Вопрос № 24

Конструктивно подшипник качения, как правило, включает 4 основных элемента: 1) наружное кольцо, обычно устанавливаемое в корпусе, и потому неподвижное; 2) внутреннее кольцо, обычно насаживаемое на цапфу вала, и вращающееся вместе с ней; 3) тела качения (шарики, ролики или другие), обкатывающиеся при работе подшипника по беговым дорожкам наружного и внутреннего колец, и 4) сепаратор, предотвращающий в процессе работы подшипника набегание тел качения друг на друга. В отдельных случаях применяются подшипники, как более простой (например, без одного из колец), так и более сложной (например, с составными кольцами) конструкции.

Подшипники качения широко применяются в стационарных и подвижных машинах многих отраслей машиностроения, в том числе и в МГКМ (многоцелевых гусеничных и колёсных машинах). В силу этого они стандартизованы, выпускаются в массовом количестве на специализированных предприятиях с высокой степенью автоматизации производства, что гарантирует их относительно невысокую стоимость.

Достоинства подшипников качения:

1.      малые потери на трение (приведённый к цапфе вала коэффициент трения подшипников качения в зависимости от типа подшипника и других его характеристик составляет f = 1,510^-3…610^-3);

2.      малые габариты в осевом направлении;

3.      низкая стоимость при высокой степени взаимозаменяемости;

4.      малый пусковой момент сопротивления, практически одинаковый с моментом, действующим в процессе установившегося движения;

5.      малый расход смазочных материалов и, следовательно, малый объ­ём работ по обслуживанию;

6.      пониженные требования к материалу и качеству обработки цапф.

Недостатки подшипников качения:

1.     высокая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам вследствие малых площадей контакта между телами качения и беговыми дорожками колец подшипника;

2.     большие габариты в радиальном направлении;

3.     малая надёжность в высокоскоростных приводах.

Классификация подшипников качения:

Рис. 11.2. Основные формы тел качения, применяемые в подшипниках: а) шарик; ролики  б)цилиндрический;  в) конический; г) бочкообразный; д)игольчатый; е) витой

1.      по форме тел качения (рис. 11.2) – шариковые, роликовые с цилиндрическими, коническими или бочкообразными роликами, игольчатые;

2.      по количеству рядов тел качения – однорядные, двухрядные, трёх- и более рядные;

3.      по направлению воспринимаемой нагрузки – радиальные, предназначенные для восприятия нагрузки, перпендикулярной оси вращения, радиально-упорные (радиальная и осевая нагрузки, причём радиальная нагрузка больше осевой), упорно-радиальные (радиальная и осевая нагрузки, но радиальная нагрузка меньше осевой), упорные (только под осевую нагрузку), комбинированные (радиальная и осевая нагрузки воспринимаются разными телами качения);

4.      по самоустанавливаемости – несамоустанавливающиеся и самоустанавливающиеся;

Рис. 11.3. Серии диаметров и  ширин подшипников качения:  1) особо лёгкая; 2) лёгкая;  3) лёгкая широкая; 4) средняя;  5) средняя широкая; 6) тяжёлая.

5.      по габаритным размерам (серии диаметров и ширин, рис. 11.3) – особо лёгкая, лёгкая, лёгкая широкая, средняя, средняя широкая, тяжелая серии;

6.      по точности изготовления – для подшипников качения стандартом (ГОСТ 520-71) предусмотрены 5 классов точности (Р0, Р6, Р5, Р4, Р2); класс точности указывается перед номером подшипника, при этом буква «Р» может опускаться (Р4-205 или 4-205), а нулевой класс (подшипники общего назначения) может не указываться вообще;

7.     по конструктивным особенностям – с защитными шайбами, с упорным бортом на наружном кольце, с канавкой на наружном кольце, с составными кольцами и др.

Условные обозначения (маркировка, паспорт) подшипников качения (рис. 4) являются в основном цифровыми и наносятся на торцовые поверхности колец. Основное обозначение подшипника может включать от двух до семи цифр (нули на левой стороне обозначения, то есть в начале цифры, не проставляются).

Две последние цифры справа обозначают диаметр отверстия во внутреннем кольце (диаметр цапфы вала), делённый на 5, за исключением следующих четырёх размеров: диаметр отверстия 10 мм обозначается цифрами 00; 12 мм – 01; 15 мм – 02, и 17 мм – 03. Так, например, подшипник с диаметром отверстия внутреннего кольца 20 мм будет иметь две последние цифры обозначения 04, с диаметром 75 мм – 15, с диаметром 495 мм – 99 и т.д. Из этого следует, что для большей части подшипников диаметр отверстия внутреннего кольца изменяется с шагом 5 мм.

Третья цифра справа соответствует серии диаметров наружных колец (наружных диаметров подшипника): сверхлёгкая серия – 8 или 9; особолёгкая – 1; лёгкая – 2; средняя – 3; тяжёлая – 4.

Четвёртой цифрой справа обозначается тип подшипника: шариковый радиальный – 0; шариковый сферический – 1; роликовый радиальный – 2; роликовый сферический – 3; игольчатый – 4; роликовый с витыми роликами – 5; шариковый радиально-упорный – 6; роликовый радиально-упор­ный – 7; шариковый упорный – 8; роликовый упорный – 9.

Пятая и шестая цифры отведены для обозначения конструктивной разновидности подшипника.

Седьмой цифрой обозначается серия ширин (цифры от 0 до 9), лёгкой серии обычно соответствует 0 или 1.

Усталостное выкрашивание  отслаивание (шелушение) частичек металла с рабочих поверхностей и появление на них раковин является, в конечном итоге, следствием циклического нагружения контактных поверхностей тел качения и беговых дорожек колец.

Смятие (пластическая деформация) поверхности тел качения и беговых дорожек  на кольцах возникает вследствие чрезмерных статических нагрузок или при действии однократных ударных нагрузок. Характерный признак: для тел качения – нарушение геометрической формы; для колец  наличие на беговых дорожках местных углублений, по форме повторяющих поверхность тел качения (наиболее характерно для внутреннего кольца).

Разрушение тел качения или колец под воздействием чрезмерных ударных нагрузок, возникающих вследствие неправильного монтажа или нарушения правил эксплуатации (раскалывание тел качения или колец, скалывание бортов колец и т.п.).

Абразивное изнашивание происходит при попадании в подшипник частиц высокой твёрдости через нарушенные уплотнительные элементы.

Разрушение сепараторов происходит, как правило, из-за изнашива­ния их за счёт трения тел качения при недостаточной смазке, от воздействия тел качения на них при наличии центробежных сил большой величины (при больших скоростях вращения) и некоторых других причин.

Внешними признаками потери работоспособности подшипниками качения являются повышенный шум при работе механизма, перегрев подшипникового узла (увеличение потерь мощности в подшипниковом узле), излишние люфты, то есть потеря точности вращения валов. Внешними признакамиусталостного выкрашивания являются появление зеркальных частичек в смазочной жидкости, повышенная шумность в процессе работы механизма, чрезмерная вибрация валов при вращении.

Таким образом, в качестве основных критериев работоспособности подшипника качения следует считать износостойкость поверхностей качения,сопротивляемость пластическим деформациям и, в конечном итоге, долговечность подшипника.

Долговечность – количество миллионов оборотов (L) одного кольца подшипника относительно другого либо число моточасов работы (L_h) до появления усталостного разрушения.

Эквивалентная динамическая нагрузка  - постоянная однонаправленная нагрузка, при которой подшипник имеет такую же долговечность, как и в реальных условиях работы. Использование в расчётах эквивалентной нагрузки позволяет учесть не только характер и направление действующих сил, но и некоторые другие факторы, действующие на подшипниковый узел в реальных условиях его работы.

Вид смазывающего материала и способ его подачи к поверхностям трения зависит от условий работы подшипника (нагрузка, защищённость от действия неблагоприятных факторов внешней среды, возможность и периодичность обслуживания и т.п.) и скорости относительного движения подвижного и неподвижного колец подшипника, которую однозначно характеризует произведение внутреннего диаметра подшипника d_п на частоту вращения подвижного кольца n. В первом приближении характер смазки можно выбрать в соответствии с табл. 11.2.

Таблица 11.2. Назначение смазки и, выбор уплотнительных элементов  для разных условий работы подшипников

dпn, 106 ммоб/мин	Смазка	Уплотнение
 0,55	Консистентная	Сальник, лабиринт
 0,60	Жидкая погружением	Резиновая манжета, маслосгонная канавка
 0,75	Жидкая фитильная и капельная – 5…10 капель в час.
 1,70	Жидкая масляным туманом	Металлические кольца, полиамидная манжета, центробежное уплотнение
> 2,0	Жидкая струйная под углом 15-20 к оси подшипника, охлаждение потоком масла

В дельнейшем условия смазки подшипников согласуются с выбранной схемой смазывания агрегата, в котором эти подшипники установлены.

Представленный в настоящей лекции материал показывает, что обеспечить высокую надёжность подшипникового узла с подшипником качения возможно только при обязательном выполнении ряда условий. Качество таких узлов в значительной мере зависит, как от правильности конструкторского решения, так и от точности соблюдения технологического регламента изготовления и сборки подшипникового узла, а также и от соблюдения регламента эксплуатации и обслуживания. Следовательно, знания основных требований к узлам трения такого рода необходимы каждому участнику процесса жизнеобеспечения машин, начиная от конструктора и заканчивая эксплуатационником.