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. 5.9) 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. Достоинства подшипников качения: малые потери на трение и незначительный нагрев, малый расход смазки, небольшие габариты в 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
Рис. 5.9
На рис. 5.10 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.
Кольца и тела качения обычно изготовляют из подшипниковых сталей с высоким содержанием хрома, например ШХ15, ШХ20СГ, 18ХГТ и др. Сепараторы штампуют из качественной углеродистой конструкционной стали. Массивные сепараторы для высокоско-
Рис.5.10ростных подшипников изготовляют из латуни, бронзовых и алюминиевых сплавов, текстолита, магниевого чугуна и др.
Кольца и тела качения подшипников закаливаются до твердости 60...65 HRC3.
Классификация подшипников качения может осуществляться по многим признакам, а именно:
по форме тел качения (шариковые, цилиндрические и конические роликовые, игольчатые);
по числу рядов тел качения (однорядные, двухрядные и многорядные);
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.5.11 показаны относительные размеры подшипников некоторых серий и ширин при одном и том же внутреннем диаметре (подшипники изображены упрощенно в соответствии с ГОСТом). Принцип
образования и обозначения размерных серий (сочетании серий диаметров
и ширин) подшипников качения стандартизован.Кроме названных на рис.5.11 есть серии сверхлегкая, а также (в зависимости от ширины) особоузкая, узкая и особоширокая. Подшипники разных серий отличаются размерами колец, тел качения и нагрузочной способностью.
Подшипник качения маркируют путем нанесения на торец кольца ряда цифр и букв, условно обозначающих внутренний диаметр подшипника, его серию, тип, конструктивную разновидность 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.
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 Конструктивная Тип подшип- Серия диа- Внутренний
ширин разновидность ника метров 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
= 0,99...0,995.
Основные типы подшипников качения. Наиболее дешевыми и распространенными в машиностроении являются шариковые радиальные однорядные подшипники (рис.5.9) 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.5.12, 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.
Рис.5.12
Конический роликовый подшипник (рис.5.12, б) с коническими роликами воспринимает радиальную и осевую нагрузку (радиально-упорный подшипник), обладает большой нагрузочной способностью, не допускает угловое смещение колец. Если угол контакта
≥ 45°, то подшипник называется упорно-радиальным.
Радиально – упорный шариковый подшипник (рис. 5.12, в) обладает по сравнению с коническими роликоподшипниками несколько меньшей нагрузочной способностью. Стандартные радиально-упорные шарикоподшипники выпускаются с углами контакта α = 12, 26 и 36°.
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.5.12, 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, компенсируется при этом несоосность посадочных мест, радиальные шариковые и роликовые подшипники могут быть изготовлены со сферической посадочной поверхностью наружного кольца.
На рис.5.13 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.
Кроме перечисленных, существуют подшипники: игольчатые свитыми роликами, радиально-упорные шариковые с разъемным (внутренним или наружным) кольцом, с контактным уплотнением, с защитными шайбами и другие конструктивные разновидности.
На рис.5.14 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.
