажень, називаються наполегливими. Підшипники, що сприймають комбіновані навантаження, називаються радіально-наполегливими.

Мал. 4. Напрямок дії навантаження. F - радіальне навантаження; F1 - осьова навантаження; 1 - вал; 2 - внутрішнє кільце підшипника; 3 - зовнішнє кільце; 4 - кулька; 5 -короткий циліндричний ролик 6 - вільне кільце; 7 - туге кільце.

За формою тіл кочення підшипники діляться на кулькові-тіла кочення кульки (рис. 4,6 і в) і роліковие- тіла кочення ролики. У свою чергу роликові підшипники за формою ролика підрозділяються на наступні типи: підшипники з короткими циліндричними роликами (рис. 4, а), з довгими циліндричними роликами, з голчастими роликами, з крученими роликами, з конічними роликами, з бочкоподібними роликами (рис. 5 ).

За кількістю рядів тіл кочення підшипники діляться на однорядні (рис. 4), дворядні (рис. 6, а) і чотирирядні (рис. 6,6).

Типи підшипників. Однакові по конструкції підшипники об'єднуються в типи. Підшипники одного типу мають однакову конструкцію, форму і число рядів тіл кочення і здатні сприймати навантаження одного характеру.

Серії підшипників. Серією називається ряд підшипників одного типу, габаритні розміри яких (зовнішній і внутрішній діаметри і ширина) закономірно змінюються від одного розміру підшипника до іншого і регламентуються розмірними рядами, встановленими ГОСТ 3478-54. Наприклад, шарикопідшипники радіальні однорядні, широко застосовуються в народному господарстві, в тому числі і в електричних машинах, мають п'ять серій.

Мал. 5. Різновиди роликових підшипників. а -з довгими циліндричними роликами; б - з голчастими роликами; в - з крученими роликами; г - з конічними роликами; д - з бочкоподібними роликами.

Номенклатура основних типів підшипників, що випускаються підшипникової промисловістю, їх порівняльні дані по допускаються оборотам і навантажень з короткою характеристикою експлуатаційних якостей дані в ГОСТ 3395-46.

Мал. 6. Дворядні і чотирирядні підшипники.

Нижче розглядаються тільки типи підшипників, що знайшли найбільше застосування в електричних машинах.

За точністю основних розмірів і точності обертання підшипники діляться на кілька класів точності. Чим вище клас точності, тим точніше виготовляється підшипник і тим вище його вартість.

В електричних машинах як загального, так і в багатьох машинах спеціального призначення застосовуються підшипники нормального класу точності. Застосування в них дорогих підшипників більш високих класів точності технічно не виправдано і не економічно. Підшипники високих класів точності застосовуються тільки в машинах, де потрібна точність обертання валів. Як приклад застосування підшипників високих класів точності можна привести Електрошпинделі (електропривод шліфувального каменю) шліфувального верстата. При високих числах оборотів 5000-40 000 об / хв і навіть до 100 000 об / хв шліфувальний круг не повинен давати биття як в радіальному, так і осьовому напрямку, інакше точність шліфування деталі порушується. Тому в Електрошпинделі застосовують підшипники класів точності А, СА і навіть С.

Зазори в підшипниках. Для правильної роботи підшипника між його деталями повинні витримуватися нормовані зазори. Величина зазорів сильно позначається на довговічності підшипника і точності роботи машини. При малих зазорах відбувається нагрів деталей і як наслідок цього заклинювання підшипника. При великих зазо-pax 'зменшується його довговічність і з'являються вібрації машини.

Під зазором в підшипнику на увазі зазори між-nv тілами кочення і кільцями, які дають можливість деякого переміщення одного кільця щодо іншого в радіальному і осьовому напрямках.

Радіальний зазор - це величина максимально можливого переміщення одного кільця щодо іншого в радіальному напрямку (рис. 7, а).

Мал. 7. Нормовані зазори. При визначенні величини осьової гри підшипник кладуть на горизонтальну опору, в зв'язку з чим вісь вала на рис. 7, б розташована по вертикалі

Осьова гра (осьової зазор) - величина максимально можливого переміщення одного кільця щодо іншого в осьовому напрямку (рис. 7, б).

Довговічність підшипників. Тривалість роботи підшипників - термін їх служби - є однією з найважливіших характеристик підшипників і обмежується втомою металу від багаторазових навантажень тілами кочення: кульки або ролики, котячись по робочих поверхонь кілець, під дією навантаження на підшипник то навантажують, то розвантажують кожне місце доріжки кочення. В результаті цього через певний проміжок часу роботи в поверхневому шарі доріжок кочення з'являються тріщини втоми. При подальшій роботі підшипника в цьому місці починають фарбувати окремі шматочки поверхневого шару доріжки кочення кільця т. Е. З'являється утомлююча викришування (рис. 8). Втомне вищерблення швидко прогресує, температура підшипника підвищується, з'являються вібрації і відбувається заклинювання підшипника.

Довговічність відремонтованих підшипників може бути на 15% нижче, ніж нових підшипників нормального класу точності.

Якщо підшипник правильно змонтований в вузлі машини, при експлуатації добре захищений від попадання сторонніх часток (пилу, бруду і т. Д.), Не перегрівається вище допустимої температури, то підшипник зазвичай виходить з ладу через появу усталостного викришування на доріжках кочення кілець. Це підтверджують численні стендові випробування, масова експлуатація ряду спеціальних електричних машин, де культура поводження з підшипниками висока і дотримуються правила догляду в процесі експлуатації. При цьому підшипники відпрацьовують розрахункову довговічність. Багато підшипники витримують по 5-12 Розрахункова довговічність.

Мал. 8. Втомне викришування металу на доріжці кочення кулькового підшипника.

Ці дефекти є наслідком поганого монтажу, задовільною захисту підшипника в процесі експлуатації від попадання пилу, бруду, піску та ін. Застосування забруднених сторонніми частинками мастил і т Д-, а не наслідком невірності розрахункових формул і поганої якості підшипників, як це іноді вважають через недосвідченість .

До атегорія: - Підшипники кочення