§ 13.3. 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. 13.9) 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.

На рис. 13.10 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 высокоскоростных подшипников изготовляют из латуни, бронзовых и алюминиевых сплавов, текстолита, магниевого чугуна и др.

Кольца и тела качения подшипников закаливаются до твердости 60...65 HRC_э.

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. 13.11 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 (сочетаний серий диаметров и ширин) подшипников качения стандартизован.

Кроме названных на рис. 13.11 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.

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 ширин	Конструктивная разновидность	Тип подшипника	Серия диаметров	Внутренний 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 η = 0,99...0,995.

Основные типы подшипников качения. Наиболее дешевыми и распространенными в машиностроении являются шариковые ра­диальные однорядные подшипники (рис. 13.9) 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. 13.12, 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.

Конический роликовый подшипник (рис. 13.12, б) с кони­ческими роликами воспринимает радиальную и осевую нагрузку (ради­ально-упорный подшипник), обладает большой нагрузочной способно­стью, не допускает угловое смещение колец. Если угол контакта α > 45°, то подшипник называется упорно-радиальным.

Радиально-упорный шариковый подшипник (рис. 13.12, 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. 13.12, 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, компенсируя при этом несоосность посадочных мест, радиальные шарико­вые и роликовые подшипники могут быть изготовлены со сфериче­ской посадочной поверхностью наружного кольца.

Ha рис. 13.13 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 с витыми роликами, радиально-упорные шариковые с разъем­ным (внутренним или наружным) кольцом, с контактным уп­лотнением, с защитными шайбами и другие конструктив­ные разновидности.

На рис. 13.14 показан подпятник к а ч е н и я, смонтированный из радиального и упорного шарикоподшипников качения. Для компенса­ции возможных перекосов вала под свободное кольцо упорного подшип­ника положена прокладка из мягкого металла или линолеума.