Виды подшипников: назначение, конструкция и таблица размеров

Все существующие виды подшипников представляют собой сборочный узел, функциональное назначение которого заключается в поддержке подвижной конструкции (оси, вала и т. п. ) с определенной степенью жесткости. Одновременно подшипник выступает в роли одного из элементов опоры, надежно фиксирующего положение в пространстве в совокупности с обеспечением качения, вращения или линейного перемещения.

Разновидности сборочных узлов

В настоящее время технический прогресс, обусловивший неуклонное развитие инженерной мысли, абсолютно не способен развиваться без использования такого, казалось бы, незначительного элемента, как шарикоподшипник. Повсеместное применение этого изделия во всех сферах производства, начиная с миниатюрной бытовой техники и заканчивая грандиозными механизмами производственного оборудования, заставляет признать безальтернативность его использования. Все существующие в настоящее время шарикоподшипниковые узлы делятся на два основных типа: скольжения и качения.

Особенности подшипников скольжения

Конструктивное исполнение этого изделия не отличается сложностью и представляет собой устройство, принцип работы которого заключается в использовании трения скольжения. Основными элементами изделия являются корпус, в отверстии которого установлены приспособление для смазки и особая втулка из материала, обладающего высокими антифрикционными характеристиками.

Вращение подвижной конструкции (оси, вала) происходит благодаря наличию зазора между ним и внутренней поверхностью отверстия корпуса. От скрупулезности расчета указанного зазора всецело зависит эффективность работы всего узла. Тип трения скольжения, используемый в таких подшипниках, подразделяют на несколько базовых категорий:

• Газовое. Обусловлено присутствием газовой прослойки, гарантированно исключающей возможность соприкосновения поверхностей корпуса и подвижной конструкции.
• Граничное. Тонкая пленка смазочного материала, покрывающая поверхность изделия, обеспечивает вращение вала (оси), несмотря на его полный (либо частичный) контакт с антифрикционной втулкой.
• Жидкостное. Возможность непрерывного соприкосновения внутренней поверхности подшипника с осью (валом) исключается ввиду использования смазки, имеющей достаточно жидкую консистенцию.
• Сухое. Как следует из названия, смазочный материал в этом случае не применяется.

Отметим важность качества и вида смазочного материала, задействованного в работе изделия. В качестве основных видов смазок специалисты позиционируют полимерные, керамические, графитные, нейлоновые и т. д.

Классификация изделий

Модельный ряд подшипников, использующих трение скольжения, достаточно широк и разнообразен. Классифицируются эти изделия в зависимости от присутствия следующих признаков:

1. Форма отверстия в корпусе. Современные подшипники производятся со смещенными или несмещенными поверхностями и центром, а также имеющие одну или несколько поверхностей.
2. Число масляных клапанов. Как правило, это один или два, но бывает и больше.
3. Направление возникающих нагрузок. Определяются как радиальные, радиально-упорные и осевые.
4. Возможность (или невозможность) выполнения регулировочных работ.

Кроме характеристик, перечисленных выше, огромную роль играет вид конструктивного исполнения узла. Он может быть встроенным, разъемным и неразъемным.

Преимущества и недостатки

Говоря о достоинствах изделий, работа которых основана на трении скольжения, уместно помнить, что определение положительных свойств и характеристик всецело зависит от степени соответствия предполагаемому назначению подшипников. Тем не менее перечень объективно существующих плюсов таких изделий выглядит следующим образом:

• Неплохой показатель экономичности при использовании подвижной конструкции большого диаметра.
• Чрезвычайно широкий диапазон применения, обусловленный эффективной работой подшипника в режимах увеличенных вибрационных, ударных и скоростных нагрузок.
• Возможность регулировки зазора, обеспечивающая высокоточную установку оси вала.
• Апроприация в качестве изделия разъемного типа.

Вполне логичным будет предположить, что эксплуатация узлов, работающих по принципу скольжения контактных поверхностей, сопровождается и некоторыми минусами. И это действительно так:

• Наличие существенных потерь, возникающих при трении, значительно снижает КПД (в сравнении с подшипниками качения).
• Довольно высокая себестоимость, вызванная применением в конструкции цветных металлов и трудоемкостью изготовления.
• Отсутствие возможности нормального функционирования без использования смазок.
• Неравномерность износа как самого изделия, так и цапфы.

В настоящее время производится еще несколько групп узлов скольжения, обладающих некоторыми особенностями устройства: самосмазывающиеся, сегментные, шарнирные. Последние являются одними из немногих моделей, прошедших стандартизацию и выпускаемых серийно.

Характеристики подшипников качения

Конструктивное исполнение такого изделия предусматривает наличие следующих элементов: два металлических кольца, на внутренней поверхности которых проточен желобок, шарики, иглы или ролики, размещаемые между кольцами, и фиксирующий их сепаратор, помещенный между ними. Надо заметить, что существует достаточно много моделей подшипников, не имеющих в конструкции таких элементов, как сепаратор или одно из колец. В первом случае это связано с необходимостью получения уменьшенных габаритных размеров изделия, а во втором — увеличения показателя грузоподъемности.

Функционирование узлов основано на принципе использования силы трения качения, при помощи специальных элементов: роликов, шариков или игл.

Признаки классификации

Чем отличаются друг от друга вышеназванные изделия? Признаками, положенными в основу классификации таких узлов, являются:

1. Направление восприятия нагрузок. По данному признаку подшипники делят на радиальные, воспринимающие исключительно радиальные нагрузки, в крайнем случае осевые, но очень небольшие по величине. Упорные, или рассчитанные на осевые нагрузки. Радиально-упорные и упорно-радиальные, предназначенные для комбинированных нагрузок в различных процентных соотношениях. Кроме того, следует отметить, что радиальные изделия могут быть открытыми и закрытыми, то есть защищенными уплотнениями с одной или двух сторон.
2. Количество рядов. Различают однорядные, двухрядные и многорядные.
3. Конфигурация тел качения. Может быть шариковой или роликовой.
4. Габариты или размерные серии. По ширине различают особо широкие, широкие, нормальные и узкие изделия. Радиальные габариты делят подшипники на тяжелые, средние, легкие и сверхлегкие. Самое широкое распространение получили средние, легкие и особо легкие серии.
5. Самоустанавливаемость (один из базовых конструктивных признаков). Классификация признает подшипник, допускающий взаимный перекос колец от 4⁰ до 8⁰, не самоустанавливающимся. Если данный показатель менее 4⁰ — изделие самоустанавливающееся.
6. Класс точности. В соответствии с этим признаком узел может соответствовать нормальному, повышенному, высокому, прецизионному и сверхпрецизионному классу.
7. Специальные технические требования. Они подразумевают деление на теплостойкие, коррозионно-стойкие, высокоскоростные, самосмазывающиеся, немагнитные, малошумные и некоторые другие.

Еще одним из признаков, по которым производится классификация подшипников качения, служат конструктивные особенности изделий. Их достаточно много, но группа основных системных идентификаторов выглядит примерно так:

• отверстие конической формы, обеспечивающее фиксацию на валу посредством закрепительных втулок;
• выполнение одного из колец разъемным;
• наличие на наружном кольце выступа, предназначенного для его монтажа в корпусе узла;
• присутствие защитных шайб, уплотнений и т. п. ;
• наличие выпуклых участков поверхности качения роликовых подшипников, увеличивающее значение допустимого угла перекоса.

В классификации определена еще одна разновидность изделия — магнитного узла или подвеса. Его работа основана на принципе использования левитации, созданной магнитным и электрическим полями. Особенность их функционирования заключается в возможности подвеса и бесконтактного вращения вала, исключающего возникновения трения и износа.

Плюсы и минусы использования

Требования ГОСТа устанавливают предельно жесткие нормативы, регламентирующие производство подшипников такой конструкции. Соответствие указанным положениям обеспечивает изделиям наличие следующих преимуществ:

• Отсутствие необходимости использования дорогостоящих цветных металлов, что благоприятно влияет не только на себестоимость изделия, но и на цену, предлагаемую потребителю.
• Исключительно высокий КПД, обеспечиваемый многократным уменьшением момента трения и, как следствие, достижением минимальных потерь.
• Возможность производства подшипников практически любых габаритных размеров, что существенно расширяет диапазон сфер их применения.
• Превосходные эксплуатационные характеристики, простота замены и неприхотливость в техническом обслуживании.
• Минимальный расход смазки.
• Приемлемая цена, обусловленная массовостью производства и оптимальностью количества применяемых материалов.
• Высокая степень взаимозаменяемости, позитивно сказывающаяся на простоте и скорости проведения ремонтных работ оборудования и машин, в конструкцию которых включены подшипники качения.

Вместе с тем изделия такого типа по определению не могут характеризоваться исключительно достоинствами. Как и любой из механизмов, они имеют конкретные, пусть несущественные, но недостатки:

• Ограничения в использовании. В подавляющем большинстве случаев расшифровка марки информирует о полной непригодности применения подшипников качения в оборудовании, функционирование которого происходит на сверхвысоких скоростях и сопровождается повышенными ударными и вибрационными нагрузками.
• Невозможность создания абсолютно бесшумных узлов вследствие погрешности форм.
• Достаточно большие показатели собственной массы и габаритов, определяемых в радиальном направлении.
• Необходимость соблюдения максимально возможной точности в процессе установки изделия. Даже небольшие погрешности приводят к выходу из строя всего узла раньше установленного срока.

Кроме того, практика показывает рост количества заявок на изготовление небольших партий изделий, обладающих нестандартными типоразмерами. Это вызывает значительное увеличение их отпускной стоимости.

Таблица размеров

Каталог шариковых подшипников по размерам призван помочь в поиске оптимального технического решения. Подбор подшипников по размерам, таблица которых содержит бесценную информацию о таких параметрах изделий, каковыми являются величина диаметра внутреннего (внешнего) кольца, ширина изделия и т. п. , обеспечивает не только правильный выбор комплектующих, но и быстрый подбор аналогов. Таким образом, можно утверждать, что использование таблицы размеров подшипников качения является достаточно важным фактором в обеспечении бесперебойности рабочего процесса.

И в заключение необходимо рассмотреть еще один немаловажный момент, касающийся срока службы подшипников. Существует несколько факторов, непосредственно влияющих на продолжительность эксплуатации этих изделий:

1. Защищенность от негативного воздействия внешней среды.
2. Усталостное разрушение металла, использованного для изготовления элементов узла и следующее за ним «крошение».
3. Твердость и степень обработки подвижной конструкции.
4. Применение установленных производителем типов и количества смазочных материалов.

Современные марки стали, в совокупности с высоким качеством исполнения, способны обеспечивать шарикоподшипникам возможность увеличения номинального ресурса, заявленного производителем. Единственными условиями такого продления являются контроль показателей контактных нагрузок и соблюдение нормативов технического обслуживания.