E. ЧЕРНОГОРОВ

E. ЧЕРНОГОРОВ
Подшипники
качения
ЧЕЛЯБИНСК
2013
ПОДШИПНИКИ КАЧЕНИЯ
1. Введение
Подшипник – это техническое устройство, являющееся частью опоры,
которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в
пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для
линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции.
Опора с упорным подшипником называется подпятником.
Основными деталями подшипников качения являются (рис. 1): тела качения (шарики или ролики), кольца с дорожками качения и сепаратор, который
разделяет тела качения. В некоторых конструкциях подшипников сепаратор,
одно или оба кольца могут отсутствовать.
Рис. 1
Основные достоинства подшипников качения
по сравнению с подшипниками скольжения:
•
•
•
•
•
меньшие моменты трения во время пусков и остановок,
меньшие габаритные размеры в осевом направлении,
полная взаимозаменяемость,
малая стоимость при массовом производстве,
- меньшие расходы смазочных материалов.
1
К недостаткам относят:
•
•
•
•
•
большие габаритные размеры в радиальном направлении,
переменную радиальную жесткость и повышенный уровень шума,
меньшую способность демпфировать колебания и воспринимать ударные
нагрузки,
ограниченную быстроходность,
высокую стоимость при мелкосерийном производстве.
2. Классификация подшипников
1. По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые и роликовые. Шарик (рис. 2) (1) имеет точечный контакт с кольцами, следствием чего
являются большие контактные напряжения.
Ролики цилиндрические (2, 3, 4) имеют линейный контакт с кольцами,
что увеличивает нагрузочную способность подшипника при некотором увеличении потерь на трение. С увеличением длины ролика нагрузочная способность
возрастает.
Рис. 2
Ролик витой (5) представляет собой жесткую пружину, навитую из проволоки прямоугольного сечения. Предназначен для работы в тихоходных высоконагруженных узлах при динамической нагрузке.
Ролик конический (6) предназначен для работы в высоконагруженных узлах при комбинированном восприятии радиальной и осевой нагрузок.
Бочкообразные ролики (7, 8) применяются вместо цилиндрических и конических соответственно в условиях несоосности внутреннего и наружного колец подшипника.
2. По направлению воспринимаемой нагрузки подшипники делят следующим образом:
2

радиальные, которые воспринимают только радиальную или преимущественно радиальную нагрузку;

радиально-упорные, предназначенные для восприятия комбинированной
нагрузки (радиальной и осевой);

упорно-радиальные, которые воспринимают осевую или преимущественно
осевую нагрузку;

с четырёхточечным контактом - воспринимают осевые нагрузки в обоих
направлениях или комбинированную радиальную нагрузку при одновременном действии осевой;

упорные, предназначенные для восприятия только осевой нагрузки.
3. По числу рядов тел качения подшипники делят на однорядные, двухрядные и многорядные.
4. По основному конструктивному признаку различают подшипники на
самоустанавливающиеся (сферические), которые допускают работу с взаимным
перекосом колец до 4°, и несамоустанавливающиеся (допустимый взаимный
перекос колец от 1 до 8').
5. По соотношению габаритных размеров подшипники разделяют на серии. При одном и том же посадочном диаметре на вал подшипники одного типа
могут иметь различные наружные диаметры и ширину, т.е. различные серии по
диаметру и ширине. С увеличением габаритных размеров растет нагрузочная
способность подшипника, но снижается предельная частота вращения.
6. Для подшипников качения установлены следующие классы точности и
их обозначения:

нормальный класс точности – 7. 8, 0;

повышенный – 6;

высокий – 5;

прецизионный – 4;

сверхпрецизионный – 2.
Более высокий класс точности могут иметь радиальные и радиальноупорные шариковые, а также радиальные роликовые подшипники. Роликовые
конические могут иметь повышенный класс точности. По заказу потребителя
выпускают подшипники с классами точности ниже 0: 8 и 7. Класс точности характеризует точность размеров и формы деталей подшипников. В зависимости
3
от класса точности при наличии дополнительных технических требований
устанавливают три категории подшипников: А, В и С.
7. По специальным техническим требованиям выпускают подшипники
теплостойкие, высокоскоростные, малошумные, коррозионно-стойкие, немагнитные, самосмазывающиеся и др.
8. По уровню вибрации различают подшипники с нормальным, пониженным и низким уровнем вибрации.
Для предохранения внутренних элементов подшипников от грязи могут
применяться встроенные уплотнения.
Во многих расчетах часто используется такой термин как средний диаметр, который являете среднеарифметическим значением между наружным
диаметром подшипника и диаметром отверстия внутреннего кольца.
Название основных элементов подшипников
По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности
наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников)
выполняют желоба - дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.
Название основных
элементов радиального
шарикового подшипника
4
Название основных
отличительных особенностей радиально упорного шарикового
подшипника
Название основных
отличительных особенностей цилиндрического роликового подшипника
Название основных
отличительных особенностей радиальноупорного конического
роликового подшипника
5
Название основных отличительных особенностей упорных подшипников
(шарикового и сферического роликового)
Одинарный упорный подшипник состоит из двух колец и комплекта тел качения в сепараторе. Одно кольцо этого подшипника - "тугое" - монтируют непосредственно на вал с соответствующей посадкой; второе кольцо, так называемое
"свободное", устанавливают в корпус.
Отличительной особенностью радиально-упорных и упорных подшипников является наличие угла контакта, равный углу между линией действия нагрузки, соединяющей точки контакта тела качения и дорожек качения, по которым
нагрузка передается от одной дорожки качения на другую, и линией, перпендикулярной оси подшипника.
3. Система условных обозначений
подшипников, принятая в России
Все подшипники, производимые в РФ, маркируются изготовителями согласно требованиям ГОСТ 3189-89.
Маркировка любого подшипника включает семь цифр основного обозначения (при наличии нулевых значений некоторых признаков обозначение может сокращаться вплоть до 2-х цифр) и нескольких знаков дополнительного,
которые могут располагаться справа и слева относительно основного обозначения. Причем, дополнительная маркировка слева всегда отделяется от основного
обозначения дефисом (тире), а правая дополнительная маркировка всегда первым символом имеет букву. Знаки, как основной, так и дополнительной маркировки следует читать справа налево.
6
Схема 1 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия до 10 мм, кроме подшипников с диаметрами отверстий 0,6, 1,5 и
2,5 мм, которые обозначаются через дробь.
Серия
Конструктивное
Тип
ширин
исполнение
подшипника
(высот)
7
6
5
Знак
ноль
Серия
диаметров
Условное
обозначение
диаметра
отверстия
подшипника
3
2
1
4
Схема 2 основного условного исполнения для подшипников с диаметром отверстия свыше 10 мм, кроме подшипников с диаметрами отверстий 22,
28, 32 и 500 мм, обозначаемые через дробь.
Серия
ширин
(высот)
7
Конструктивное
Тип
исполнение
подшипника
6
5
4
Серия
диаметров
3
Условное обозначение
диаметра отверстия
подшипника
2
1
Обозначение внутреннего диаметра
•
•
•
•
внутренние диаметры от 1 до 9 мм, выраженные целым числом, обозначаются цифрой, равной номинальному диаметру
внутренние диаметры 10, 12, 15, 17 мм — цифрами соответственно
00, 01, 02, 03
внутренние диаметры от 20 до 495 мм, кратные 5, – двухзначными цифрами, полученными от деления номинального диаметра на 5
внутренние диаметры, равные 0,6; 1,5; 2,5; 22; 28; 32 мм, а также от 500 до
2000 мм, — числом, равным номинальному диаметру, отделенным знаком
дроби от остальных знаков основного условного обозначения, например,
10079/560.
7
Обозначение типов подшипников
Тип подшипника
Обозначение
Шариковый радиальный
0
Шариковый радиальный
сферический
1
Роликовый радиальный с
короткими цилиндрическими роликами
2
Роликовый радиальный
сферический
3
Роликовый игольчатый
или с длинными цилиндрическими роликами
4
Радиальный роликовый с
витыми роликами
5
Радиально-упорный шариковый
6
Роликовый конический
7
8
Вид
Упорный
или упорно-радиальный
шариковый
8
Упорный
или упорно-радиальный
роликовый
9
Обозначение серий наружных диаметров и ширин
Серия диаметра
Сверхлёгкая
Обозначение
Серия ширины
Обозначение
Узкая
Нормальная
Широкая
7
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
0
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
8
Особоширокая
Узкая
Нормальная
Широкая
Сверхлёгкая
9
Особоширокая
Узкая
Нормальная
Широкая
Особолёгкая
1
Особоширокая
Особолёгкая
Узкая
Нормальная
Широкая
7
Особоширокая
9
5*
Особоузкая
Узкая
Нормальная
Широкая
2
Особоширокая
6*
3
Особоузкая
Узкая
Нормальная
Широкая
Особоширокая
8
0
1
0
3
4
8
0
1
0
3
9
Предельная
0
2
Лёгкая
3
Средняя
Нормальные диаметры
Примеры: 6-180306 - подшипник средней серии; 202 - подшипник
легкой серии.
Рис. 3. Серии диаметров подшипника качения
Обозначение конструктивного исполнения
Конструктивные исполнения для каждого типа подшипников, согласно
ГОСТ 3395, обозначают цифрами от 00 до 99. Примеры на рисунке 3.
10
Рис. 4. Подшипники радиальные шариковые
Дополнительные знаки условного обозначения
Дополнительные знаки условного обозначения располагают справа и слева от основного условного обозначения. Дополнительные знаки справа записываются с прописной буквы, а дополнительные знаки слева отделяются от основного условного обозначения знаком тире. Расшифровка и порядок расположения знаков, обозначающих дополнительные требования, соответствуют следующей схеме:
Слева от основного обозначения ставят знаки:
• класс точности (7, 8, 0, 6, 5, 4, 2);
• группа радиального зазора по ГОСТ 24810-81 (1, 2…9; для радиальноупорных шариковых подшипников обозначают степень преднатяга 1, 2, 3);
• момент трения (1, 2…9);
• категорию подшипников (А, В, С).
Справа от основного обозначения ставят знаки:
• материал деталей подшипников(например, Е – сепаратор из пластических
материалов, Ю – детали подшипников из нержавеющей стали, Я – подшипники из редко применяемых материалов (твердые сплавы, стекло, керамика и т. д.), W – детали подшипников из вакууммированной стали и т. д.);
• конструктивные изменения(например, К – конструктивные изменения деталей подшипников, М – роликовые подшипники с модифицированным контактом);
• требования к температуре отпуска (Т, Т1 и т. д.);
11
• смазочный материал закладываемый в подшипники закрытого типа при их
изготовлении (например, С1, С2, С3 и т. д.);
• требования по уровню вибрации (например, Ш l, Ш2, ШЗ и т. д.).
4. Материалы деталей подшипников
Основные детали подшипников работают в условиях высоких контактных напряжений и поэтому должны иметь повышенную прочность, структурную однородность и твердость. Кольца и тела качения изготовляют из специальных подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15-Ш, ШХ15-В, ШХ15СГ,
ШХ15СГ-Ш и др. В зависимости от марки стали твердость колец составляет
59...60 HRCэ, роликов 61...65 HRCэ и шариков 63...67 HRCэ. Для подшипников,
работающих при повышенных температурах, твердость ниже. Это связано со
специальным отпуском деталей при термообработке.
Сепараторы подшипников качения изготовляют из стальной холоднотянутой ленты или качественной углеродистой стали. Для массивных сепараторов
12
используют бронзы, латуни, алюминиевые сплавы, металлокерамику, текстолит, полиамиды и другие пластмассы.
5. Основные причины повреждений
подшипников
Причины выхода подшипников из строя могут быть самыми разными:
высокие нагрузки, неэффективные уплотнения, чрезмерный натяг в посадке и,
обусловленный этим, слишком малый зазор.
Повреждения примерно одной трети всех подшипников связаны с нормальным процессом усталости. Еще треть подшипников выходит из строя из-за
неудовлетворительного смазывания. Остальные – вследствие загрязнения, неправильного обращения или неправильного монтажа. При этом, в зависимости
от назначения подшипника в большей или меньшей степени проявляются и
причины выхода его из строя.
1. Неудовлетворительное смазывание. «Деградация» смазки может произойти вследствие запредельного нагревания подшипника, повреждения уплотнения, использование неподходящего или низкокачественного масла в узлах, где
установлены подшипники (например, в коробке передач).
Рис. 5. Повреждения подшипников, вызванные неправильной смазкой
2. Неэффективное уплотнение. Это может привести к попаданию в подшипник грязи или воды.
13
Рис. 6. Повреждения подшипника, вызванные попаданием пыли, грязи и воды
З. Естественная усталость. Появление первых признаков усталостных
повреждений зависит от частоты вращения подшипника, величины нагрузки,
эффективности смазывания и чистоты смазочного материала. Причиной усталостных повреждений являются переменные напряжения сдвига в под поверхностных слоях дорожек качения, порождающие трещины, которые распространяются по направлению к поверхности. Перекатывание тел качения по трещинам приводит к скалыванию частиц материала, из которого изготовлен подшипник. Первоначально этот процесс, именуемый «выкрашиванием» или «шелушением», проявляется слабо. Однако он постоянно усиливается под воздействием
кромочных напряжений и приносимых смазочным материалом продуктов износа.
Рис. 7. Повреждения подшипников, вызванные сильной вибрацией
14
Рис. 8. Повреждения подшипников, вызванные действием ударных нагрузок
6. Кинематика подшипника
Шарик в подшипнике совершает планетарное движение. На рисунке
изображен план скоростей для случая вращения внутреннего кольца. Сепаратор
вращается в ту же сторону, что и вал, с угловой скоростью, равной примерно
половине угловой скорости вала.
Контакт шарика с кольцами осуществляется по некоторой дуге aba. Скорости точек a и b при качении шарика различны. Если допустить, что в точке b
нет скольжения, то оно будет в точке а. Таким образом, в шариковых подшипниках наряду с трением качения наблюдается трение скольжения. Это создает
дополнительный износ и потери в шариковых подшипниках. В роликовых подшипниках все точки контакта одинаково удалены от оси роликов. Здесь наблюдается чистое качение. Потери и износ в роликовых подшипниках меньшие, чем
в шариковых.
Рис. 9
15
7. Динамика подшипника
Каждый шарик или ролик подшипника прижат к наружному кольцу центробежной силой. ганее отмечалось, что контактные напряжения у наружного
кольца меньше, чем у внутреннего, поэтому дополнительная нагрузка центробежными силами наружного кольца практически не влияет на работоспособность подшипника. Это положение остается справедливым только до некоторых
частот вращения, которые считаются нормальными для данного подшипника. У
высокоскоростных подшипников влияние центробежных сил возрастает. Центробежные силы особенно неблагоприятны для упорных подшипников. Здесь
они расклинивают кольца и могут давить на сепаратор – повышаются трение и
износ. Кроме центробежных сил на шарики упорного подшипника действует
гироскопический момент, связанный с изменением направления оси вращения
шарика в пространстве.
Рис. 10
8. Распределение нагрузки между телами качения
Исследование зависимости между силами F0, F1,F2,... Fn с учетом контактных деформаций при условии абсолютной точности размеров шариков и
колец и отсутствии радиального зазора позволило установить
F1  F0cos3 2    ,....,Fn  F0cos3 2  n  .
16
Рис. 11
9. Контактные напряжения
в деталях подшипников
При известных F0, F1 ..., Fn можно определить контактные напряжения в
подшипнике. В каждой точке поверхности контакта колец или шариков контактные напряжения изменяются по отнулевому циклу, где изображены напряжения в точках а и h при вращении внутреннего кольца. Период цикла напряжений в каждой точке беговых дорожек колец равен времени перемещения очередного шарика в данную точку.
Рис. 12
Следует отметить, что сопротивление усталости подшипника зависит от
того, какое из колец вращается — внутреннее или наружное. Благоприятным
является случай вращения внутреннего кольца (при этом наружное кольцо
17
неподвижно). Действительно, при нагрузке F0 напряжения в точке а кольца
больше, чем напряжения в точке b, так как в точке а шарик соприкасается с выпуклой, а в точке b — с вогнутой поверхностью. В этих условиях равное число
циклов напряжений вызовет усталостное разрушение прежде всего в точке а.
Для того чтобы уравнять условия работы колец, необходимо уменьшить число
циклов напряжений в точке а по сравнению с точкой b. Такое уменьшение и достигается при вращении внутреннего кольца, так как на половине оборота точка
а разгружается совершенно, а в большей части другой половины нагружена не
полностью.
10. Выбор подшипников качения
При проектировании машин подшипники качения не конструируют и не
рассчитывают, а подбирают из числа стандартных по условным формулам. Методика подбора стандартных подшипников также стандартизована.
При выборе типа и размеров подшипников учитывают:
•
значение величины и характер изменения нагрузки;
•
частоту вращения колец;
•
требуемый расчетный ресурс и надежность;
•
условия работы (рабочая температура, возможные перекосы колец, способ
смазывания и т.д.);
•
особые требования к опоре (жесткость, точность вращения, уровень шума,
стойкость против коррозии).
Различают подбор подшипников по динамической грузоподъемности для
предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание), по статической
грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.
Выбор подшипников по динамической грузоподъемности С
(по заданному ресурсу или долговечности)
-1
-1
Выполняют при частоте вращения п> 10 мин . При n от 1 до 10 мин в
-1
расчет принимают n=10 мин .
Условие подбора: С (потребная) < С (базовая).
Базовая динамическая грузоподъемность С — это такая постоянная стационарная сила, которую подшипник может теоретически воспринимать в течение 1 млн. оборотов без появления признаков усталости не менее чем у 90% из
18
определенного числа подшипников, подвергающихся испытаниям. Величина С
для каждого подшипника приводится в каталогах.
Динамическая грузоподъемность и ресурс связаны эмпирической зависимостью
3
10/3
L10 =(C/P) ; L10=(C/P)
Ресурс подшипника качения
Это число оборотов, которое сделает одно из колец относительно другого
до появления признаков усталости материала колец или тел качения. Ресурсы
подшипников, выраженные в миллионах оборотов L или в часах Lh (при постоянной частоте вращения), связаны между собой соотношением:
Lh=106L/(60n),
где n - частота вращения кольца подшипника, мин-1.
Базовый расчетный ресурс L10 в миллионах оборотов, соответствующий
90 % надежности, определяют для шарико- и роликоподшипников соответственно по формулам:
L10 =(C/P)3; L10=(C/P)10/3
где С – базовая динамическая грузоподъемность подшипника,
Р –эквивалентная динамическая нагрузка, которая зависит от значений
радиальной и осевой нагрузок, условий работы, а также от конструкции подшипника. Индекс 10 обозначает вероятность отказа 100 – 90 = 10%.
Основные критерии работоспособности подшипников
Значение базовой динамической грузоподъемности С указывают в каталогах для каждого стандартного подшипника. В действительности такую
нагрузку подшипник воспринимать не может.
Эквивалентная динамическая нагрузка Р - это такая условная нагрузка
(радиальная для радиальных и радиально-упорных подшипников; осевая для
упорных и упорно-радиальных), при которой обеспечиваются такой же ресурс
и надежность, как и при действительных условиях нагружения. Для радиальных
и радиально-упорных подшипников эквивалентная динамическая радиальная
нагрузка
19
P=Pr=(XVFr+YFa)КБКТ
Для упорных подшипников
P=Pa=Fa КБКТ
Для упорно-радиальных подшипников
P=Pr=(XVFr+YFa)КБКТ
В этих формулах Fr и Fa - соответственно радиальная и осевая нагрузки;
X и Y - коэффициенты радиальной и осевой динамической нагрузки; V - коэффициент вращения; KБ - коэффициент динамичности нагрузки; КТ - температурный коэффициент.
Коэффициент вращения V учитывает влияние интенсивности и числа повторных циклов контактных напряжений внутреннего кольца на ресурс подшипника. Если внутреннее кольцо подшипника неподвижно по отношению к
вектору нагрузки, то принимают V = 1,2. Во всех остальных случаях V=1. Исключение составляют сферические подшипники, для которых в любом случае
V=1. Например, для подшипников, установленных в сателлит планетарной передачи, генератор волновой передачи, ка-натный блок или в шкив ременной
передачи, вращающийся на разгрузочной втулке, V=1,2.
Коэффициенты X и Y зависят от конструкции подшипника и параметра
осевого нагружения. Параметр осевого нагружения е равен предельному отношению Fa/(VFr) при котором осевая нагрузка не уменьшает ресурс подшипника.
Это связано с тем, что с ростом осевой нагрузки при Fa/(VFr) < е увеличивается
дуга нагружения и более равномерно распределяется нагрузка между телами
качения. При выборе подшипников следует стремиться к тому, чтобы отношение Fa/(VFr) было возможно ближе к е. В шарикоподшипниках с малыми углами контакта (α < 18°) под влиянием осевой нагрузки действительный угол контакта изменяется, поэтому е зависит не только от номинального угла контакта,
но и от Fa.
Коэффициент KБ учитывает динамичность нагрузки и равен приблизительно отношению значений кратковременной перегрузки к номинальной расчетной нагрузке. Ориентировочные значения коэффициента КБ приведены в
таблицах.
Для подшипников, работающих при температурах выше 100 °С, используют стали с более высокой, чем обычно, температурой отпуска и в зависимости от нее к обозначению подшипника добавляют знаки Т, Т1, Т2 ... Т6 (температура отпуска соответственно 200, 225, 250, 300, 350, 400 и 450 °С). Рабочая
температура подшипника, измеренная на наружном кольце, должна быть на 50
°С ниже температуры отпуска.
20
Особенности расчета нагрузки радиально-упорных подшипников
Они связаны с наклоном контактных линий на угол α к торцовой плоскости подшипника (рис. 13).
Пусть нагрузка на конец вала – FM.
Радиальные нагрузки подшипников Fr1 и Fr2 определяют обычным способом по двум уравнениям равновесия: 2F=0 и 2М=0. Здесь отметим только,
что Fr1 и Fr2 приложены в точках пересечения контактных нормалей с осью
вала. Расстояние между этими точками зависит от схемы расположения подшипников и величины угла α.
Рис. 13
Для определения двух осевых нагрузок Fa1 и Fa2 имеем только одно
уравнение
Fa  Fa1  Fa 2  0 .
В общем случае Fa1 не равна Fa2, поэтому для решения нужны дополнительные условия. Рассмотрим эти условия. Наклон контактных линий в радиально-упорных подшипниках приводит к тому, что радиальные нагрузки F, сопровождаются внутренними осевыми силами S, которые стремятся раздвинуть
кольца подшипника в осевом направлении (рис. 13, в). Этому препятствуют
упорные буртики вала и корпуса с соответствующими реакциями Fa1 и Fa2.
Очевидно, должно быть Fa1  S1 , Fa 2  S2 ,иначе кольца раздвинутся.
21
Приняв, например
Fa1  S1 ,
получим
Fa 2  S1  Fa .
Величины сил S зависят от типа подшипника, угла α и условий сборки
или регулировки подшипников. Обычно устанавливают зазоры, близкие к нулю. В этом случае под нагрузкой находится примерно половина тел качения, а
суммарная осевая составляющая
Si  e' Fai ,
где е' — коэффициент минимальной осевой силы.
11. Выбор метода смазывания подшипников
Параметр
Смазывание консистентной пластичной
смазкой
Смазывание маслом
Легкость обращения
отлично
удовлетворительно
Надежное смазывание
плохо
отлично
Отвод тепла
от подшипника
хорошо
хорошо (при циркуляции)
Применение несложных
уплотнений
хорошо
удовлетворительно
Потеря мощности
хорошо
хорошо
Утечка в окружающую
среду
хорошо
удовлетворительно
Высокие скорости
вращения
плохо
хорошо
12. Уплотнения подшипниковых узлов
Уплотнения подшипниковых узлов предназначены для защиты подшипниковых узлов от проникновения в него посторонних веществ (пыли, грязи,
22
влаги), вызывающих загрязнение смазочного материала и износ подшипников, а
так же для предотвращения вытекания смазочного материала из узла.
При выборе подходящего типа уплотнений необходимо учитывать следующие факторы:
• рабочую температуру подшипникового узла,
• окружную скорость на поверхности уплотнения,
• вид смазочного материала - масло или пластичная смазка,
• систему подвода смазочного материала,
• состояние окружающей среды,
• стоимость.
Для подшипниковых узлов, как правило, применяются два вида уплотнений:
• контактные – осуществляют защиту от загрязнений и вытекания смазочного материала путем непосредственного контакта между вращающимися элементами конструкции подшипникового узла;
• бесконтактные – характеризуются узким зазором между вращающимися
и неподвижными элементами конструкции подшипникового узла.
Рис. 14
23
Контактные уплотнения
Фетровое уплотнение
Предельная окружная скорость, м/с
4
Рабочая температура, °С
-40…110
Допускаемый угловой перекос вала
0,5°С
Твердость поверхности вала, контактирующей с уплотнением
≥30 HRc
Допускаемая шероховатость поверхности
вала, контактирующей с уплотнением
3,2 мкм
Особенности:
 При скорости более 4 м/с трущаяся поверхность вала должна быть отполирована.
 Перед установкой уплотнение должно быть пропитано горячим маслом
(90°С).
Манжетное уплотнение
Предельная окружная скорость, м/с
15-20
Рабочая температура, °С
-30…200
Допускаемый угловой перекос вала
0,5°С
Твердость поверхности вала, контактирующей с уплотнением
≥40 HRc
Допускаемая шероховатость поверхности
вала, контактирующей с уплотнением
0,8 мкм
Особенности: перед монтажом посадочные поверхности смазываются
пластичной смазкой или монтажной пастой.
Применение: общего применения.
24
Рекомендуемый смазочный материал: пластичная смазка, масло.
Бесконтактные уплотнения
Щелевые уплотнения
Предельная окружная
скорость, м/с
Рабочая температура,
°С
Допускаемый угловой
перекос вала
Твердость поверхности вала, контактирующей с уплотнением
Допускаемая шероховатость поверхности
канавок
–
–
0,06°
–
0,8 мкм
Минимальное число
канавок
3
Ширина щели, мм
 при диаметре вала до 50 мм: 0,2
 при диаметре вала более 50 мм:
0,2 ... 0,5
Применение
• повышенная точность вращения,
• высокая скорость вращения,
 слабое загрязнение
Рекомендуемый сма- •
зочный материал •
пластичная смазка,
масло
25
Лабиринтные уплотнения
Предельная окружная
-
скорость, м/с
Рабочая температура, °С
-
Допустимый угловой перекос
вала
0,06°
Твердость поверхности вала,
контактирующей с уплотнением
-
Параметр шероховатости
0,8 мкм
канавок
• при диаметре вала до 50
Ширина щели для радиальных мм: 0,2 ... 0.3
уплотнений, мм
• при диаметре вала более
50 мм: 0,3 ... 0,5
•
Ширина щели для аксиальных
уплотнений, мм
•
Применение
Рекомен дуемьмый смазочный
материал
при диаметре вала до 50
мм: 1... 1,5
при диаметре вала более
50 мм: 1,5 ... 2,5
• повышенная точность
• вращения,
• высокая скорость вращения,
• слабое загрязнение
пластичная смазка, масло
26
Встроенные уплотнения подшипников
Все большее применение получают подшипника закрытого типа с встроенными уплотнениями. Уплотнения обеспечивают защиту подшипника от попадания инородных тел на дорожки и тела качения, а так же служат для удержания закладываемой на весь срок службы подшипника смазки, в том случае, когда повторное смазывание подшипника не предусмотрено.
Производятся подшипники со следующими типами встроенных уплотнений: защитными металлическими шайбами, метало-полимерные и высокоинтегрированные уплотнения. Применение различных типов уплотнений зависит от
условий эксплуатации подшипникового узла. Основные факторы, которые
должны учитываться при выборе подшипника с тем или иным типом уплотнения, следующие:
• предельно допустимая скорость вращения;
• температурный режим;
• факторы внешнего воздействия (влага, пыль, агрессивные среды и т.п.);
• возможность, либо невозможность подачи дополнительной смазки (в
корпусных узлах возможна подача дополнительной смазки).
Защитные металлические шайбы
Металлические шайбы устанавливаются в канавку на наружном кольце
подшипника и фиксируются, не деформируя его. Шайбы изготавливаются из
штампованной листовой стали. Так как шайбы не имеют контакта с внутренним
кольцом подшипника, они практически не влияют на предельную скорость
вращения. Но защитные свойства металлических шайб значительно уступают
металло-полимерным и высокоинтегрированным уплотнениям.
Рис. 15
27
Высокоинтегрированные уплотнения
Для удовлетворения потребности в надежной защите подшипника от особо сильных загрязнений без изменения наружных размеров были разработаны
специальные высокоинтегрированные уплотнения. Эти уплотнения имеют "пакетную" конструкцию – внутри металлического кожуха расположено трехкромочное полимерное уплотнение. Специальная конструкция и использование
специального полимерного материала снижает контактное трение и позволяет
увеличить скорость вращения подшипника. Для повышения коррозионных
свойств кожух изготавливается из нержавеющей стали.
Рис. 16
Такие уплотнения обеспечивают высокую степень защиты от загрязнений, при этом имея компактные размеры и небольшое контактное трение. Но
из-за сложной конструкции высокоинтегрированные уплотнения имеют относительно высокую цену.
Применение нашли в основном в ступичных подшипниках автомобилей.
Метало-полимерные уплотнения с одной кромкой уплотнения
Метало-полимерные уплотнения устанавливаются в канавку на наружном
кольце подшипника и плотно там закрепляются, не деформируя наружное
кольцо. Они изготавливаются из различных полимерных материалов и армируются штампованными стальными кольцами.
Метало-полимерные уплотнения обеспечивают высокую степень защиты
от загрязнений внутренних компонентов подшипника и пластичной смазки.
Однако при этом предельная скорость вращения и плавность хода ухудшается
из-за контактного трения уплотнений, которые соприкасаются с внутренним
кольцом.
Одностороннее уплотнение применяется, когда необходимо обеспечить
защиту подшипника только с одной стороны или есть необходимость пересмазывания (подачи дополнительной смазки). Двухстороннее уплотнение исполь-
28
зуется, когда подшипник необходимо надежно защитить, а замена смазки не
производится.
Рис. 17
13. Схемы установки подшипников
В большинстве случаев валы должны быть зафиксированы в опорах от
осевых перемещений. По способности фиксировать осевое положение вала
опоры разделяют на фиксирующие и плавающие. В фиксирующих опорах ограничено осевое перемещение вала в одном или обоих направлениях. В плавающей опоре осевое перемещение вала в любом направлении не ограничено. Фиксирующая опора воспринимает радиальную и осевую силы, а плавающая опора
– только радиальную.
Рис. 18
Схема - враспор. При осевом фиксировании вала в двух опорах по
схеме враспор наружное кольцо подшипника устанавливают с упором в торец
29
крышки привертной или закладной. Дополнительное крепление кольца с противоположной стороны не делают. Обе опоры конструируют одинаковыми.
Рис. 19
Схема - врастяжку. При осевом фиксировании вала в двух опорах по
схеме врастяжку наружное кольцо подшипника устанавливают с упором в торец
заплечика корпусной детали - стакана. Дополнительное крепление кольца с
противоположной стороны не делают. Обе опоры конструируют одинаковыми.
Рис. 20
30
ОГЛАВЛЕНИЕ
1.
Введение ............................................................................................................... 1
2.
Классификация подшипников ........................................................................... 2
3.
Система условных обозначений подшипников, принятая в России............. 6
4.
Материалы деталей подшипников .................................................................. 12
5.
Основные причины повреждений подшипников ........................................... 13
6.
Кинематика подшипника .................................................................................. 15
7.
Динамика подшипника ..................................................................................... 16
8.
Распределение нагрузки между телами качения ........................................... 16
9.
Контактные напряжения в деталях подшипников ......................................... 17
10. Выбор подшипников качения .......................................................................... 18
11. Выбор метода смазывания подшипников ....................................................... 22
12. Уплотнения подшипниковых узлов ................................................................ 22
13. Схемы установки подшипников ...................................................................... 29
31