Вопрос 3. Подшипники качения. Маркировка. Характеристика, классификация, достоинства и недостатки. Подбор и порядок проверки их на долговечность.

Опоры, предназна­ченные для восприятия радиальной или комбинированной (радиальной и осевой) нагрузки, принято называть подшип­никами.

По виду трения в опоре они делятся на опоры качения и опоры скольжения. Выбор того или иного типа опоры опре­деляется условиями работы, нагрузками, действующими на опору, габаритными ограничениями, требуемой долговечно­стью и стоимостью механизма.

Основными достоинствами подшипников качения по сравнению с подшипниками скольжения являются:

1) относительно малые потери на трение (менее 1 %);

2) сравнительно низкая стоимость подшипников при их мас­совом производстве;

3) относительно малая длина опоры; 4) малые пусковые моменты;

5) малый расход смазочного материала;

6) полная взаимозаменяемость, облегчающая сборку и ремонт механизмов.

В конструкциях валов и осей с подшипниками качения проще решаются вопросы осевой фиксации и компенсации температурных деформаций. Кроме этого, они менее чувствительны к перекосам и прогибам валов под нагрузкой, к несооности опор, чем подшипники скольжения.

К недостаткам подшипников качения относятся:

1) высокая чувствительность к ударным нагрузкам;

2) ограниченная быстроходность, связанная с кинематикой и динамикой тел качения (центробежные силы, гироскопические моменты и др.);

3) высокая стоимость при единичном или мелкосерийном производстве;

4) сравнительно большие радиальные габариты опоры;

5) ограниченный диапазон рабочих температур;

6) шум во время работы, обусловленный погрешностями формы;

7) невозможность применения в агрессивных средах.

Подшипники качения стандартизованы и выпускаются на специализированных государственных подшипниковых заводах. По производству подшипников отечественная промышленность занимает одно из ведущих мест в Европе.

Подшипник качения – это готовый сборочный узел, состоящий из наружного 1 и внутреннего 2 колец с дорожками качения, между которыми располагаются тела качения 3, и сепаратора 4, удерживающего тела качения на определенном расстоянии одного относительного другого и направляющего их вращение (рис. 1). Подшипники качения являются наиболее распространенной законченной сборочной единицей и используются практически во всех механизмах, имеющих вращающиеся детали (за исключением механизмов с опорами скольжения).

Рис. 1.

Сепараторы подшипников выполняются штампованными или клепанными из стальной ленты. При больших скоростях (v > 10 м/с) сепараторы изготовляются из бронзы, латуни, алюминиевых сплавов или неметаллических материалов.

Для уменьшения радиальных габаритов и массы опоры ис­пользуются подшипники без внутреннего или наружного кольца. Дорожки качения выполняются непосредственно на деталях.

Подшипники общего применения выпус­каются пяти классов точности, отличающихся величинами допусков на размеры колец и тел качения. С повышением точ­ности изготовления возрастает стоимость подшипников, по­этому выбор класса точности должен иметь соответствующее обоснование. При отсутствии специальных требований для изделий общего назначения используются подшипники нормального класса точности 0.

По форме тел качения подшипники разделяются на шариковые и роликовые. Ролики могут быть короткие цилиндрические, бочкообразные, кониче­ские, витые и длинные цилиндрические (l/d > 4).

Однотипные подшипник по соотношению габаритны размеров разделяются на серии: сверхлегкую, особолегкую (рис. 2, а), легкую (рис. 2, б), легкую широкую (рис. 2, в), среднюю (рис. 2, г), среднюю широкую (рис. 2, д) и тяжелую (рис. 2, е). Подшипник легкой и средней серий являются самыми распространенными и при массовом выпуск имеет низкую стоимость.

Рис. 2.

По направлению воспринимаемой нагрузки подшипник делятся на радиальные, воспринимающие только радиальную или радиальную и некоторую осевую нагрузки; paдиально-упорные, служащие для восприятия радиальной и осевой нагрузок; упорно-радиальные, воспринимающие большие радиальные нагрузки наряду со значительным осевыми; упорные, предназначенные для восприятия осевой нагрузки. По способу установки подшипники могут быть несамоустанавливающиеся и самоустанавливающся. По числу рядов тел качения подшипники делят на однорядные, двух- и многорядные.

Кроме подшипников общего применения выпускаются специальные подшипники. К ним относятся авиационные, коррозионно-стойкие, самосмазывающиеся, малошумные и др.

Коррозионно-стойкие подшипники выполняются из хромистой стали 95X18, 11X18, сепаратор— из фторопласта применяются они в механизмах, подверженных воздействиям агрессивных сред.

Самосмазывающиеся подшипники используются в меха­низмах специальной техники, работающих в условиях глубо­кого вакуума, сверхнизких или сверхвысоких температур (механизмы космической техники), газовых и агрессивных сред. В этих условиях пластичные и жидкие смазочные мате­риалы теряют вязкость, поэтому применяются твердые сма­зочные материалы: дисульфит молибдена (MoS₂), графит, фто­ропласт, специальные марки пластмасс. На дорожки качения наносятся специальные покрытия из дисульфита молибдена, серебра, никеля, золота.

Малошумные подшипники применяются в механизмах, работающих относительно продолжительное время в присут­ствии человека — системы обеспечения жизнедеятельности космонавта; механизмы, установленные на подводных лод­ках; механизмы бытовой техники и т. п. Снижение уровня вибраций и соответственно шума достигается за счет умень­шения зазоров между телами качения и кольцами подшипни­ка, повышением точности их изготовления.

Подшипники изготавливаются из шарикоподшипниковых высокоуглеродистых хромистых сталей ШХ15, ШХ15СГ с со­держанием углерода 1...1,5%. Число в обозначении марки стали указывает содержание хрома в десятых долях процента. Используются также цементируемые легированные стали 18ХГТ, 20Х2Н4А, 20НМ. Твердость тел качения и колец под­шипников 60...65 HRC₉. Для подшипников, работающих в аг­рессивных средах, применяются коррозионно-стойкие стали 9X18, 9Х18Ш. Сепараторы чаще всего изготавливаются штампованными или клепаными из стальной ленты. При от­носительных окружных скоростях колец больше 10 м/с при­меняются сепараторы из бронзы, латуни, алюминиевых спла­вов и неметаллических материалов.

а) классификация и область применения подшипников качения

1. Шариковый радиальный - самый массовый, распространенный и дешевый тип. Воспринимает радиальные и небольшие осевые нагрузки (до 70% от неиспользованной радиальной). Применять следует везде, где это возможно.

Рис. 3

2. Шариковый сферический - самоустанавливающийся тип. Воспринимает радиальные и незначительные осевые нагрузки (до 20% от неиспользованной радиальной). Применяется там, где оси опор смежны или при гибких длинных валах, имеющих большой прогиб.

3. Шариковый радиально-упорный. Воспринимает радиальные и значительные осевые нагрузки. Имеет глубокие канавки; разъемный - устанавливается попарно. Применяется там, где осевые нагрузки сравнительно велики.

4. Роликовый цилиндрический - воспринимает только радиальные, но, благодаря линейному контакту, большие по величине нагрузки. Применяется там, где нет осевых нагрузок.

5. Роликовый сферический - воспринимает очень большие радиальные и довольно большие осевые нагрузки. Самоустанавливающийся тип. Применяется там же, где тип (2), но при больших нагрузках.

6. Роликовый конический - воспринимает большие ради­альные и большие осевые нагрузки, универсальный, разъемный тип подшипника. Рекомендуется, в частности, для конических зубчатых передач. Устанавливается попарно, при износе регулируется осевой зазор, для чего под фланцами крышек предусматривается набор регулировочных прокладок или устанавливаются регулировочные гайки.

7. Роликовый с витыми роликами (тип ХАЯТ) - воспринимает только радиальные нагрузки, хорошо сопротивляется удару благодаря упругим роликам, изготовленным из плотно навитой проволоки прямоугольного сечения. Не обладает вы­сокой точностью, поэтому применяется для тихоходных валов грубой центровки.

8. Игольчатой - воспринимает только радиальные нагрузки. Отличается очень малыми радиальными габаритами, может работать без одной обоймы или вообще без обойм, не имеет сепаратора, иголки укладываются вплотную одна к другой. Предельное число оборотов меньше, чем у других подшипников.

9. Шариковый упорный - воспринимает только осевые на­грузки. Устанавливается в паре с другим подшипником, вос­принимающим радиальную нагрузку.

б) материал и термообработка подшипников качения

Обоймы (кольца) подшипников и тела качения изготав­ливаются из высокохромистой и высокоуглеродистой стали типа ШХ-15 с закалкой до весьма высокой твердости HRC = 50-66. Сталь этого типа после закалки приобретает очень высокие механические свойства, не становясь при этом хрупкой.

в) точность изготовления и посадки подшипников качения

Кольца и тела качения изготавливаются по 1-му классу точности и выше. Обычные подшипники имеют нормальную точность - 0 (знак не выбивается); для повышенных и высоких скоростей применяются более высокие точности изготовления: 6 - повышенная, 4 - высокая,

2 - сверхвысокая (знак выбивается на торцах колец). Стоимость высокоточных подшипников намного превосходит стоимость нормальных.

Для установки подшипников на шейках валов и в корпусе применяются посадки промежуточного типа:

• если вращается вал, то на валу – m6 или k6 или j_s6, а в корпусе – H6 или H7 ;

• если вращается корпус, а вал (ось) неподвижны, то на валу – h6 или h8 , а в корпусе – M7 или K7 или J_s 7.

Более тугие посадки затрудняют монтаж и демонтаж подшипников и могут служить причиной защемления тел качения, поэтому не могут быть рекомендованы; более свободные посадки не обеспечивают удержания от вращения подшипниковых колец.

г) система обозначения подшипников качения

На один и тот же диаметр шейки вала предусматривается несколько серий подшипников, которые отличаются размерами колец и тел качения и соответственно величиной воспринимаемых нагрузок.

В пределах каждой серии подшипники равных типов взаимозаменяемы в мировом масштабе. В стандартах указываются: номер подшипника, размеры, вес, предельное число оборотов, статическая нагрузка и коэффициент работоспособности.

Серии:

1. Особо легкая.

2. Легкая.

3. Средняя.

4. Тяжелая.

5. Легкая широкая. 6. Средняя широкая.

Рис. 4