что такое упорные подшипники
Как работает подшипник
Подписка на рассылку
Как работает подшипник скольжения
Подшипник скольжения, по большому счету, работает по принципу вращающейся втулки. Основу конструкции такого подшипника составляют два стальных кольца, третий элемент ― вкладыш из антифрикционного материала, обеспечивает нужные свойства скольжения. Сопряженные контактные поверхности образуют контактные пары с различными характеристиками.
Сферическая контактная поверхность позволяет шарнирному подшипнику скольжения направлять вал со значительными отклонениями от соосности и углом относительно корпуса. Устойчивость к сильной вибрации, ударам при высокой радиально-осевой нагрузке делают сферические подшипники скольжения незаменимыми в узлах определенной конструкции на транспорте и в промышленности.
Как работают шариковые подшипники
Шариковые подшипники качения создают минимальное трение благодаря точечному контакту. Для удержания и направления шариков, они скрепляются сепаратором, а на кольцах выполняются дорожки. От глубины дорожек, их размещения друг относительно друга, зависит способность восприятия осевой нагрузки и то, к какому функциональному типу относится подшипник: радиальному или радиально-упорному. Если дорожки расположены друг напротив друга без смещений, значит это радиальный подшипник, который воспринимает быстрое и очень быстрое вращение без осевой нагрузки. Если дорожки смещены под углом 10-40 градусов, значит подшипник радиально-упорный и предназначен для быстрого вращения с односторонней осевой нагрузкой.
Двухрядные подшипники качения воспринимают вращение в обоих направлениях, обладают большой грузоподъемностью. Подшипники с общей наружной сферической дорожкой способны самоустанавливаться под действием центробежной силы, и компенсировать отклонения вала на угол 1-3 градуса.
Как работает роликовый подшипник
Роликовый подшипник устроен аналогично шариковому, только имеет роликовые тела качения. Ролики цилиндрической, сферической, конической, сфероконической формы образуют линейный контакт с дорожками качения, благодаря чему, помимо высокой скорости вращения, выдерживают большое статическое отягощение. Подшипники с цилиндрическими роликами предназначены для высокой радиальной нагрузки. Сферические ролики устанавливаются в радиальных самоустанавливающихся моделях. Радиально-упорные и упорно-радиальные подшипники с коническими роликами воспринимают высокую осевую одностороннюю нагрузку. Сфероконические ролики позволяют самоустанавливаться при высокой осевой и радиальной нагрузке.
Как работает упорный подшипник
Упорные подшипники устанавливаются в вертикальные опоры вращения для восприятия высокой осевой нагрузки при медленном вращении. Шариковые или роликовые тела в них размещаются горизонтально. Одинарные упорные подшипники рассчитаны на повороты в одну сторону, а двойные (двухрядные) ─ в обе. Упорные подшипники с цилиндрическими и игольчатыми роликами являются самыми компактными по высоте поперечного сечения, могут выполняться без колец.
Упорный шарикоподшипник
Относящийся к опорам качения упорный шарикоподшипник – это распространенная в современной механике деталь, предназначенная для восприятия исключительно осевой нагрузки. Двухрядные модели могут воспринимать разнонаправленные усилия вдоль оси, но при этом даже небольшой радиальный тип нагрузки им противопоказан из-за особенностей конструкции. Изделие применяется в узлах, работающих при относительно небольших нагрузках и невысокой частоте вращения.
Устройства и особенности упорных подшипников
Предназначенный для односторонней осевой нагрузки шарикоподшипник упорный однорядный состоит из тугого, устанавливаемого на вал и свободного, монтируемого в корпус, кольца. Между ними находятся шарообразные тела, обеспечивающие качение, а также сепараторы. Одинарный подшипник такого типа изготавливается разборным, что значительно упрощает его монтаж на вал и в корпус механизма. Свободное кольцо этих упорных деталей может иметь не только плоскую, но сферическую опорную поверхность. Такие шарикоподшипники могут компенсировать небольшой перекос вала относительно поверхности корпуса, на которую опирается узел вращения.
Раньше для сборки узла вращения с разнонаправленными осевыми нагрузками, применяли два упорных подшипника, которые монтировали по особой схеме. Такой тандем работал как единая опора и обеспечивал достаточную эффективность и надежность. Но эта система имела ряд важных недостатков, среди которых наиболее существенными можно считать удорожание узла, увеличение его габаритов и усложнение монтажа и обслуживания.
Сегодня для двухсторонних упорных нагрузок чаще используют упорные шарикоподшипники двухрядные, компактные и недорогие. У этих опор одно центральное тугое и два свободных кольца, каждое со своим комплектом шариков и сепараторов. Также как и однорядные модели, они могут использоваться лишь для упорных нагрузок. Конструкция этих изделий также разборная, для упрощения монтажа. Подшипник радиальный шариковый с двумя рядами тел качения не относится к опорам, используемым в узлах с высокой частотой вращения. Это ограничение связано с тем, что при серьезных центробежных нагрузках шарики таких опор могут покинуть дорожки, что вызовет разрушение опоры.
В тех узлах вращения, где кроме осевых сил присутствует радиально направленная нагрузка, применяют радиально упорные шарикоподшипники. Он упорных они отличаются распределением нагрузок внутри детали – комбинированная упорно-радиальная сила действует на шарики под углом и передается на дорожки с массивными бортами. Угол контакта тел качения с дорожкой – одна из важнейших характеристик такой опоры, так как от него зависит величина осевой или радиальной силы, с которой может работать деталь. Как правило, к материалам и точности упорно-радиальных изделий предъявляют особенно жесткие требования. Это связано с тем, что они работают при более высоких скоростях, а их конструкция на порядок сложнее, чем у обычных упорных.
Когда возникает вопрос, какую нагрузку воспринимают шарикоподшипники упорные того или иного типа, важно помнить, что компромисс недопустим и модели для работы с осевыми силами быстро разрушатся там, где к ним будет приложена радиальная нагрузка. Материал колец и сепараторов упорных деталей менее прочен чем упорно-радиальных – это обеспечивает некоторую экономию, в ущерб надежности. Для изготовления колец и тел качения применяют высокоуглеродные хромистые стали. Если нужно, чтобы кольцо обладало особым запасом прочности, его, как и шарик, изготавливают из особых сортов стали, из состава которых различными методами выводят неметаллические включения. Это обеспечивает высокую однородность металла и отсутствие в нем негативных внутренних напряжений.
Сепараторы упорных и упорно-радиальных подшипников обычно литые и массивные. Их изготавливают из следующих материалов:
• Латунь;
• Полиамид;
• Текстолит.
Наиболее прочные, но при этом и самые дорогостоящие модели выпускаются с латунными литыми сепараторами. Полиамид – отличный материал для опор, размер которых относительно невелик. Этот полимер очень стоек к истиранию, но имеет существенный недостаток – боится нагревания выше +120°С. Текстолит по своим эксплуатационным свойствам занимает промежуточную позицию между латунью и полиамидом и упорный шариковый подшипник с сепаратором из этого материала отлично показывает себя там, где нагрузки и температуры умеренны.
Применение упорных шариковых подшипников
Востребованы эти опоры в приборостроении, автомобильной индустрии и машиностроении. Часто их используют в домкратах, червячных и глобоидных передачах и вращающихся центрах металлообрабатывающих станков, системах сцепления, поворотных опорах. Следует учитывать, что с большими валами и серьезными нагрузками лучше себя показали роликовые модели, в которых нагрузка от тел качения к дорожкам колец передается не точечно, а вдоль линии.
Следует помнить, что срок службы упорного подшипника напрямую зависит не только от его качества, но и от того, насколько профессионально был проведен монтаж. Внутреннее тугое кольцо устанавливается на вал внатяг, что подразумевает максимально точный подбор изделия в соответствие со всеми допусками. Иногда при сборке особо точного узла берут несколько шт. одинаковых деталей и выбирают из них ту, которая максимально точно «сядет» на вал и в корпус.
Во избежание проблем в процессе эксплуатации нельзя использовать ударные методы воздействия, а также передавать нагрузку от кольца к кольцу через тела качения. Оптимальным способом установки является метод напрессовки при помощи специальных механических, гидравлических и пневматических прессов, равномерно воздействующих на монтируемое кольцо по всей его окружности. Также важно помнить, что, как и любой шариковый подшипник, упорные и упорно-радиальные изделия очень требовательны к соблюдению чистоты при установке и в процессе эксплуатации, а также к качеству смазки.
Радиально-упорный подшипник
Подшипник: общее понятие
В широком смысле подшипник — это опора для вращающейся оси/вращающегося вала. Эта опора принимает на себя радиальную/осевую нагрузку, предназначенную для оси или вала, а далее передает ее в область рамы, корпуса или какой-либо другой части механизма.
Одновременно подшипник выполняет важную функцию – надежно удерживает вал в предложенном пространстве, при этом дает ему возможность беспрепятственно, в зависимости от конструкции: раскачиваться/вращаться/ передвигаться линейно.
Все эти движения вала происходят, благодаря подшипникам, с минимальными затратами энергии. От правильно выстроенного порядка этой цепочки зависит качество работы и продуктивность того или иного механизма, прибора, машины и так далее.
На сегодняшний день существуют следующие виды подшипников:
Все они представлены в нашем каталоге подшипников в разделе “радиально-упорные подшипники”
Далее будет подробно рассмотрен радиально упорный шариковый подшипник
Радиально упорный подшипник: понятие и назначение
Радиально-упорный подшипник представляет собой конструктивный узел, предназначенный для того чтобы принимать на себя и осевую и радиальную нагрузки. Радиальная нагрузка — это нагрузка, которая носит перпендикулярный характер относительно вала. Радиальная нагрузка на подшипник провоцирует проявление в подшипнике осевых усилий. Самым оптимальным вариантом будет наличие в механизме второго подшипника, который и примет на себя осевые усилия.
Конструктивные узлы могут быть разных вариантов модификации. Подшипник радиально-упорный шариковый бывает открытым или с защитной металлической шайбой/контактным уплотнением. Модификация, оснащённая четырьмя контактами, обладает разъемными внешними/внутренними кольцами, принимает максимум осевых нагрузок.
Подшипник радиально-упорный шариковый оснащен полиамидным сепаратором. Также встречаются конструктивные узлы с латунным или стальным сепаратором. Эти подшипники принимают радиальную и осевую нагрузку одностороннего характера. Роликовый радиально-упорный подшипник, как правило, оснащен телом качения конического вида.
Поскольку расположение роликов по отношению к оси вращения производится под определенным углом, этот тип устройства принимает на себя комбинированные нагрузки.
На максимальную величину такой нагрузки влияет угол соприкосновения тел и дорожек качения. Широко применяются во всех отраслях машиностроения, сельскохозяйственной отрасли, химической промышленности и многих других сферах, в частности упорно радиальный подшипник встречается в:
Чаще всего используется подшипник шариковый радиально упорный однорядный, очевидным преимуществом использования которого можно считать: тихий ход, малое трением, высокая частота вращения, долгий срок службы.
Конические радиально-упорные устройства могут быть следующих типов:
Радиально упорный подшипник: материал производства
Производство ведется как самих подшипников, так и их колец, а также тел качения ведётся из сертифицированной стали 100Cr6 (1.3505), соблюдая SAE52100 и SUJ2..
Подшипник радиально упорный шариковый: размеры
Поскольку радиально-упорные подшипники – это неотъемлемая часть множество механизмов, количество их размеров тоже множество. Размер таких подшипников определяется серией диаметров и серией ширин. Радиально упорные подшипники размеры таблица:
Подшипники роликовые радиально упорные размеры таблица:
Установка радиально упорных подшипников
Перед установкой упорно радиальные подшипники следует промыть, это обязательное правило для всех модификаций подшипников. При монтаже/установке радиально упорного подшипника, прежде всего, учитывается показатель валового линейного удлинения.
При завышенных температурных показателях и вследствие уменьшения зазора оси упорно радиальный подшипник может быть повреждён. Осевые зазоры регулируются путем перемещения наружных колец. Поскольку работа достаточно кропотливая и от ее качества будет зависеть функционирование всего механизма в целом, лучше обратиться к профессионалам в этом вопросе.
Важным фактором является не только правильная установка, но и правильный выбор самого подшипника, во первых необходимо учитывать размеры, диаметр и класс, а также руководствоваться следующими критериями:
Устройство подшипника: как устроены и из чего состоят – схемы
В нашей статье мы подробно расскажем, как устроены подшипники скольжения и качения (шариковые и роликовые). Знание структуры подшипникого узла и его деталей поможет не ошибиться при монтаже или демонтаже, ремонте и замене важных компонентов.
Структура
Когда человечество столкнулось с проблемой перетирания осей от долгой эксплуатации, то «пытливые» умы предков начали работать над этой задачей. Первым прототипом конструкции, облегчающей глоссирование, стала втулка из материала с малым трением, набитая смазкой. Сегодня принципиальное строение не изменилась. Только стали применять более современные материалы, такие как: керамика, бронзовые сплавы, полимеры.
Для облегчения движения вала в 1780 году в Великобритании впервые были применены шары. Это был аналог опорного шарикового механизма, который сохранился в первозданном виде до сегодняшнего дня.
Схемы опоры по их видам и описание
В промышленности и быту используется огромное разнообразие узлов, которые снижают трение при вращении и продольном глоссировании.
Далее мы приведем чертежи устройства и покажем, из каких деталей состоят подшипники качения и скольжения, его составные части.
Шариковые радиальные
Эти приспособления являются наиболее распространенными видом, состоящие из внешней и внутренней обоймы с технологической выемкой. В пространство между ними вставлены металлические или керамические шарики, закрепленные сепаратором.
Эти изделия бывают открытыми или закрытыми (между обоймами ставится шайба, предотвращающая попадания грязи внутрь и вытекание смазки). Промышленность изготавливает все типоразмеры в разном исполнении с одной или двумя защитными шайбами, с мембранами для предотвращения попадания грязи. В таких изделиях на заводах заранее делают канавку для фиксации с помощью кольца. Если требуются элементы качения с очень длительным сроком эксплуатации, то создаются модели, имеющие усиленные корпуса большей ширины и толщины.
Сепаратор может быть изготовлен:
Выпускаются детали с двумя рядами качения.
Этот механизм выдерживает в два раза большую нагрузку и способен поддерживать ориентацию оси. В некоторых случаях, одним таким узлом можно заменить группу из двух однорядных.
Шариковые упорные
Они предназначены для ограничения движения вала вдоль оси вращения. Обычно состоят из верхней и нижней шайб с технологическими канавками и сепаратора с шариками.
Эти приспособления бывают однорядными и двухрядными, как с последовательным, так и с радиальным расположением элементов качения. Для упрощения монтажных работ выпускаются изделия с дополнительной платформой, обеспечивающей равномерное усилие на опору.
Упорно радиальные
В случае, когда требуется не только достичь легкого вращения, но и ограничить перемещение стержня вдоль оси, используются такие установки.
Этот вид применяется для узлов с большой нагрузкой. Существуют следующие типы:
Строение и устройство опорного подшипника
Деталь необходима для ограничения продольного движения оси вращения. Она является аналогом упорного шарикового приспособления.
Группа с коническими роликами
При необходимости компенсировать радиальные и осевые нагрузки, используются узлы с элементами качения в форме конуса. Наиболее распространен вид – это однорядный.
Эта запчасть является разборной и имеет функцию регулировки после длительной эксплуатации. В большинстве случаев они ставятся в паре. Все легковые автомобили в прошлом и основная масса грузовиков сейчас имеют такое приспособление в ступице колеса. Также он широко распространен в сельскохозяйственной технике, где на середины прикладываются большие усилия, при этом обороты не высокие. Этот узел постепенно вытесняется из использования, так как требует постоянного обслуживания.
Двухрядные
Вместо использования двух деталей можно использовать одну. При этом сохраняется возможность регулировки и не теряется функция контроля осевого смещения. В косозубых передачах такая конструкция обеспечивает постоянное совпадение шестеренок.
Такой блок незаменим в тяжелой промышленной и горнодобывающей технике, в железнодорожном транспорте.
Роликовые опорные
При повышенном усилии, направленном вдоль середины, требуется установка подшипников несколько другого строения. Они бывают с конусными, со сферическими и цилиндрическими звеньями качения.
Сепаратор из стали
В механизмах, где необходима самоцентация опорного элемента, используются детали со сферическими роликами. Они выдерживают большие нагрузки, высокие обороты вращательного движения, не критичны к соосности стержня и к месту посадки. Применяются в устройствах с большим осевым давлением, таких как: ветрогенератор, экструдер, поворотные приборы тяжелой промышленности, металлургическое оборудование.
Самоустанавливающиеся подшипники (плавающие)
В производстве требуется добиться устойчивого, длительного вращения валов, которые невозможно или нецелесообразно точно отцентрировать. Например, привода на сельскохозяйственной технике, на поливочной системе. В этом случае употребляются узлы скольжения, автоматически выбирающие плоскость поворота.
Общей особенностью этих блоков является обработка одной из поверхностей в виде шара.
Как видно по схеме, изделие имеет возможность свободно вращаться при несовпадении координат посадки и опоры. У этого вида часто используется дополнительный компонент – клиновидный замок для фиксации на валу.
Эта иллюстрация хорошо показывает главное преимущество этого типа. Он стабильно работает при осевом смещении и при несовпадении плоскостей.
Самоустанавливающиеся механизмы подразделяются на два основных класса:
Такое приспособление легко монтируется, но выдерживает не очень высокие перегрузки.
Такой класс применяется в конструкциях, где невозможно или нецелесообразно достичь высокой степени совмещения узлов. Также в случаях, когда точки посадки не могут быть неподвижными. Одним из недостатков такого соединения является трудность удержать смазку внутри детали.
Игольчатые
Элемент качения в форме вытянутого продолговатого цилиндра позволяет резко сократить разрыв между внешним и внутренним диаметрами. Размер устройства скольжения становится заметно меньше. Это качество нашло применение в конструкциях, где невозможно поставить классические шариковые или роликовые опоры из-за слишком больших габаритов. Они используются в коробках передач для легковых и грузовых автомобилей. На этой основе сделаны крестовины карданного вала.
Вместо внешней или внутренней обоймы в данной конструкции часто используются посадочное место с высоким качеством обработки. Что позволяет сэкономить несколько миллиметров необходимого пространства. Существую модели игольчатого прибора без сепаратора, рассчитанные на небольшие угловые скорости или движение качания (крестовины карданной передачи).
Подшипник скольжения – из чего он состоит, его устройство
С этим механизмом мы сталкиваемся на каждом шагу. В любом аппарате, имеющим подвижность, можно найти такую деталь: дверные петли, втулки колес детской коляски, скользящие прокладки в бытовой технике, в стартере автомобиля.
Конструкция состоит из корпуса, скользящего слоя и вращающихся элементов. Инженеры стараются добиться минимального сопротивления между поверхностями, поэтому используют материалы с малым коэффициентом трения (бронзовые сплавы, чугун, полимеры, керамику). Следующим шагом по облегчению глоссирования является введение дополнительного слоя, создающего просвет между плоскостями. Для этого применяются разные виды смазок, таких как: специализированное масло, литол, графит, вода для керамики, инертные газы, эмульсии с литиевым мылом и сульфатом кальция.
Приборы скольжения разделяются на два основных вида: радиальные и упорные. Например, в соединении шатуна и коленчатого вала используются вкладыши, обеспечивающие вращательное движение. Между блоком и кривошипом стоят прокладки, ограничивающие осевое смещение.
Подробнее рассмотрим разновидность с жидкой смазкой.
При совершении оборотов жидкость вовлекается в пространство между трущимися поверхностями, это создаёт зазор и резко снижает сопротивление. Если нет возvожности поддержания постоянного уровня жидкости, то целесообразно использование системы с искусственным нагнетанием смазки под давлением.
В современных изделиях используется не только масло, но и стандартные вещества. Например, в керамических подшипниках бытовых циркуляционных насосах применяется вода.
Устройство вращения на основе газовой прослойки
Одним из недостатков такой системы является низкое усилие на ось. При этом фактически полное отсутствие трения в стандартных режимах работы делают ее незаменимой в решении многих инженерных задач. У такого типа плохие характеристики по сопротивлению в режиме пуска и остановки.
Магнитные
Самым новым видом приспособления, снижающим трение, представляют механизмы на основе физического принципа отталкивания магнитов с разной полярностью. С развитием науки появилась возможность подвесить ось между соленоидами так, чтобы она не имела контакта с оправкой.
Главным преимуществом является полное отсутствие препятствия для вращения. При этом практически не выделяется тепло. Значит решается проблема отведения лишнего нагрева. При помощи сильных магнитных полей возможно достичь больших рабочих нагрузок.
Важный недостаток таких комплексов: сложность конструкции; обязательное наличие дополнительного источника энергии, которой требуется больше при увеличении силы воздействия.
Не вращающиеся механизмы скольжения
В стандартном понимании это деталь между корпусом и валом. Требуется достичь минимального сопротивления при продольном движении. Аппараты,обеспечивающие такую функцию, называются так же. Они делятся на скольжение и качение. Например, в современной мебели выдвижные ящики оборудованы полосками, элементы которых сделаны из шариков. В принтерах, сканерах, в жестком диске компьютера используют устройство, позволяющее равномерно и беспрепятственно двигаться по направляющим с высокой степенью обработки.
Возникает необходимость многократного использования резьбового соединения. Чтобы избежать истирания выпускаются продольно-радиальные механизмы. Они являются аналогом винтового привода с использованием шариков для снижения трения и энергозатрат.
В нашей статье мы привели часть примеров и схемы, рассказали, из чего состоит шариковый, роликовый, игольчатый и подшипник скольжения. Разнообразие данных изделий вы можете посмотреть на сайте компании «Подшипник.моби», которая реализует большой ассортимент изделий, продукции от лучших отечественных и зарубежных брендов.