Что такое подшипник качения
подшипник качения
Большая советская энциклопедияподшипник качения - опора вращающейся части механизма или машины, работающая в условиях преобладающего трения качения, обычно состоящая из внутреннего и наружного колец, тел качения и сепаратора, разделяющего тела качения и направляющего их движение (рис. 1). По форме тел качения П. к. могут быть шариковыми и роликовыми с различной формой роликов. На наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного выполняются дорожки качения, геометрич. форма к-рых зависит от применяемых в данном подшипнике тел качения. Иногда в целях уменьшения радиальных габаритов применяют П. к. без одного из .колец, дорожка качения при этом выполняется непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали (рис. 2). Нек-рые П. к. (напр., игольчатые) могут не иметь сепаратора. Такие П. к. отличаются большим числом тел качения, а следовательно, и большей грузоподъёмностью. Предельная частота вращения бессепараторных подшипников ниже из-за повышенных моментов трения. По направлению действия воспринимаемой нагрузки П. к. разделяют на четыре группы: радиальные -предназначены для восприятия только радиальных (напр., роликоподшипники с игольчатыми роликами) или радиальных и ограниченных осевых нагрузок (напр., шарикоподшипники радиальные однорядные); радиально-упорные - для восприятия комбинированных, т. е. радиальных и осевых, нагрузок (напр., подшипники с конич. роликами); упорно-радиальные - для восприятия в основном осевых и незначительных радиальных нагрузок (имеют огранич. применение); упорные -для восприятия только осевых нагрузок.Рис. 1. Конструкция шарикоподшипника: 1 - наружное кольцо; 2-внутреннее кольцо; 3 - шарик; 4 - сепаратор (штампованный).
Рис. 2. Узел с подшипником качения, выполненным без внутреннего кольца (т. н. совмещённые опоры).
П. к. могут иметь один или неск. рядов тел качения и различную конструкцию. По комплексу признаков П. к. разделяются на типы (рис. 3). Кроме П. к. осн. типов, существуют их конструктивные разновидности (нек-рые из них показаны на рис. 4). Радиально-упорные шарикоподшипники изготавливают с различными номинальными углами контакта (обычно 12, 26, 36°). С увеличением угла контакта возрастают осевая жёсткость и способность воспринимать осевые нагрузки, но снижаются радиальная жёсткость и быстроходность. При установке радиально-упорных сдвоенных П. к. повышаются грузоподъёмность и жёсткость опоры, а также точность вращения вала. Шарикоподшипники с разъёмным внутренним или наружным кольцом воспринимают осевые нагрузки любого направления и точно фиксируют осевое положение валов.
Рис. 3. Основные типы подшипников качения: а - шарикоподшипник радиальный однорядный; б - шарикоподшипник радиальный двухрядный сферический (самоустанавливающийся); в - роликоподшипник с короткими цилиндрическими роликами радиальный однорядный без бортов на наружном кольце; г - роликоподшипник с витыми роликами радиальный однорядный; д - роликоподшипник с игольчатыми роликами радиальный с бортами на наружном кольце; е - роликоподшипник сферический с асимметричными роликами радиальный двухрядный; ж - шарикоподшипник ра-диально-упорный однорядный; з - роликоподшипник с коническими роликами радиально-упорный однорядный; и -шарикоподшипник упорный одинарный.
Конструкция П. к. может отличаться в зависимости от способа крепления (на валу или в корпусе). Так, П. к., предназначенные для крепления на конич. шейках валов, имеют конусное отверстие. Сферич. П. к. на закрепительных втулках устанавливают на гладких (без бортов) участках валов. Наружные кольца радиальных шарикоподшипников иногда выполняют с канавкой под установочную шайбу, применение к-рой упрощает осевое крепление в корпусе. Кольца и тела качения изготавливают из высокоуглеродистых закаливаемых до высокой твёрдости, реже из малоуглеродистых цементуемых сталей. Наиболее распространены хромистые стали ШХ15. В нек-рых случаях для П. к. применяют нержавеющие или теплостойкие стали. Сепараторы П. к. массовых серий изготавливают из малоуглеродистой стали, реже из нержавеющей стали и латуни (штамповкой из ленты или листов). Для изготовления массивных сепараторов П. к., предназначенных для работы при высоких скоростях, используют латунь, магниевый чугун, бронзу, дюралюмин, графитизированную сталь, текстолит, а также др. пластмассы.
Точность изготовления П. к. регламентирована классами: 0 (нормальный); 6; 5; 4; 2 (в порядке повышения точности). Во всех странах принят единый стандарт на габариты П. к. Для маркировки П. к. применяют цифровые обозначения. 1-я и 2-я цифры (считая справа) для П. к. с внутренним диаметром от 20 до 495 мм соответствуют этому диаметру, делённому на 5. 3-я и 7-я цифры для диаметров выше 9 мм обозначают серию наружных диаметров и ширин. Стандартами предусмотрены сверхлёгкие, особолёгкие, лёгкие, средние и тяжёлые серии подшипников по диаметрам; узкие, нормальные, широкие и особоширокие серии - по ширинам. Осн. распространение имеют лёгкие узкие (обозначаются цифрой 2 на 3-м месте и 0 на 7-м месте) и средние узкие серии (3 на 3-м месте и 0 на 7-м). 4-я цифра обозначает тип подшипника (0 -радиальный шариковый; 1 - радиальный шариковый двухрядный сферический; 2- радиальный с короткими цилиндрич. роликами; 3 - радиальный роликовый двухрядный сферический; 4 - радиальный роликовый с длинными цилиндрическими роликами или игольчатый;
5 - радиальный роликовый с витыми роликами; 6 - радиально-упорный шариковый; 7 - роликовый конический; 8 - упорный шариковый; 9 - упорный роликовый). 5-я и 6-я цифры обозначают конструктивные особенности подшипника. В условном обозначении П. к. нули левее последней значащей цифры не указываются. Класс точности маркируется слева от условного обозначения через тире. П. к., отличающиеся от стандартных конструкцией, материалами, технологией, термообработкой, отмечаются дополнительными знаками.
Изготовление П. к. в заводских условиях было начато в 1883 в Германии (см. Подшипниковая промышленность). В СССР выпускаются подшипники с внутренними диаметрами от долей мм до 1345 мм и массой от долей грамма до 4 т. П. к. применяют в различных машинах и приборах, в к-рых они работают в широком диапазоне частот вращения (до 200 000 об/мин) при темп-pax до 1000 оС; созданы шарикоподшипники, способные работать в глубоком вакууме. Широкое применение П. к. обусловлено рядом их преимуществ по сравнению с подшипниками, скольжения: меньшим моментом сопротивления вращению, особенно в начале движения, а также при малых и средних частотах вращения; большей несущей способностью на единицу ширины подшипника; полной взаимозаменяемостью; простотой эксплуатации; меньшим расходом смазочных материалов и цветных металлов; более низкими требованиями к материалам и термообработке валов. К недостаткам П. к. относятся: ограниченный ресурс, особенно при больших скоростях; большое рассеивание сроков службы; высокая стоимость при мелкосерийном и индивидуальном про-из-ве; большие радиальные габариты; меньшая Способность демпфировать вибрации и удары, чем у подшипников скольжения.
Рис. 4. Некоторые конструктивные разновидности подшипников: а - с канавкой на наружном кольце; б - с одной защитной шайбой; в - с двухсторонним уплотнением; г -с однобортовым внутренним, кольцом и с плоским упорным кольцом; д - с коническим отверстием; е - на закрепительной втулке; ж - сдвоенные: з - с разъёмным внутренним кольцом.
Энергетические потери в П. к. представляют собой результат сложного физич. процесса. Момент сопротивления определяется одновременным действием ряда явлений: проскальзыванием тел качения по площадкам контакта и гнёздам сепаратора, потерями на внутр. трение в материале контактирующих тел (упругий гистерезис), скольжением массивного сепаратора по центрирующим бортам колец, сопротивлением смазки (см. Смазка в технике) и внешней среды (см. Трение внешнее). Момент сопротивления можно приближённо определять, используя условное понятие о приведённом безразмерном коэфф. трения fпр:M = 0,5P*fnp*d, где Р - нагрузка на подшипник; d -диаметр отверстия в подшипнике.
Величина fпр = 0,0015-0,02 (меньшие значения принимают для шарикоподшипников, работающих при радиальных нагрузках и жидкой смазке). Для смазки П. к. применяют различные смазочные материалы: жидкие масла, пластичные смазки и в особых случаях твёрдые материалы. Наиболее благоприятные условия для работы П. к. обеспечивают жидкие масла, для к-рых характерны такие признаки, как стабильность при работе, сравнительно небольшое сопротивление вращению, способность хорошо отводить тепло, очищать подшипники от продуктов износа. Пластичные смазки лучше, чем жидкие масла, защищают поверхности от коррозии, для удержания их в узле не требуется сложных уплотнений.
П. к. рассчитывают на долговечность (ресурс) по динамич. грузоподъёмности и на статическую грузоподъёмность. Методы расчёта в СССР стандартизированы и соответствуют рекомендациям СЭВ и ИСО (Международной организации по стандартизации). Под долговечностью П. к. понимается расчётный срок службы, выраженный числом оборотов или числом часов работы, в течение к-рых не менее 90% из данной группы подшипников при одинаковых условиях должны отработать без появления признаков усталости металла (выкрашива-ния). Связь между расчётным ресурсом в млн. оборотов (L) или в часах (Lh,) и эквивалентной динамической нагрузкой (Р) устанавливается эмпирическими 
ская грузоподъёмность подшипника, постоянная радиальная или осевая (для упорных и упорно-радиальных П. к.) нагрузка, к-рую группа идентичных П. к. при неподвижном наружном кольце сможет выдержать в течение расчётного срока службы в 1 млн. оборотов вращающегося внутреннего кольца; Р - эквивалентная динамическая нагрузка, постоянная радиальная или осевая (для упорных и упорно-радиальных) нагрузка, к-рая при приложении её к П. к. с вращающимся внутренним и неподвижным наружным кольцом обеспечит такой же расчётный срок службы, как и при действительных условиях нагружения и вращения (значение Р определяется по формулам, в к-рых комбинир. нагрузка приводится к радиальной или осевой, эквивалентной по своему разрушающему действию); а - показатель степени, равный 3 для шарикоподшипников и 3,33 для роликоподшипников; п-частота вращения в об /мин. По статической нагрузке подбирают или проверяют П. к., воспринимающие внешнюю нагрузку в неподвижном состоянии или при вращении с частотой не более 1 об/мин.
Под статическойгрузоподъ-ёмностью (Со) принято понимать такую нагрузку на П. к., от действия к-рой в наиболее нагруженной зоне контакта возникает общая остаточная деформация тел качения и колец, не превышающая 0,0001 диаметра тела качения. Значения динамической и статической грузоподъёмности в кгс (н) указывают в каталогах для каждого типоразмера подшипника. По мере повышения качества П. к. эти значения увеличиваются. Значит, повышение долговечности П. к. возможно, напр., в результате совершенствования технологии, применения электрошлакового, вакуумно-дугового и двойного (электрошлакового и вакуумно-дугового) переплавов сталей.
Лит.: Подшипники качения. Справочное пособие, М., 1961; Детали машин. Атлас конструкций, под ред. Д. Н. Решетова, 3 изд., М., 1968; Спришевский А. И., Подшипники качения, М., 1969; Детали машин. Расчёт и конструирование. Справочник, под ред. Н. С. Ачеркана, 3 изд., т. 1, М., 1968; Подшипники качения. Каталог-справочник, М., 1972; ГОСТ 18854 - 73; ГОСТ 18855 - 73.
В. Н. Иванов.