Використання в механізмах підшипників кочення дає можливість виробляти машини вищого класу точності. Машини на цих конструктивних елементах більш надійні і мають більший термін служби. Крім того, їх застосування робить нижче експлуатаційні витрати.
Можливості вузла, в якому застосований підшипник кочення, визначається тим, наскільки точно встановлена ця деталь. Відстань від бази до осі обертання і від бази до торця вала, а також радіальне і торцеве биття повинні бути в певних межах точності.
У процесі складання необхідно прагнути, щоб обойми підшипників чи не деформувались. Форма посадочних місць в корпусі підшипника і на валу повинна за формою і шорсткості задовольняти технічним вимогам, без подряпин і задирок.
Відмінності від підшипників ковзання
У механізмах зустрічаються два види рухомих деталей: опори, засновані на терті ковзання, і опори, що базуються на терті кочення.
При використанні перших робочі поверхні корпусу і вала взаємно переміщаються і взаємодіють, розділяючись найчастіше мастильними матеріалами і вкладишем ковзання. Опора працює, коли в деталях, які прийшли в зіткнення, має місце чисте ковзання.
При другому варіанті опор в проміжок між поверхнями, які взаємно переміщаються, поміщаються тіла кочення (це можуть бути ролики або кульки). При цьому опори працюють з використанням тертя кочення. У таких випадках замість бронзових, бабітових або пластикових вкладишів в опорах, де застосовується тертя кочення, задіяні кулькові або роликові підшипники зі сталі.
Відповідно до характеру навантаження опор обертання вони бувають радіальні, коли на опору діють радіальне навантаження, наполегливі, коли опора піддається лише осьовим навантаженням, і радіально-наполегливі, коли на опору діють обидва види навантажень разом.
Для кожного типу опори характерний свій розмір, конструкція, технічні умови на виробництво, монтаж і обслуговування.
У підшипників кочення і підшипників ковзання різний механізм опору руху і визначення зношування деталей рухливих опор. Вид необхідного вузла визначається на підставі оцінки порядку експлуатації механізму або його окремих вузлів.
Переваги і недоліки
Підшипники кочення і ковзання мають як плюси, так і мінуси. Підшипників кочення можна віддати перевагу перед підшипниками ковзання завдяки меншому рівню тертя на малих швидкостях і при старті з місця. Також підшипники кочення розміри по осях мають менше, що дозволяє простіше компонувати конструкції самовстановлюються опор, не вимагаючи тривалого часу на важку індивідуальну підгонку вкладишів і їх приработку. Це особливо важливо для цапф, що мають великі діаметри, що працюють під великими навантаженнями, з високими швидкостями обертання і температурами.
Коли використаний підшипник кочення, поліпшується якість мастила деталей і вузлів машин, якість їх обслуговування, продовжується термін життя посадочних поверхонь шийок циліндрів і валів. Таким чином, для переважної більшості опор обладнання вони підходять найкраще.
Правда, крім переваг, підшипники кочення мають і ряд мінусів.
Наприклад, великі габарити. Такі конструктивні елементи широко представлені в машинобудівному обладнанні, виробляються малими серіями і дуже дорого коштують. Підшипник кочення поступається конкурентам за такими параметрами як радіальні розміри, вага і жорсткість.
Дуже складно правильно їх підібрати, коли високі швидкості обертання поєднуються дією високих навантажень. Загальновідомо, що при збільшенні навантаження і швидкості обертання вузла знижується його довговічність. Припустимо, якщо навантаження збільшити на чверть у порівнянні з колишньою, то термін служби зменшується в два рази, а при збільшенні навантаження в два рази, довговічність стає менше в 10 разів.
Маркування та розміри по ГОСТу
Вимоги до вузлів і деталей формуліруетГОСТ. Підшипники каченіяопісивает ГОСТ 520-2002.
В основу умовних позначень лягли наступні їх параметри:
- діаметр, який має отвір підшипників;
- серії ширин (або висот) і серії діаметрів;
- типи підшипників;
- технічна реалізація.
Як правильно по маркуванню визначити розміри підшипників кочення? Таблиця позначень допоможе впоратися з цим завданням.
Всі наведені вище параметри позначаються знаками (або цифрами). Те, з яких цифр складається маркування підшипника, залежить від займаних ними місць в його умовному позначенні, якщо читати зліва направо:
Перша і друга цифри позначають діаметр отвору (якщо мова йде про діаметр отвору більше або дорівнює 10 мм). |
Третя цифра вказує серію діаметрів. |
Четверта цифра визначає тип підшипника. |
П`ята і шоста цифри дають уявлення про конструктивному виконанні. |
Сьома цифра вказує серію ширин (або висот). |
Розміри
Дізнатися, як залежать розміри підшипників від їх серій, дозволяє таблиця розмірів підшипників. Вона дозволяє пов`язати серію із зовнішнім і внутрішнім діаметром і шириною.
Розміри підшипників кочення. Таблиця 1.
Ширина | Зовнішній діаметр | Внутрішній діаметр | серія |
13 мм | 55 мм | 30 мм | 106 |
10 мм | 32 мм | 12 мм | 201 |
11 мм | 35 мм | 15 мм | 202 |
12 мм | 42 мм | 17 мм | 203 |
14 мм | 47 мм | 20 мм | 204 |
15 мм | 52 мм | 25 мм | 205 |
16 мм | 62 мм | 30 мм | 206 |
12 мм | 37 мм | 12 мм | 301 |
13 мм | 42 мм | 15 мм | 302 |
14 мм | 47 мм | 17 мм | 303 |
15 мм | 52 мм | 20 мм | 304 |
14 мм | 35 мм | 15 мм | 502 |
16 мм | 40 мм | 17 мм | 503 |
18 мм | 52 мм | 25 мм | 505 |
19 мм | 47 мм | 17 мм | 603 |
14 мм | 40 мм | 17 мм | 703 |
15,5 мм | 47 мм | 17 мм | 803 |
Це таблиця підшипників кочення, одна з багатьох таблиць, що описують даний вид конструктивних елементів.
Класифікація
Однією з ознак, за яким відбувається класифікація підшипників кочення, є форма тіл кочення. Відповідно до неї підшипники можуть бути кулькові і роликові. Кулькові тіла кочення, як випливає з назви, мають виключно кулясту форму. Роликові тіла кочення можуть бути циліндричними, а також мати форму бочок або форму конусів.
Наступна ознака класифікації - напрямок навантаження, сприймається підшипником кочення. За цією ознакою розрізняють підшипники:
- радіальні, які сприймають лише радіальні або в основному радіальні навантаження;
- радіально-наполегливі, що можуть сприймати і радіальні, і осьові навантаження.
Слід зазначити, що, регульовані підшипники не в змозі функціонувати без навантаження на вісь. Завзяті здатні сприймати лише осьові сили. Завзято-радіального типу працюють як при осьових, так і при невеликих радіальних навантаженнях.
Існує також класифікація підшипників кочення в залежності від того, з якої кількості рядів тіл кочення вони складаються. Вони бувають однорядні і дворядні.
Відповідно з такою характеристикою, як чутливість до перекосів, виділяють самоустановлювальні підшипники. Вони здатні нормально функціонувати навіть при виникненні перекосу до 3 °.
Система допусків і посадок
Підшипники кочення набули широкого поширення. Вони виробляються на спеціальних заводах і мають повну взаємозамінність по поверхнях, які визначаються діаметрами кілець: D - зовнішнім діаметром зовнішнього кільця і d - внутрішнім діаметром внутрішнього кільця.
Взаємозамінність підшипників кочення залежить від вимог до точності:
- точність ширини кільця В;
- точність діаметрів кілець d, D;
- точність поверхонь кілець;
- радіальне і осьове биття доріжок кочення, що визначає точність обертання;
- точність зазору, який утворюється при робочих параметрах між доріжками кочення і тілами кочення.
Точність складальних одиниць задає ГОСТ. Підшипники кочення повинні відповідати вимогам до точності ГОСТ 520-89, згідно з яким є 5 класів їх точності: 0- 6 5 4 2. Велика частина механізмів використовує вузли класу точності 0. Вузли класів точності вище нуля використовують на високих швидкостях обертання і в ситуаціях, що вимагають високої точності обертання валу (наприклад, в прецизійних верстатах). Клас точності вказується перед маркуванням через тире.
Щоб зберегти взаємозамінність підшипників кочення, середня конусність і овальність отвору і поверхні кілець не повинні бути більше половини допуску на середні діаметри Dc, dc. Ці параметри обчислюють як середнє арифметичне від максимального і мінімального діаметрів, які заміряні в 2 крайніх перетинах кільця.
Тому допуски підшипників кочення призначаються на розміри:
- D і d;
- Dc і dc;
- В.
Допуски кілець визначаються лише класом точності підшипника і його розмірами, незалежно від властивостей з`єднання з валом і корпусом. Так досягається зменшення номенклатури підшипників. Параметри з`єднання кілець з валом і корпусом визначаються шляхом зміни полів допуску вала і отвору.
Посадки підшипників кочення потрібно визначати таким чином, щоб кільце, яке обертається, сиділо з натягом, який виключав би обкатку і прослизання кільця вздовж посадкової поверхні в ході роботи в навантаженому режимі.
Посадки залежать від таких факторів:
- клас точності;
- тип і розмір навантажень;
- вид навантаження.
Навантаження може бути місцевим, циркуляційним і коливальним.
У разі місцевого навантаження працює тільки радіальне навантаження постійної величини і напрямки в єдиній точці посадкової поверхні підшипника, що передається єдиній точці поверхні корпусу або валу.
Кільце, навантажене таким чином, потрібно встановлювати, щоб був зазор, а потім поступово провертати кільце, уникаючи місцевої вироблення кільця, валу і корпусу.
Якщо має місце циркуляційний навантаження, вплив робить тільки радіальне навантаження, що передається всьому колу доріжки підшипника, і вона сприймається послідовно поверхнею корпусу або валу. Кільце, яке відчуває циркуляційний навантаження, встановлюють на корпус або вал з натягом.
Коли відбувається коливальний навантаження, в дію вступають дві різні радіальні навантаження. Одна з них має постійну величину і напрямок, а інша - що обертається. На обмежену ділянку бігових доріжок кілець впливає рівнодіюча цих навантажень, передаючись деякої частини на посадочній поверхні корпусу або валу.
розрахунок
Розрахунок підшипників кочення на довговічність проводиться за методом усталостного викришування і на попередження пластичних деформацій.
Для постійного режиму ці конструктивні елементи розраховуються по еквівалентним динамічним навантаженням з урахуванням характеру та напрямки сил, що діють на вузол. Еквівалентна навантаження приймається такою, що забезпечує той же термін служби, що і в умовах реальних навантажень.
Вантажопідйомність підшипників характеризують такі параметри, як базова динамічна вантажопідйомність С і базова статична вантажопідйомність С0.
Перша - радіальна або осьова навантаження, що витримується при терміні служби в 1 мільйон обертів. Базова довговічність - довговічність в умовах надійності 90%.
Розрахункову довговічність можна визначити як число оборотів в мільйонах або години роботи, якщо в результаті на поверхнях 90% деталей партії немає свідоцтв втоми металу у вигляді відшаровування або викришування.
Шарикопідшипники радіальні однорядні
Найпопулярніший різновид підшипників кочення. Часто використовуються в конструкціях найрізноманітнішої апаратури. В її числі валики картонних машин, редуктори, електромотори. Використовуються для протидії радіальним навантаженням, але можуть бути готові також до сприйняття двосторонніх осьових навантажень. Часто їх використовують виключно для осьових навантажень, особливо якщо число обертів вала велике і наполегливі подшіп-ники використовувати не можна. Якщо радіальний зазор збільшується, то можливості осьової вантажопідйомності підшипника також стають більше, оскільки в цій ситуації підшипники знаходять характеристики радіально-наполегливих. Можлива робота підшипників, в разі якщо відносний перекіс внутрішнього і зовнішнього кілець максимум 20 °.
Що стосується корпусу підшипників кочення, то виконується він найчастіше з сірого чавуну. Матеріалом для сепараторів підшипників однорядних є сталеве штампування або антифрикційні матеріали типу текстоліту, латуні, бронзи, дюралюмінію. В останні час для виробництва сепараторів використовують поліамідні смоли. Якщо підшипники мають високий клас точності і масивні точені сепаратори, центрування яких відбувається по зовнішньому кільцю при використанні ефективних режимів мастила, тоді можлива їхня робота навіть на швидкостях обертання, які перевершують граничні, описані в довідниках.
Конструктивні види радіальних підшипників однорядних:
- мають одну захисну шайбу;
- мають дві захисних шайби;
- мають канавку на зовнішньому кільці і уста-новочное кільце;
- мають установче кільце і захисну шайбу;
- мають одностороннє і двостороннє ущільнення;
- мають канавку для введення кульок без сепаратора.
Шарикопідшипники з однієї захисної шайбою
Виробляються виключно з сепараторами, виконаними методом штампування. Їх використання на високих швидкостях небажано. При роботі з такими підшипниками використовуються консистентні мастила. Захисна шайба з металу, яка запресована в канавку на зовнішньому кільці, може утримувати мастило тільки з од-ної сторони. Зі зворотного боку мастило, яка закладена в підшипник, обмежена кришкою або ущільненням в вузлі. З`являється простір частково заповнюють мастилами, обраними для особливих умов роботи. Такий варіант конструкції деталі завжди дає можливість оглянути її (в місці кришки або ущільнення) і по ходу роботи провести додаткову мастило.
Шарикопідшипники з двома захисними шайбами
Мають такими ж сепараторами і скоро-стнимі параметрами, що і попередня деталь, але робоча мастило підшипників кочення, закладається між шайбами в процесі складання на заводі. Застосовується цей вид складального вузла в ситуаціях, коли неможливо зробити ущільнення в вузлі. Так конструкція стає простіше і зменшується загальна вага вузла. Внутрішні деталі такого підшипника огляду в ході роботи не піддаються.
Шарикопідшипники з канавкою на зовнішньому кільці
За допомогою розрізного настановного кільця, що входить в канавку на кільці з зовнішнього боку, є можливість фіксації підшипника всередині корпусу, що не потребує упору зовнішнього кільця, в заплечики корпусу для опори. Однак їх здатність до сприйняття радіальних навантажень значно більше, ніж для осьових. Використання установоч-них кілець робить конструкцію простіше, зменшує розміри вузлів і дає можливість наскрізної розточування отворів корпусів.
Шарикопідшипники з ущільненням
Широко використовуються підшипники, які мають двостороннє уплот-ня. Воно являє собою гумову мембра-ну. Вузли, де застосовано це ущільнення, характеризуються непоганий герметичністю. Як наслідок, заводська мастило не випливає і виключається потрапляння в неї сторонніх часток. Сепаратори таких шарикоподшипников зазвичай точені текстолітові або бронзові. Хоча ущільнення їх і контактного типу, вони мають можливість роботи на підвищених скоро-стях обертання.
Шарикопідшипники з ущільненням часто використовуються в опорах електродвигунів. У цих вузлах щеточная пил виділяється настільки інтенсивно, що здатна швидко приводити до поломки шарикоподшипников інших типів.
Шарикопідшипники з канавкою для введення кульок без сепаратора
Їх відмінність від інших подшіп-ників класичної конструкції в наявності профрезерований канавок в бортах кілець. Через ці канавки відбувається вставка кульок. Оскільки кульок такий підшипник кочення має більше, ніж Сепараторний, це дає виграш у вантажопідйомності. Їх призначення - робота на невеликих швидкостях обертання через надмірне тертя дотичних тіл кочення. Там, де є осі-ші навантаження, краще відмовитися від їх застосування, оскільки під їх дією кульки часто зміщуються по відношенню косям доріжок кочення.
Як конструктивний варіант таких шарикоподшипников зустрічаються вузли, де є і канавка для вставки шари-ков, і захисні шайби.
Дані вузли використовуються без застосування мастила в сушильних камерах і вузлах, які застосовують гойдає рух.
