Опоры валов и осей

Валы и вращающиеся оси монтируют на опорах, которые определяют положение вала или оси, обеспечивают вращение, воспринимают нагрузки и передают их основанию машины. Основной частью опор являются подшипники, которые могут воспринимать радиальные, радиально-осевые и осевые нагрузки; в последнем случае опора называется подпятником, а подшипник носит название упорного.

Подшипники вращающихся осей некоторых транспортных сред (например, железнодорожных вагонов) с преобладающей вертикальной нагрузкой называют буксами. По принципу работы различают подшипники скольжения, в которых цапфа вала скользит по опорной поверхности, и подшипники качения, в которых между поверхностью вращающейся детали и опорной поверхностью расположены тела качения. От качества подшипников в значительной степени зависит работо­способность, долговечность и КПД машин.

Подшипники качения

Подшипники работающие по принципу трения качения, называются подшипниками качения. В настоящее время такие подшипники имеют наибольшее распространение.

Подшипники качения стандартизованы и в массовых количествах выпускаются специализированными заводами. Подшипники качения изготовляют в большом диапазоне типоразмеров с наружным диаметром от 2 мм до 2,8 м и массой от долей грамма до нескольких тонн.

В большинстве случаев подшипник каче­ния (рис. 13.9) состоит из наружного и внутреннего кольца с дорожками качения, тел качения (шарики или ролики) и сепаратора, удерживающего тела качения на определенном расстоянии друг от друга. В некоторых случаях для уменьшения радиальных размеров одно или оба кольца подшипника могут отсут­ствовать; в этих случаях тела качения перемещаются непосредственно по канавкам вала или корпуса.

Рисунок 13.9 - Подшипник каче­ния

Достоинства подшипников качения: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты в Щ осевом направлении, невысокая стоимость (массовое производство) и высокая степень взаимозаменяемости.

К недостаткам подшипников качения относятся: чувствитель­ность к ударным и вибрационным нагрузкам, большие габариты в ради­альном направлении, малая надежность в высокоскоростных приводах.

На рис. 13.10 показаны различные тела качения: а — шарик; б, д — цилиндрические ролики (короткий, если отношение его длины к диаметру меньше или равно 2,5: длинный, у которого отношение длины к диаметру больше 2,5; игольчатый, если его диаметр не более 6 мм, а длина в 3—10 раз больше диаметра); в - конический ролик; г - бочкообразный ролик; е - витой ролик, хорошо воспринимающий ударную нагрузку.

Рисунок 13.10 - Тела качения: (а) шарик; (б, д) цилиндрические ролики , (в)конический ролик; (г) бочкообразный ролик; (е) витой ролик

Кольца Ии тела качения обычно изготавливают из подшипниковых сталей с высоким содержанием хрома, например ШХ15, ШХ20СГ, 18ХГТ и др. Сепараторы штампуют из качественной углеродистой конструкционной стали. Массивные сепараторы для высокоскоростных подшипников изготавливают из латуни, бронзовых и алюминиевых сплавов, текстолита, магниевого чугуна и пр.

Кольца и тела качения подшипников закаливаются до твёрдости 60-65 HRC.

Классификация подшипников качения может осуществляться по по направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, радиально- упорные, упорно-радиальные, упорные, комбинированные); по возможности самоустановки (самоустанавливающиеся, несамоустанавливающиеся); по габаритным размерам (серии диаметров и ширин); по конструктивным особенностям (с контактным уплотнением, с защитной шайбой, с фланцем на наружном кольце и т. д.).

ГОСТ устанавливает для подшипников качения следующие клас­сы точности (в порядке повышения точности): 0; 6; 5; 4 и 2. Нормальный класс точности обозначается цифрой 0, сверхвысокий класс точности обозначается 2. В общем машиностроении обычно применяют подшипники класса точности 0.

На рис. 13.11 показаны относительные размеры подшипников неко­торых серий и ширин при одном и том же внутреннем диаметре подшипники изображены упрощенно в соответствии с ГОСТом).

Принцип образования обозначения размерных серий (сочетаний серий диаметров и ширин) подшипников качения стандартизован.

Кроме названных на рис. 13.11, есть серии сверхлёгкая, а также (в зависимости от ширины) особоузкая, узкая и особоширокая. Подшипники разных серий отличаются размерами колец, тел качения и нагрузочной способностью.

Подшипники маркируют путём нанесения на торец кольца цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр подшипника, его серию, тип, разновидную конструктивность, и в некоторых случаях ряд дополнительных сведений, характеризующих специальные условия изготовления данного подшипника, например, класса точности, радиального зазора, осевой игры, момента трения, шумности и др.

Рисунок 13.11 - Относительные размеры подшипников

Система условных обозначений шариковых и роликовых подшипни­ков устанавливается ГОСТом. Порядок отсчета цифр в условном обозна­чении подшипника ведется справа налево. Первые две цифры справа обо­значают внутренний диаметр подшипников диаметром от 20 до 495 мм, причем обозначение получается путем деления значения диаметра на 5. Подшипники с внутренним диаметром 10 мм обозначаются 00; 12 мм — 01; 15 мм — 02; 17 мм — 03. Третья цифра справа от условного обозна­чения указывает серию диаметров подшипника, например: 1 — особо-легкая, 2 — легкая, 3 — средняя, 4 — тяжелая. Четвертая цифра справа определяет тип подшипника, например: 0 — шариковый радиальный, 2 — цилиндрический роликовый радиальный с короткими роликами, 6 — шариковый радиально-упорный, 7 — конический роликовый и т. д. Пятая и шестая цифры справа обозначают конструктивную разновидность подшипника. Седьмая цифра справа указывает серию ширин, например: уз­кая, нормальная, широкая и др. Нули, стоящие в обозначении левее зна­чащих цифр, не показывают.

Итак, основное условное обозначение подшипников качения ведется цифрами по следующей схеме:

(7)	(6—5)	(4)	(3)	(2—1)
Серия ширин	Конструктивная разновидность	Тип подшипника	Серия диаметров	Внутренний диаметр

Примеры обозначения подшипников:

208 — шариковый радиальный (0) легкой серии (2) с внутренним диамет­ром 40 мм (5x8);2312 — цилиндрический роликовый радиальный с короткими роликами (2) средней серии (3) с внутренним диаметром 60 мм (5x12); 2007109 — конический роликовый (7) особолегкой серии (1) широкий (2) с внутренним диаметром 45 мм (5x9). КПД одной пары подшипников качения η = 0,99...0,995. |

Основные типы подшипников качения. Наиболее дешевыми и распространенными в машиностроении являются шариковые ра­диальные однорядные подшипники (рис. 13.9) способные вос­принимать также осевую нагрузку в обоих направлениях, если она не превышает одной трети радиальной нагрузки. Эти подшипники допуска­ют угловое смещение внутреннего кольца относительно наружного до 10'.

Цилиндрический роликовый подшипник с короткими цилиндрическими роликами (рис. 13.12, а) допускает только радиальную нагрузку. Нагрузочная способность таких подшипников по сравнению с однорядными шариковыми больше примерно в 1,5 раза, а долговечность в 3,5 раза. Подшипник допускает осевое смещение колец, но не допускает их угловое смещение.

Конический роликовый подшипник (рис. 13.12, б) с коническими роликами воспринимает радиальную и осевую нагрузку (радиально-упорный подшипник), обладает большой нагрузочной способно­стью, не допускает угловое смещение колец. Если угол контакта а > 45°, то подшипник называется упорно-радиальным.

Радиально-упорный шариковый подшипник (рис. 13.12, в) обладает по сравнению с коническими роликоподшипниками несколько меньшей нагрузочной способностью. Стандартные радиально-упорные шарикоподшипники выпускаются с углами контакта а = 12, 26 и 36°.

Рисунок 13.12 - Роликовый подшипник: (а) цилиндрический, (б) конический, (в) радиально-упорный шариковый, (г) сферический шариковый

Следует заметить, что применение более дешевых шариковых подшипников не гарантирует экономичность конструкции, так как более дорогие роликовые подшипники дают возможность уменьшить размеры и массу подшипниковых узлов и значительно увеличить их долговечность.

Сферический шариковый подшипник (рис. 13.12, г) имеет сферическую дорожку качения на наружном кольце, благодаря чему допускает значительное (до 2—3°) угловое смещение колец. Эти подшип­ники предназначены в основном для радиальной, но воспринимают и не­большую осевую нагрузку.

Кроме шариковых существуют сферические роликовые подшипники с бочкообразными роликами.

Для обеспечения возможности самоустанавливаться при монтаже, компенсируя при этом несоосность посадочных мест, радиальные шариковые подшипники могут быть изготовлены со сферической посадочной поверхностью наружного кольца.

На рис 13.13 изображен упорный шариковый подшипник предназначенный для восприятия односторонней осевой нагрузки. Кольцо с внутренним диаметром d, монтируемое на вал и имеющее зазор с корпусом, называется тугим, кольцо с внутренним диаметром d₁, предназначенное для посадки в корпус и имеющее зазор с валом, называ­ется свободным. Упорный подшипник может быть самоуста­навливающимся за счет сферической поверхности базового торца. Упорные подшипники могут быть роликовыми. Для восприятия осевой нагрузки в обоих направлениях существуют двойные упорные подшипники качения.

Рисунок 13.13 - Упорный шариковый подшипник

Рисунок 13.14 - Подпятник качения из радиального и упорного шарикоподшипников качения

Кроме перечисленных, существуют подшипники: игольчатые с витыми роликами, радиально-упорные шариковые с разъемным (внутренним или наружным) кольцом, с контактным уп­лотнением, с защитными шайбами и другие конструктив­ные разновидности.

На рис 13.14 показан подпятник качения, смонтированный из радиального и упорного шарикоподшипников качения. Для компенсации возможных перекосов вала под свободное кольцо упорного подшипника положена прокладка из мягкого металла или линолеума.