Основы конструирования Кинематические характеристики Проектный расчет на контактную выносливость Проверочный расчет на выносливость при изгибе Цепная передача Проектный расчет валов Подшипники качения Подшипник скольжения

Подшипники качения

Подшипники предназначены для поддержания вращающихся валов и осей в пространстве и восприятия, действующих на них нагрузок. Подшипники могут также поддерживать детали, вращающиеся вокруг осей, например, сателлиты планетарных механизмов.

Подшипники качения состоят из следующих деталей:

– наружного и внутреннего колец с дорожками качения;

– тел качения;

– сепараторов, разделяющих и направляющих тела качения.

В совмещенных опорах одно или оба кольца могут отсутствовать: в данном случае тела качения катятся непосредственно по канавкам вала или корпуса. Может отсутствовать также сепаратор (игольчатые подшипники).

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качение существенно меньше зависит от смазки. Приведенный коэффициент трения качения близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения ().

Достоинства подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

– упрощается система смазки и обслуживание подшипника, уменьшается расход смазочных материалов;

– уменьшается возможность разрушения при кратковременных перебоях в смазке, например, в период пуска, при резких изменениях нагрузок и скоростей;

– меньшие моменты сил трения и теплообразование; малая зависимость моментов сил трения от скорости, значительно меньшие пусковые моменты (до 5…10 раз);

– меньший расход цветных материалов;

– меньшие требования к материалу и термической обработке валов;

– конструкция подшипников качения позволяет изготавливать их в массовом количестве как стандартную продукцию, что значительно снижает стоимость машин и механизмов.

Недостатки подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения:

– отсутствие разъемных конструкций;

– повышенные радиальные габариты;

– высокие контактные напряжения и, соответственно, ограниченный срок службы;

– ограниченная быстроходность, связанная с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и т.д.);

– низкая работоспособность при вибрационных и ударных нагрузках и при роботе в агрессивных средах, например в воде;

– меньшая способность демпфировать колебания, повышенный шум при высоких частотах вращения.

Классификация подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по следующим признакам.

По направлению воспринимаемой нагрузки различают:

– радиальные подшипники, предназначенные восприятия чисто радиальной нагрузки (роликовые), а также для возможности фиксировать валы в осевом направлении и воспринимать небольшие осевые нагрузки (шариковые);

– радиально-упорные подшипники;

– упорно-радиальные подшипники;

– упорные подшипники.

По форме тел качения различают следующие виды подшипников:

– шариковые;

– роликовые.

В свою очередь роликоподшипники выполняют следующих типов:

– цилиндрические радиальные подшипники с короткими цилиндрическими роликами;

– сферические самоустанавливающиеся радиальные подшипники с роликами бочкообразной формы;

– игольчатые радиальные подшипники с удлиненными цилиндрическими роликами;

– цилиндрические радиальные подшипники с витыми цилиндрическими роликами;

– конические радиально-упорные подшипники с коническими роликами;

– упорные подшипники с коническими и цилиндрическими роликами или роликами бочкообразной формы.

Шарикоподшипники являются более быстроходными, роликовые подшипники имеют большую грузоподъемность (на 50..70 %), а также лучше работают при ударных и динамических нагрузках.

По числу рядов тел качения различают следующие типы подшипников:

– однорядные, получившие большее распространение;

– двухрядные;

– многорядные.

По признаку самоустанавливаемости различают:

– несамоустанавливающиеся подшипники (все типы шариковых и роликовых подшипников кроме сферических, из них однорядные шарикоподшипники с двухточечным контактом можно рассматривать как ограниченно самоустанавливающимися, допускающими перекосы валов до 1/4 °);

– самоустанавливающиеся сферические подшипники.

По радиальным габаритным размерам различают следующие серии подшипников:

– сверхлегкие (серии диаметров 8 и 9);

– особолегкие (серии диаметров 1 и 7);

– легкие (серия диаметров 2);

– средние (серия диаметров 3;

– тяжелые (серия диаметров 4).

По ширине различают следующие серии подшипников:

– узкие;

– нормальные;

– широкие;

– особо широкие (легкая широкая серии диаметров 5, средняя широкая серии диаметров 6).

В обозначении подшипников указываются следующие параметры (рис. 13.1):

– две первые цифры справа для подшипников с диаметром внутреннего кольца от 20 до 495 мм обозначают значение диаметра внутреннего кольца, деленное на 5;

– третья цифра справа обозначает серию диаметров подшипников всех размеров, кроме подшипников с диаметром внутреннего кольца до 9 мм, а седьмая цифра справа – серию ширин;

– четвертая цифра справа обозначает тип подшипника:

0 – радиальный шариковый однорядный;

1 – радиальный шариковый двухрядный сферический;

2 – радиальный роликовый с короткими цилиндрическими роликами;

3 – радиальный роликовый двухрядный сферический;

4 – роликовый с длинными цилиндрическими роликами или иглами;

5 – роликовый с витыми роликами;

6– радиально-упорный шариковый;

7– роликовый конический;

8 – упорный шариковый;

9 – упорный роликовый;

– пятая или пятая шестая цифры справа обозначают конструктивные особенности подшипников, например угол контакта  в радиально-упорных шариковых подшипниках (3 – ; 4 – ; 6 – ); наличие защитных шайб в шариковых радиальных подшипниках (6 – с одной защитной шайбой; 8 – с двумя защитными шайбами); наличие стопорной канавки (борта) в радиальных роликовых подшипниках (0 – с двумя ботами на внутреннем кольце; 3 – с двумя бортами на наружном кольце; 4 – с двумя бортами на наружном кольце и одним бортом на внутреннем кольце), наличие встроенных уплотнений и т.д.

– справа через тире перед обозначением указывается класс точности подшипника (0 – нормальный; 6 – повышенный; 5 – высокий; 4 – особо высокий; 2 – сверх высокий).

Теоретически заказчик должен составить и выдать разработчику Техническое Задание — документ, в котором грамотно и чётко обозначены все технические, эксплуатационные и экономические параметры будущего изделия. Но, к счастью, этого не происходит, поскольку заказчик поглощён своими ведомственными задачами, а, главное, не имеет достаточных навыков проектирования. Таким образом, инженер не остаётся без работы.
Конструирование и проектирование механизмов