Лекция № 13 и № 14 Подшипники качения. Подшипники скольжения.
Подшипники качения - это опоры вращающихся или качающихся дета лей, использующие элементы качения (шарики или ролики) и работающие на основе трения качения.
Классификация подшипников качения группирует последние по следующим признакам: по форме тел качения, по направлению восприни маемой нагрузки, по числу рядов тел качения, по самоустанавливаемости, по радиальным габаритным размерам, по ширине одного и того же диаметра, по степени точности.
Форма По форме тел качения различают: шариковые подшипники. Они наиболее быстроходные; роликовые подшипники имеют большую грузоподъемность. В зависи мости от формы роликов бывают: с цилиндрическими короткими роликами; цилиндрическими длинными роликами; игольчатыми роликами; бочкообразными роликами; коническими роликами; комбинированными роликами, с небольшой выпукло стью поверхности (7 -30 мкм на сторону ); витыми или пустотелыми роликами.
Признак самоустанавливаемости По признаку самоустанавливаемости бывают: несамоустанавливающиеся подшипники; самоустанавливающиеся подшипники. Например, сферичес кие самоустанавливаются при неточном угловом расположении осей вала и отверстия в корпусе.
По радиальным габаритным размерам производят подшипники каче ния: сверхлегкие (две серии); особо легкие (две серии) (рис. 13. 10, а); легкие и легкие широкие (рис. 13. 10, б, в); средние и средние широкие (рис. 13. 10, г, д); тяжелые (рис. 13. 10, е); особо тяжелые. По ширине одного и того же диаметра подшипники бывают: узкие; нормальные; широкие; особо широкие. По степени точности ГОСТ 520 -89 предусматривает пять классов точ ности (в порядке возрастания): нормальной точности - 0; повышенной - 6; высокой - 5; прецизионной - 4; сверхпрецизионной - 2. Подшипники качения могут выполняться с коническими посадочными отверстиями (угол конуса 1 : 12).
Обозначение подшипников качения
Шариковый подшипник Шариковый радиальный однорядный подшипник предна значен для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать и двух сторонние осевые нагрузки 0, 7 от неиспользованной радиальной. Удовлетво рительно работает при перекосе колец до 15'.
Шариковые подшипники Шариковые упорный одинарный и двойной подшипники воспринимают только осевые нагрузки, а двойной - знакопере менные. Удовлетворительно работают при скоростях до 5 -10 м/с.
Радикальный подшипник Роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими ро ликами воспринимает значительные радиальные нагрузки. Подшипник допускает осевое смещение колец и поэтому часто используется там, где необходимо обеспечить осевое перемещение вала. Роликовый радиальный двухрядный сферический подшипник допускает перекос валов до 2 -3°. Подшипник предназначен для восприятия радиальных нагрузок, но может воспринимать и двухсторон ние осевые - до 0, 2 от неиспользованной радиальной. Роликовый радиально-упорный с коническими роликами подшипник удобен в сборке, воспринимает радиальную и одностороннюю осевую нагрузку (угол контакта - 9 -17°) при скоростях до 15 м/с.
Игольчатый роликоподшипник воспринимает только ради альные нагрузки, при стесненных радиальных габаритах часто устанавлива ется без одного из колец. Посадочные поверхности вала и корпуса под иглы подвергают закалке до высокой твердости, шлифуют и полируют. Удовлетво рительно работает при скоростях до 5 м/с.
Материалы, применяемые для изготовления подшипников качения Кольца и тела качения подшипников изготовляют из шарикоподшипни ковых высокоуглеродистых хромистых сталей марок ШХ 15, ШХ 15 СГ, ШХ 20 СГ, а также из цементуемых легированных сталей марок 18 ХГТ и 20 Х 2 Н 4 А. Кольца и тела качения подшипников, работающие при темпе ратуре до 100 °С, имеют твердость 58 -65 НЯС. Для работы в условиях высо ких температур или агрессивных сред применяют специальные теплостойкие или коррозионно-стойкие стали 9 Х 18, ЭИ 347 Ш с твердостью 63 -67 НЯС. При требовании обеспечить немагнитность подшипников используют берил- левую бронзу.
Характер и причины отказов подшипников качения: Усталостное выкрашивание рабочих поверхностей колец и тел каче ния в виде раковин или отслаивания под действием переменных контактных напряжений. Его обычно наблюдают после длительной работы. Сопровожда ется повышенным шумом и вибрациями. Смятие рабочих поверхностей дорожек и тел качения (образование лунок и вмятин) вследствие местных пластических деформаций под дейст вием ударных или значительных статических нагрузок. Абразивное изнашивание вследствие плохой защиты подшипника от попадания абразивных частиц. Разрушение сепараторов от действия центробежных сил и воздейст вия на сепаратор разноразмерных тел качения. Разрушение колец и тел качения из-за перекосов колец или действия больших динамических нагрузок.
Основными критериями работоспособности являются: Долговечность по динамической грузоподъемности (рассчитывают подшипники с частотой вращения кольца n > 1 об/мин); Статическая грузоподъемность (рассчитывают невращающиеся и мед ленно вращающиеся подшипники с частотой вращения кольца n < 1 об/мин).
Подшипники скольжения Опорные устройства скольжения для вращающихся деталей (валов, осей и др. ) называются подшипниками, для поступательного движения направляющими скольжения. Опорный участок вала называется цапфой. Форма рабочей поверхности подшипника скольжения, так же как и форма цапфы вала, может быть цилиндрической, конической, плоской. Цапфу называют шипом, если она расположена на конце вала, и шейкой при расположении в середине вала.
Направляющие скольжения широко используются в металлорежущих станках, в кузнечно-прессовых машинах, приборах и др. Некоторые конст рукции направляющих в эскизном виде, где - цилин дрические, прямоугольные, «ласточкин хвост» , охватывающие.
Достоинства подшипников скольжения: Имеют повышенную долговечность в высокоскоростных механизмах; хорошо воспринимают вибрационные и ударные нагрузки; работают бесшумно; Имеют сравнительно малые радиальные размеры; допускают установку на шейки коленчатых валов.
Недостатки подшипников скольжения: В процессе работы требуют постоянного контроля за состоянием смазочного материала и возможностью перегрева; Имеют сравнительно большие осевые размеры; Имеют значительные потери на трение в период пуска и при несовершенной смазке; Требуют большой расход смазочного материала, его очистку и охлаждение. Подшипники скольжения применяют во многих отраслях техники. Обычно их используют в тех случаях, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно: Для валов изделий, работающих с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, прокатные станы, молоты и др. ); Для валов больших диаметров (валы гидротурбин, валы прокатных станов и др. ); Для валов высокоскоростных машин (центрифуги и др. ); для устройств повышенной точности (шпиндели станков, опоры меха низмов телескопов и др. ); в тихоходных машинах, бытовой технике; в приборах с малыми диаметрами валов и осей (часы, хронометры и др. ); в машинах, работающих в воде и агрессивных средах.
Конструкции подшипников скольжения Конструкции подшипников скольжения. Основные элементы под шипника скольжения - корпус и вкладыш. Корпус может быть цельным и разъемным. У подшипника с разъемным корпусом соединение крышки с основанием корпуса осуществляется с помощью болтов, шпилек, винтов или клиньев.
Классификация подшипников скольжения группирует последние по следующим признакам: по направлению воспринимаемой нагрузки: радиальные; упорные; радиально-упорные; по конструкции корпуса: с разъемным корпусом; неразъемным корпусом; по конструкции вкладышей (втулок): с регулируемым зазором; нерегулируемым зазором.
Основные требования Основными требованиями, предъявляемыми к материалу вкладыша, являются: 1. Малый коэффициент трения f в паре с валом. 2. Износоустойчивость. 3. Прирабатываемость. 4. Смачиваемость маслом. 5. Теплопроводность. Вкладыши подшипников скольжения бывают металлические, металлокерамические и неметаллические.
Подшипники скольжения могут выйти из строя по следующим причи нам: Абразивный износ является результатом работы подшипников сколь жения в условиях граничного (полупускового) трения, а также следствием попадания со смазкой абразивных частиц. Задир или заедание возникают при перегреве из-за понижения вяз кости масла. Усталостное выкрашивание поверхности происходит довольно редко и в основном характерно при действии нагрузок по отнулевому (пульсирую щему) циклу. Коррозия рабочих поверхностей. Критериями работоспособности подшипников в условиях несовершен ной смазки (граничная и полужидкостная) является износостойкость и сопро тивление заеданию.