Подшипники

Разновидности подшипников скольжения

Всего размеры и основные характеристики подшипников скольжения, изложены в соответствующих ГОСТ. Всего их насчитывается порядка шести десятков. Например, ГОСТ 11607-82 нормирует требования к разъемным корпусам подшипников скольжения, а ГОСТ 25105-82, предъявляет требования к вкладышам, которые устанавливают в корпуса подшипников скольжения.

Классификация подшипников скольжения

Изделия этого типа можно разделить на следующие основные типы:

  1. Одно- и многоповерхностные.
  2. Со смещением поверхностей.
  3. Радиальные.
  4. Осевые.
  5. Радиально-упорные.

Кроме того, подшипники можно различать по конструкции:

  1. Неразъемные, их называют втулочными.
  2. Разъемные, они состоят из двух деталей основного корпуса и крышки к нему.
  3. Встроенные, по своей конструкции, они составляют единое целое с корпусом механизма.

Нельзя забывать и о количестве точек подачи масла. Существуют подшипники с одним и несколькими клапанами. Кроме, приведенных классов можно назвать еще один – по возможности регулирований подшипника.

https://youtube.com/watch?v=Sle05QQWnZI

Конструкция подшипников скольжения не отличается сложностью. В состав конструкции могут входить два кольца. Одно из них (внутреннее) вращается в процессе работы. Вместо, тел вращения в устройствах этого типа применяют втулки, изготовленные из антифрикционных материалов. Для повышения эффективной работы в подшипники закачивают смазочные материалы.

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.

Подшипники линейного исполнения исполняют роль направляющих. Кстати, их особенностью можно назвать их бесперебойную работу даже при постояннодействующих радиальных усилиях.

Подшипник линейного исполнения

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.

Литература

  • Анурьев В. И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. / Под ред. И. Н. Жестковой. — 8-е изд., перераб. и доп.. — М.: Машиностроение, 2001. — Т. 2. — 912 с. — ISBN 5-217-02964-1 (5-217-02962-5), ББК 34.42я2, УДК 621.001.66 (035).
  • Ничипорчик С. Н., Корженцевский М. И., Калачёв В. Ф. и др. Глава 13. Подшипники скольжения // Детали машин в примерах и задачах: / Под общ. ред. С. Н. Ничипорчика. — 2-е изд. — Мн.: Выш. школа, 1981. — 432 с. — ISBN ББК 34.44 Я 73, УДК 621.81 (075.8).
  • Леликов О. П. Основы расчёта и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». — М.: Машиностроение, 2002. — 440 с. — ISBN 5-217-03077-1, УДК 621.81.001.66, ББК 34.42.
  • Иосилевич Г. Б. Детали машин: Учебник для студентов машиностроит. спец. вузов. — М.: Машиностроение, 1988. — 368 с. — ISBN 5-217-00217-4, УДК 62-2(075.8), ББК 34.44.

Легкие сплавы

Из легких сплавов в качестве антифрикционных материалов чаще всего применяют алюминиевые.

Неответственные подшипники изготовляют из литейных сплавов Al–Si (АЛЗ; АЛ4; АЛ5), Аl–Mg (АЛ8). Al–Cu (АЛ10В; АЛ18В) предпочтительно отливкой в металлические формы (НВ 65—70). Целесообразнее изготовлять подшипники штамповкой из деформируемых сплавов типа АК4, АК4-1 (НВ 80—90).

Широкое применение имеют нетермообрабатываемые (НВ 40—60) сплавы АМ8 (8 % Сu); АМК2 (8% Сu; 2% Si); АЖ6 (6% Fe); АН-2,5 (2,5% Ni), АСС6-5 (6% Sb, 5% Pb). Пластичные сплавы АК5М и АН-2,5 (НВ 35—45) применяют в биметаллических ленточных вкладышах.

Наиболее высокими антифрикционными качествами обладают оловянные алюминиевые сплавы (содержание Sn до 20%). Один из лучших сплавов этого типа, сочетающий пластичность и высокую прочность, имеет состав; 6% Sn; 1,5% Ni; 0,5—1 % Sb; 0,5% Si; 0,5—1% Mn; остальное Al.

Твердость антифрикционных алюминиевых сплавов НВ 40—80; теплопроводность 0,12—0,24 Вт/(м·°С); коэффициент линейного расширения (21—24)·10–6; модуль упругости Е ≈ 7·104 МПа. Предел прочности литых сплавов 120—180 МПа, штампованных 200—300 МПа.

Алюминиевые сплавы коррозиестойки и не вызывают окисления масла. Недостатком их является пониженная прирабатываемость и склонность к наволакиванию на вал. Необходима смазка под давлением и применение валов повышенной твердости (> HRC 55).

Модуль упругости алюминиевых сплавов невелик, поэтому для нормальной работы необходимо повышение жесткости подшипников (утолщение стенок, выполнение буртиков жесткости, увеличение жесткости постелей).

В конструкции подшипников из алюминиевых сплавов надо учитывать их высокий коэффициент линейного расширения. При нагреве зазор в подшипнике возрастает, поэтому «холодный» зазор делают минимальным, совместимым с условием надежной работы подшипника в пусковые периоды. Кроме того, при нагреве возрастает натяг на посадочной поверхности подшипника. Подшипники из алюминиевых сплавов предпочтительно применять в корпусах из тех же сплавов.

Втулки из алюминиевых сплавов, установленные в корпусах из материалов с низким коэффициентом линейного расширения (сталь, чугун), могут при повышении температуры приобрести остаточные деформации сжатия. В таких случаях применяют минимальные посадочные натяги с обязательным стопорением втулок; диаметр стопорных штифтов рекомендуется увеличивать во избежание сминания материала подшипника.

Чтобы компенсировать изменение линейных размеров втулки при нагреве, ее делают с температурным швом — разрезом, который располагают в ненагруженной области подшипника. Такие втулки устанавливают в корпус с натягом, который поддерживается более или менее постоянным при колебаниях температуры. Втулки со швом необходимо стопорить от проворачивания.

Магниевые сплавы как антифрикционный материал близки к алюминиевым, но отличаются от последних еще более низким модулем упругости (Е = 4,2·104 МПа) и более высоким коэффициентом линейного расширения α = (26—28)·10–6 1/°С.

Для изготовления подшипников пригодны литейные сплавы МЛЗ, МЛ4 и деформируемые MA1, МА2.

Твердость магниевых сплавов НВ 30—40, теплопроводность 0,072—0,084 Вт/(м·°С).

При конструировании подшипников из магниевых сплавов нужно соблюдать те же правила, что и для алюминиевых сплавов.

Стандарты устройств скольжения

Подшипники любой разновидности — изделия прежде всего стандартные. В противном случае подобрать подобное устройство для того или иного механизма было бы крайне сложно.

По каким же нормативам изготавливаются подшипники? ГОСТ регулирует не только собственно размеры подобных изделий, но и, к примеру, условные обозначения их конструктивных элементов и многие другие параметры. Какие именно нормативные документы регулируют изготовление устройств скольжения, можно посмотреть в представленной ниже таблице.

ГОСТ для подшипников скольжения

Норматив

Какой ГОСТ регулирует

Сокращения и условные обозначения

7904-1

Параметры для расчета

4378-4

Стандарты для втулок из медных сплавов

4379-2006, 29201-91

Конструктивные особенности и подшипниковые материалы

4378-1

Размеры и типы колец

28801-90

Размеры керамических втулок

2795-2001

Размеры и виды втулок, типы спекаемых материалов

24833-81

Определения и термины для подшипников механизмов и машин

18282-88

Классификация подшипников скольжения

Подшипники скольжения подразделяются на несколько видов:

Радиальные – воспринимают радиальную нагрузку. Отличительной особенностью этих подшипников является скольжение оси вала (цапфы) относительно поверхности самого подшипника.

Самоустанавливающиеся – изготавливаются с разъемной и неразъемной частью конструкции. Отличительной особенностью этого вида является наличие шаровой опорной поверхности у втулки (вкладыша).

Опорные или как их ещё называют «подпятники» – предназначены для дополнительной поддержки осей и валов во время вращения при воздействии осевой нагрузки (направленной вдоль оси вращения). Конструкция пяты может быть плоской, кольцевой или гребенчатой.

Международная система

Таким образом, в России предприятия, изготавливающие подшипники, ГОСТа придерживаться должны в обязательном порядке. Определить, что представляет собой изделие, выпущенное у нас в стране, совершенно не сложно по его маркировке. С импортными устройствами этого типа, к сожалению, все далеко не так просто.

За границей классификация подшипников существует такая же, как у нас, а вот какой-то общепринятой четкой системы обозначений, к сожалению, там не имеется. Зарубежные производители маркируют свою продукцию так, как им заблагорассудится.

Дополнительные обозначения на подшипниках, изготовленных, к примеру, в том же Китае, могут наноситься как до основного блока, так и после него. Сама базовая информация, как и в российской системе, обычно представляется в виде нескольких цифр (3-5). Чаще всего в маркировке импортных подшипников:

  • первый символ обозначает тип изделия;
  • следующие две цифры представляют серию размера ISO;
  • последние две цифры указывают код размера подшипника.

Как и в российской системе, в китайской последние две цифры, если они есть, следует умножать на 5. Таким образом можно определить внутренний диаметр подшипника в миллиметрах.

К примеру, характеристики подшипников, промаркированных как N315-EM/C3, будут такими:

  • N — это тип подшипника роликовый радиальный;
  • 315 — размеры ISO изделия;
  • буквы EM указывают в данном случае на то, что в подшипнике предусмотрен латунный сепаратор;
  • С3 — группа радиального зазора.

Упорные подшипники

В табл. 37 приведены основные разновидности упорных подшипников качения.

Однорядные шариковые упорные подшипники (табл. 37, эск. 1) предназначены для восприятия осевых нагрузок в одном направлении. Радиальную нагрузку упорные шариковые подшипники воспринимать не могут. Их применяют только в сочетании с радиальными подшипниками (скольжения или качения).

Одно из колец подшипника плотно сажают на вал (по диаметру d), а другое устанавливают в корпусе. Для предотвращения трения между валом и свободным кольцом внутренний диаметр d, последнего делают на несколько десятых миллиметра больше, чем закрепленного кольца.

Свойство самоустанавливаться придают, выполняя опорную поверхность одного из колец подшипника по сфере и устанавливая его на шайбе со сферической опорной поверхностью (2).

Двухрядные шариковые упорные подшипники (3, 4) предназначены для восприятия осевых нагрузок обоих направлений. Частота вращения у этих подшипников ограничена. Под действием повышенных центробежных сил шарики смещаются с беговых канавок (особенно если осевая нагрузка переменная), вследствие чего нарушается правильная работа подшипника.

Упорно-радиальные шариковые подшипники (5, 6) могут наряду с осевыми нагрузками нести довольно значительные радиальные нагрузки.

Упорные подшипники с цилиндрическими роликами (7—12) состоят из двух плоских колец, между которыми катятся цилиндрические ролики.

Ролики центрируют в подшипнике сепараторами (7), которые, в свою очередь, центрируют на валу или по одной из обойм подшипника (8). Применяют также центрирование роликов буртами на одной (9) или на двух (10) обоймах.

В подшипниках этого типа ролики катятся только в одной точке своей длины, на остальных участках происходит проскальзывание относительно поверхности беговых дорожек. Для уменьшения проскальзывания иногда применяют установку в ряд нескольких коротких роликов (11). Для восприятия осевых сил в обоих управлениях применяют двухрядные роликовые подшипники (12). Частота вращения у этих подшипников крайне ограничена. Их применяют в тихоходных тяжелонагруженных опорах.

Упорные подшипники с коническими роликами выполняют с конусами, вершины которых сходятся на оси подшипника (13, 14) что обеспечивает правильное качение роликов.

Сферические подшипники (15) обладают свойством самоустанавливаемости и могут нести большие радиальные и осевые нагрузки. Наружная беговая дорожка у них выполнена по сфере, центр которой расположен вне подшипника; профили роликов очерчены дугами окружности с радиусом, равным радиусу сферы.

Условие правильного качения роликов сфероконических подшипников соблюдается не полностью.

Расчёт в условиях жидкостного трения

Для данного случая расчёт подшипников скольжения производится на основе формулы Рейнольдса:

где µ – вязкость масла, Н*с/м2;

hm – зазор в сечении, где наблюдается максимум давления, мм;

h – зазор, определяемый в произвольном сечении, мм;

v – скорость, м/с.

Для подшипника скольжения это уравнение следует преобразовать, используя полярные координаты:

где p – давление в подшипнике, определяется в произвольном сечении под углом ϕ к линии центров;

µ – вязкость (динамическая);

ψ = ∆/d – относительный зазор в сопряжении вала и подшипника;

χ = е/δ – величина относительного эксцентриситета;

δ – радиальный зазор.

Из этого уравнения получена формула определения гидродинамической грузоподъёмности.

где Фр – коэффициент напряженности, безразмерная функция, определяется по таблицам.

Зная, что вязкость масла определяется по формуле:

можно вывести уравнение:

Коэффициент трения в подшипнике:

где отношение Фтр определяется по таблицам справочников.

Величину тепловыделения определяют по формуле:

где d имеет размерность в м; Р – в Н; ω – в рад./с.

Для теплового расчёта подшипника (и для подбора системы смазки) необходимо знать расход смазки. Его определяют, измеряя вытекшую через зазоры в торцах зон — нагруженной и ненагруженной — жидкость. Ещё такие замеры делают для масла, выдавливаемого через канавки, предназначенные для смазки. Затем полученные величины делят на время, в течение которого происходил процесс отбора вытекшей смазки.

За секунду расход составляет:

где Q = q1 +q2 + q3

– безразмерный коэффициент.

В этой формуле: q1 – табличный коэффициент расхода смазки через зазоры в торцах нагруженной зоны;

– коэффициент расхода смазки в торцах ненагруженной зоны;

Здесь β – безразмерный коэффициент, табличная величина;

— pe – давление в системе принудительной подачи смазки;

— коэффициент, учитывающий интенсивность истечения масла через канавки для смазки:

— θ – безразмерный коэффициент, табличная величина;

Размеры a и b вычисляются по формулам:

a ≈ 0,05d + (3 ÷ 5) мм;

b ≈ (0,20 ÷ 0,25)d

Уравнение теплового баланса подшипникового узла имеет вид:

W = W1 + W2,

где W определяется по формуле, приведенной выше и отмеченной знаком (*).

Количество тепла, переносимого при работе смазкой подшипника

W1 = cQ(t2 – t1), Вт

где с – удельная теплоёмкость масла, Дж/м3 * град.;

Q – расход масла, м3/с;

t1 и t2 – температура смазки ( индекс 1 на входе и индекс 2 на выходе из подшипника).

Количество тепла, отводимого в окружающее пространство массированным корпусом подшипника:

W2 = kF (tM — tB) Вт,

где k – табличный коэффициент теплопередачи, Вт/м2 град.; его средние значения находятся в области 9 ÷ 16 Вт/м2 град.;

F – омываемая воздухом поверхность подшипника, м2;

tM – средняя температура смазки в рабочей зоне;

tB – температура воздуха.

Температура масла в зоне нагрузки подшипника заранее, как правило, неизвестна, поэтому задаются значениями некоторой средней температуры смазки. Из-за этого гидродинамический расчет подшипника приходится производить методом итерации (последовательные приближения).

Тем же самым методом итерации определяются оптимальные значения ψ, вязкости масла µ. Решения должны удовлетворять условию:

W = W1 + W2

Подпятники, являющиеся разновидностью подшипников, воспринимающие осевую нагрузку, работают в состоянии только граничного либо полужидкостного трения.

Подшипники: стандарты ГОСТа в отношении размеров

Согласно ГОСТу, все подобные изделия должны иметь определенные внутренний и внешний диаметр, а также ширину. В зависимости от этих параметров определяется серия изделий.

Серии подшипников по размерам

Серия

Диаметр внутренний (мм)

Диаметр внешний (мм)

Ширина (мм)

106

30

55

13

201

12

32

10

202

15

35

11

203

17

42

12

204

20

47

14

205

25

52

15

206

30

62

16

301

12

37

12

302

15

42

13

303

17

47

14

304

20

52

15

502

15

35

14

503

17

40

16

505

25

52

18

603

17

47

19

703

17

40

14

803

17

47

15.5

Вот такие могут иметь подшипники размеры. Таблица, представленная выше, зависимость диаметров и ширины подобных изделий демонстрирует наглядно.

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.

Достоинства и недостатки

Существует ряд достоинств и недостатков подшипников скольжения. К положительным характеристикам конструкции можно отнести:

  • Простая конструкция, поэтому стоимость этой разновидности деталей относительно невысокая. Для малонагруженных и тихоходных машин подшипник изготавливают в виде простой втулки.
  • Надежность в процессе эксплуатации. Подшипники скольжения применяют даже в высокоскоростных приводах. При этом конструкция у них достаточно надежная, что позволяет эксплуатировать такую деталь в течение длительного времени.
  • Способны принимать и выдерживать большие динамические нагрузки. Конструкция не боится ударов, вибраций. Это объясняется большой площадью рабочей поверхности, которая принимает нагрузку. Слой смазки оказывает демпфирующий эффект. Он располагается между вкладышем и валом, что также значительно продлевает срок эксплуатации изделия.
  • Подшипники издают при работе низкий уровень шума. На любой скорости система функционирует практически беззвучно.
  • Радиальные размеры сравнительно небольшие.
  • При использовании разъемных конструкций можно устанавливать на шейки валов сложной формы, например, коленчатого вала. При этом не нужно демонтировать зубчатые колеса, шкивы и прочие детали, размещенные на иных цапфах.

Конструкция подшипников скольжения имеет и определенные недостатки:

  • В процессе эксплуатации проводится постоянный контроль системы. Это объясняется необходимостью присутствия в конструкции смазки. В противном случае может произойти перегрев системы. Если смазка перестанет поступать к трущимся элементам, произойдет его поломка.
  • Осевые размеры довольно большие. Это необходимо для увеличения рабочей площади рабочей поверхности конструкции. Она воспринимает нагрузку.
  • В период пуска наблюдаются значительные потери мощности из-за трения. Такое может случиться при использовании некачественной или неподходящей смазки.
  • Эксплуатационные расходы сравнительно высокие. Это объясняется необходимостью применения большого количества смазки. Также проводится остановка агрегатов для проведения чистки и охлаждения системы. Это приводит к простоям оборудования.
  • Система в период пуска оказывает влияние на износ поверхности цапфы. Это особенно заметно при использовании некачественной смазки.
Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector