Технические сведения из теории подшипников качения

Классификация

Подшипники качения классифицируются по следующим основным характеристикам:

1. По форме тел качения: шариковые и роликовые, причем ролики могут быть цилиндрическими, коническими, игольчатыми, бочкообразными и закрученными.

Форма тел качения подшипников.

2. В направлении воспринимаемой нагрузки:

• радиальный — воспринимает в основном радиальную нагрузку, т.е нагрузку, действующую перпендикулярно оси вращения подшипника;
• радиальные упорные подшипники — воспринимают комбинированную нагрузку, т.е нагрузку, действующую одновременно на подшипник в радиальном и осевом направлениях, с преобладанием как радиальных, так и осевых нагрузок;
• упорно-радиальные — воспринимают радиальные и осевые нагрузки, но радиальная нагрузка меньше осевой; тяги — принимают только осевую нагрузку, то есть нагрузку, действующую по оси вращения подшипника.

3. По количеству рядов тел качения: однорядные, двухрядные, трехрядные, четырехрядные и многорядные.

4. По возможности самовыравнивания: несамоцентрирующиеся и самовыравнивающиеся (сферические, допускающие угол наклона внутреннего и внешнего колец до 2-3 градусов).

5. Что касается габаритных размеров: для каждого подшипника с одинаковым внутренним диаметром существуют разные серии, которые различаются по грузоподъемности, то есть по размерам колец и тел качения. В зависимости от размера наружного диаметра подшипника серии делятся на сверхлегкие, легкие, средние и тяжелые. Подшипники качения одной серии диаметров могут иметь разную серию ширины. В зависимости от ширины подшипника серии бывают очень узкими, узкими, нормальными, широкими и сверхширокими.

6. Для конструктивных особенностей: с защитными шайбами, с упорным фланцем на наружном кольце, с канавкой на наружном кольце, с составными кольцами и т.д.

Краткая характеристика основных типов

Шариковые подшипники

Однорядные радиальные шарикоподшипники в первую очередь предназначены для выдерживания радиальных нагрузок, но также могут выдерживать осевые нагрузки в обоих направлениях до 70% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки, поэтому эти подшипники можно использовать для фиксации вала или корпуса вала в корпусе осевое направление. Оси колец подшипников могут быть наклонены на угол не более 0,25°.

Подшипники шариковые радиальные двухрядные предназначены для выдерживания радиальных нагрузок в условиях возможного значительного перекоса колец подшипников (до 2-3 °). Подшипники допускают осевую фиксацию вала в обоих направлениях с нагрузкой до 20% неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Дорожка качения наружного кольца выполнена по сферической поверхности, описываемой центром подшипника, что обеспечивает самовыравнивание подшипника, поэтому их можно использовать в агрегатах машин с независимыми корпусами, когда оси посадочных мест подшипников не совпадают или в качестве опор для длинных валов, прогибающихся под действием нагрузок.

Радиально-упорные шарикоподшипники предназначены для восприятия комбинированных радиальных и односторонних осевых нагрузок. Он выдерживает чисто осевую нагрузку. Один из фланцев внешнего или внутреннего кольца обрезан почти полностью, что позволяет вставить в подшипники на 45% больше шариков того же диаметра, чем в обычных радиальных подшипниках, что увеличивает их нагрузочную способность. Конструктивно подшипники выполнены с расчетными углами контакта шариков с кольцами: α = 12 ° (тип 36000), α = 26 ° (тип 46000) и α = 36 ° (тип 66000). Радиально-упорные подшипники используются в жестких коротких корпусах вала и корпусах, которые требуют регулировки внутреннего зазора в подшипниках. Подшипники с углом контакта α = 45 ° называются радиально-упорными подшипниками.

Упорные шарикоподшипники рассчитаны на односторонние осевые нагрузки. Они хуже работают на горизонтальных валах, чем вертикальные, и требуют хорошей регулировки или предварительного натяга пружины на кольцах. Упорные подшипники часто устанавливаются в одном корпусе вместе с радиальными подшипниками.

Роликовые подшипники

Радиальные роликоподшипники с короткими цилиндрическими роликами рассчитаны на высокие радиальные нагрузки. Их грузоподъемность на 70% выше, чем у однорядных радиальных шарикоподшипников того же размера. Подшипники легко разбираются в осевом направлении, допускают определенное взаимное осевое смещение колец, что облегчает монтаж и демонтаж подшипниковых узлов и позволяет использовать их в плавающих подшипниках, как правило, жестких коротких валов.

Двухрядные радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами используются для поддержки коротких высокоскоростных валов, требующих точного вращения. Ролики смещены. Сепаратор из твердой бронзы.

Двухрядные сферические роликоподшипники предназначены для выдерживания особо высоких радиальных нагрузок с возможностью значительного перекоса (2-3 °) колец, а также осевых нагрузок с обеих сторон до 25% от неиспользованной допустимой радиальной нагрузки. Они могут работать только с осевой силой. Дорожка качения наружного кольца выполнена на сферической поверхности. Ролики имеют бочкообразную форму. Подшипники данного типа используются в подшипниках двух- и многопозиционных длинных валов, подверженных значительным прогибам под действием внешних нагрузок, а также в группах машин с независимыми корпусами.

Конические роликоподшипники представляют собой радиально-упорные подшипники, которые рассчитаны на то, чтобы выдерживать значительные комбинированные радиальные и осевые односторонние нагрузки. Значения радиальной нагрузки в среднем на 90% выше, чем у однорядных радиальных подшипников того же размера. Эти подшипники широко используются в машиностроении. Их отличает простота сборки и разборки, регулировки зазоров и компенсации износа. Угол контакта (половина угла на вершине конуса дорожки качения наружного кольца) α = (9-17 °) (тип 7000), α = (25-29 °) (тип 27000). Конические роликоподшипники используются в агрегатах машин с жесткими короткими валами, с двумя опорами.

Условные обозначения и маркировка подшипников качения

В нашей стране условные обозначения подшипников регулируются ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений». Импортные подшипники имеют отличную от российской маркировку, подробное описание которой приведено на следующей странице.

Обозначение подшипника обычно наносят на торцевую поверхность наружного и / или внутреннего кольца (см. Рисунок).

Базовое обозначение может состоять из семи цифр, условно обозначающих внутренний диаметр подшипника, размерную серию, тип, конструктивные особенности и т.д. Нули слева от последней значащей цифры не ставятся. В этом случае количество цифр в условном обозначении может быть меньше семи, например: 7206.

Первые две цифры справа указывают диаметр отверстия d внутреннего кольца подшипника. Для подшипников с внутренним диаметром d = 20… 495 мм размер внутреннего диаметра определяется умножением этих двух чисел на 5. Следовательно, подшипник 7206 имеет диаметр внутреннего кольца d = 30 мм (06 × 5).

Третья цифра справа указывает серию диаметров и вместе с седьмой цифрой, которая указывает серию ширины, определяет размерную серию подшипника, то есть условно характеризует его внешние размеры. Для увеличения наружного диаметра подшипника (при том же внутреннем диаметре d) серии бывают: сверхлегкий — 1, легкий — 2, средний — 3, тяжелый — 4 и т.д. Итак, подшипник 7206 — легкая серия диаметров 2.

Четвертая цифра справа указывает тип подшипника:

• 0 — Радиальная сфера
• 1 — Шарик сферический двухрядный радиальный
• 2 — Ролик радиальный с короткими цилиндрическими роликами
• 3 — Ролик радиальный сферический двухрядный
• 4 — Ролик игольчатый радиальный однорядный
• 5 — Ролик радиальный с витыми роликами
• 6 — Подшипник шариковый радиально-упорный однорядный
• 7 — Конический ролик
• 8 — Шаровая тяга, шаровая радиальная тяга
• 9 — Ролик упорный, ролик упорно-радиальный

Подшипник 7206, показанный выше в качестве примера, представляет собой конический роликовый подшипник.

Пятая и шестая цифры справа указывают на отклонение конструкции подшипника от базового (базового) типа. Например, подшипник 7206 базовой конструкции не имеет пятой цифры в обозначении, а аналогичный подшипник с упорным фланцем на наружном кольце имеет обозначение 67206.

Седьмая цифра справа указывает серию ширины подшипника. Для увеличения ширины подшипника (при том же внешнем и внутреннем диаметре) ряды по ширине составляют 0, 1, 2, 3 и т.д.

Помимо цифр основного обозначения справа и слева от него могут наноситься дополнительные буквенные или цифровые символы, которые характеризуют особые условия изготовления данного подшипника.

Поэтому класс точности подшипника маркируется цифрой слева от основного обозначения, разделенной тире (тире). Классы точности указаны в порядке возрастания: 0, 6, 5, 4, 2. Класс точности, обозначенный цифрой 0 и соответствующий нормальной точности, не предназначен.
В общем машиностроении используются подшипники классов 0 и 6. В изделиях высокой точности или работающих с высокими скоростями вращения (быстроходные электродвигатели, шпиндели высокоскоростных станков и т.д.), Подшипники классов 5 и 4 Подшипник 7206, показанный в нашем примере, имеет класс точности 0.
Помимо вышеперечисленных, существуют дополнительные классы точности (выше и ниже.

В зависимости от наличия дополнительных требований к уровню вибрации, отклонениям формы и положения поверхностей качения, моменту трения и другим параметрам устанавливаются три категории подшипников:
А — повышение регулируемых стандартов;
Б — регулируемые стандарты;
С — без дополнительных требований.
Знак категории отображается слева от обозначения класса точности.

Возможные признаки справа от основного обозначения:
Д — сепаратор из пластика;
Р — несущие детали из теплопроводных сталей;
C — подшипник закрытого типа, заполненный смазкой и др.

Материал деталей

Материалы подшипников качения подбираются с учетом высоких требований к твердости и износостойкости колец и тел качения. Используются высокоуглеродистые шарикоподшипниковые хромистые стали ШХ15 и ШХ15СГ, ШХ20СГ, ШХ20, а также цементированные легированные стали 18ХГТ и 20Х2Н4А. Твердость колец и роликов обычно составляет 60… 65 HRC, а твердость шариков несколько выше — HRC 62… 66, так как площадь контактного давления шара меньше.

Кольца, ролики или шарики при рабочих температурах до 100 градусов должны подвергаться термообработке с твердостью HRC 58-66 в зависимости от типа стали.

Сепараторы изготавливаются из листовой стали, латуни, бронзы, дюралюминия, текстолита, полиамидов с различными уплотнениями. Пластиковые сепараторы снижают величину инерционных нагрузок в подшипниках, позволяют использовать упругие свойства пластика при установке тел качения.

Сепараторы из самосмазывающегося материала служат источником твердой смазки. Аман часто используется как самосмазывающийся материал. Его можно использовать в обычных и высокоскоростных сепараторах подшипников с сухой смазкой при нормальных и повышенных температурах. Сепараторы Aman должны быть более массивными, чем обычные.

Кольца и тела качения также доступны из других материалов в зависимости от требований, предъявляемых к подшипникам. Поэтому для обеспечения большей коррозионной стойкости некоторые подшипники изготавливаются из коррозионно-стойкой стали. Для работы при высоких температурах подшипники изготовлены из жаропрочных материалов.

Подшипники увеличенного размера изготовлены из цементированной хромоникелевой стали для лучшего поглощения ударов. Доступны многочисленные подшипники из немагнитных и других материалов. Если подшипник используется для работы при высокой температуре, превышающей 100 градусов, для обеспечения стабильности размеров детали подшипника закаляются при более высокой температуре. В этом случае твердость деталей несколько снижается в зависимости от температуры отпуска.

Что представляет собой опора

В основном деталь — это основа сборочной единицы. Его основная функция — обеспечивать безопасную остановку и поддерживать определенную движущуюся часть конструкции. Насколько туго будет это крепление, зависит от устройства, материала и многих других факторов.

Фиксация положения в пространстве позволяет совершать вращательные движения, качение с минимальным сопротивлением. Затем нагрузка передается с движущейся части агрегата на другие, сохраняя износостойкость.

Эксплуатационные характеристики

Силовые

Силовые характеристики подшипников качения включают базовую статическую и динамическую нагрузку. Грузоподъемность рассчитывается на этапе проектирования подшипников, определяется из опытной партии подшипников и включается в каталог. Методы расчета характеристик установлены межгосударственным стандартом ГОСТ 18855-94 (ИСО 281-89).

Для радиальных и радиально-упорных подшипников допустимая нагрузка относится к радиальной нагрузке (C0z, Cz), а для осевых и радиальных осевых подшипников — к центральной осевой нагрузке (C0a, Ca). Если вал вращается медленнее, чем 1 оборот в минуту, мы говорим о статической нагрузочной способности и, если быстрее, о динамике.

Под динамической грузоподъемностью Cr для радиальных и радиально-упорных подшипников понимается постоянная радиальная нагрузка, которую набор идентичных подшипников с неподвижным наружным кольцом и вращающимся внутренним кольцом может выдержать до тех пор, пока не произойдет усталостное разрушение поверхностей работы колец и качения элементов в пределах 1 миллиона оборотов без повреждения тестируемых подшипников не менее 90%.

Под статической нагрузкой C0 понимается такая нагрузка на «невращающийся» подшипник (n <1 об / мин), под действием которой в нем не возникают остаточные деформации, существенно влияющие на дальнейшую работу подшипника.

Предельная быстроходность подшипников качения

Для стандартных подшипников обычно указываются предельные значения скорости.

Под предельной скоростью понимается скорость, превышение которой не гарантирует номинальный срок службы (расчетный срок службы) подшипника.

Максимально допустимая скорость для каждого размера подшипника зависит в первую очередь от нагрузки, метода смазки, условий охлаждения, конструкции сепаратора и материала. Предельную скорость (об / мин) можно приблизительно определить по формуле:

• При использовании подшипников с высокой нагрузкой необходимо снизить верхний предел скорости. Предельная скорость также должна быть уменьшена для сферических роликоподшипников, которые несут комбинированные нагрузки при высокой осевой нагрузке.
• При использовании подшипников с цельным обточенным сепаратором из цветных металлов или полимерных материалов в сочетании с лучшими условиями смазки и охлаждения можно увеличить пределы скорости.
• Для однорядных радиальных шариковых и радиально-упорных подшипников предельная частота вращения может быть увеличена в 2,5 — 3 раза, для цилиндрических роликоподшипников — в 2 — 2,2 раза.

Система условных обозначений

Обозначения (маркировка, паспорт) подшипников качения в основном цифровые и наносятся на торцевые поверхности колец. Обозначение коренного подшипника может включать от двух до семи цифр (нули в левой части обозначения, то есть в начале номера, не ставятся).

Система обозначений подшипников качения определена по ГОСТ 3189-89.

Согласно ГОСТ 3189-89, обозначение подшипника в сборе состоит из основного обозначения (7 знаков) и дополнительных знаков, расположенных справа и слева от основного обозначения.

Схема основного обозначения подшипников диаметром d> 1 0 мм.

(кроме d = 22, 28, 32, 500 и более мм).

Широкая серия; конструктивное исполнение; Вид; Серия диаметров; Диаметр отверстия.

• Диаметр отверстия обозначается цифрами, равными / 5, начиная с d = 20 мм (20: 5 = 04). Для d = 10 мм обозначение 00, d = 12 мм — 01, d = 15 мм — 02, d = 17 мм — 03. Диаметры 22, 28, 32, 500 и выше обозначены номерами размеров через фракция. Например: 602/32 (d = 32); 20071/1175 (p = 1175 мм).
• Серия измерений: 3-я цифра справа — серия диаметров, 7-я цифра справа — серия ширины
• Четвертая цифра основного обозначения обозначает тип подшипника, пятая и шестая цифры (от 00 до 99) обозначают конструкцию типа. Типы и конструкции подшипников определяются по ГОСТ 3395-89, образец которого приведен в таблице.

Разновидности подшипников скольжения

Конструкция устройств этого типа также совершенно проста. Основа подшипника скольжения, например подшипника качения, состоит из двух колец, одно из которых движется во время работы механизма. Однако вместо шариков или роликов в таких устройствах используются смазки различного типа, залитые в специальную канавку. Подшипники скольжения бывают:

• гидростатический;
• гидродинамический.

В устройствах первого типа смазка осуществляется снаружи с помощью насоса. В этом отношении гидродинамические подшипники дешевле. Во время работы они сами выступают в роли насоса. Смазка им обеспечивается за счет разницы давлений между компонентами.

По конструкции подшипники скольжения бывают:

• сферический;
• настойчивый;
• линейный.

Подшипники первого типа в основном используются в узлах механизмов, работающих на малых оборотах. Главное преимущество устройств этого типа — возможность эффективно выполнять свои функции даже при значительных перекосах.

Упорные подшипники устанавливаются в узлах, подверженных высоким поперечным нагрузкам. Чаще всего они используются в турбинах и паровых установках.

Линейные подшипники во время работы действуют как направляющие. Они могут работать без перебоев даже при постоянных радиальных нагрузках.

Смазка

Срок службы подшипников определяется износом тел качения и дорожек качения, расположенных в кольцах. Чтобы продлить срок службы подшипников, используется смазка, которая может быть жидкой, например, в редукторах станков, или смазка (твердая).

Смазка для подшипников

Смазка для подшипников

Помимо износа опорных частей, немаловажную роль играет рабочая температура в сборе. В результате может возникнуть неравномерная термическая деформация. Это может привести к увеличению частоты скольжения и снижению твердости материала, из которого они сделаны.

Производители выпускают подшипники с закрытым сепаратором. В таких изделиях еще на стадии производства закладывается твердая смазка, которая гарантированно обрабатывает весь ресурс.