20. Підшипники кочення

20.1. Загальні відомості

Підшипники кочення - це елементи опор валів, осей та інших деталей (див. рис. 18.1), що працюють з використанням принципу тертя кочення.

П

Рис. 20.1. Конструкція підшипника кочення

ідшипники кочення складаються із таких деталей (рис. 20.1): зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл кочення 3, сепараторів 4. Внутрішнє кільце 2 розміщується на валі або осі, зовнішнє кільце 1 - у корпусі опори. Тіла кочення 3 перекочуються по доріжках кочення (бігових доріжках) кілець 1, 2. Сепаратор розподіляє тіла кочення по доріжках. У сумісних опорах одне або обидва кільця можуть бути відсутніми. Відносно проста конструкція підшипників кочення дає змогу виготовляти їх у масовій кількості як стандартну продукцію, що значно знижує вартість їх виробництва.

Переваги підшипників кочення порівняно із підшипниками ковзання: менші втрати на тертя, що забезпечує високий к.к.д. (до 0,99); висока несуча здатність на одиницю ширини підшипника; малі габаритні розміри в осьовому напрямку; незначні витрати мастильних матеріалів; невисокі вимоги до матеріалів, які йдуть на виготовлення підшипників; повна взаємозамінність по приєднувальним розмірам; висока надійність роботи; низька вартість при масовому виробництві. Недоліки: відсутність рознімних конструкцій; підвищені діаметральні габарити; обмежена швидкохідність із-за небезпеки руйнування сепараторів і перегрівання; низька роботоздатність при вібраційному та ударному навантаженні, при роботі в агресивному середовищі; підвищений шум при високих швидкостях.

Підшипники кочення - це основний вид опор, які використовуються у машинобудуванні і приладобудуванні. Підшипники виготовляються на спеціалізованих підшипникових заводах із зовнішніми діаметрами від 1,0 до 2600 мм і масою від 0,5 г до 3500 кг.

20.2. Класифікація, матеріали деталей підшипників, їх точність

Підшипники кочення поділяються за такими ознаками:

1

Рис. 20.2. Форма тіл кочення підшипників кочення: а – кульки; б - ж – ролики короткі (б), довгі (в), виті (г), конічні (д), бочкоподібні (е), голчасті (ж)

. За формою тіл кочення - кулькові (рис. 20.2, а) та роликові (рис. 20.2, б - ж). Останні бувають із короткими (б) та довгими (в) роликами, із витими роликами (г), із конічними (д), бочкоподібними (е-є) та голчастими (ж) роликами.

2. За числом рядів тіл кочення: одно, - дво, -чотирирядні.

3. За способом компенсації перекосів вала: несамоустановні та самоустановні сферичні.

4

Рис. 20.3. Серії підшипників кочення: а – особливо легка; б – легка; в – легка широка; г – середня; д – середня широка; е – важка серія

. За радіальними розмірами підшипники з одним і тим же внутрішнім діаметром d поділяють на п’ять серій діаметрів (рис. 20.3): надлегка, особливо легка, легка, легка середня та важка; і на п’ять серій ширин: особливо вузька, вузька, нормальна, широка, особливо широка.

5. За напрямком навантаження, яке сприймається підшипником: радіальні (сприймають тільки радіальне навантаження), упорні (сприймають тільки осьове навантаження), радіально-упорні (сприймають радіальне та осьове навантаження), упорно- радіальні (сприймають значне осьове і незначне радіальне навантаження).

Кільця і тіла кочення виготовляють із підшипникових високовуглецевих хромистих сталей ШХ9, ШХ15, ШХ15ГС. Твердість після термообробки кілець і роликів 60...65 HRC, кульок - 62...66 HRC. Підшипники великих розмірів виготовляють із цементованих сталей 18ХГТ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А з твердість після термообробки Н = 59...60 HRC. Сепаратори виготовляють із м’якої вуглецевої сталі методом штампування.

Підшипники кочення поділяють на п’ять класів точності (ГОСТ 520-89): 0 (нормального класу), 6 (підвищеного), 5 (високого), 4 (особливо високого), 2 (надвисокого). Із підвищенням точності підшипників різко зростає їх вартість.

Умовне позначення підшипників кочення: дві перші цифри справа - внутрішній діаметр підшипника d, для всіх підшипників з d > 20 мм - це частка від ділення d/5; якщо d = 10, 12, 15, 17 мм, то позначення підшипників: 00; 01; 02; 03.

Третя цифра праворуч разом із сьомою - серія підшипників: 1 - особливо легка; 2 - легка; 3 - середня; 4 - важка; 5 - легка широка; 6 - середня широка і т.д.

Четверта цифра праворуч - тип підшипника: 0 - радіальний кульковий дворядний сферичний; 2 - радіальний із короткими циліндричними роликами; 3 - радіальний роликовий дворядний сферичний; 4 - роликовий із довгими циліндричними роликами або голчастий; 5 - роликовий із витими роликами; 6 - радіально-упорний кульковий; 7 - роликовий конічний; 8 - упорний кульковий; 9 - упорний роликовий.

П’ята і шоста цифри праворуч - конструктивні особливості (не для всіх підшипників).

Цифри 6, 5, 4, 2 перед умовним позначенням через тире - клас точності. Цифра “0” не показується.

Приклад: 318: d = 18х5 = 90 мм, 3 - середня серія; 0 - радіальний кульковий однорядний підшипник (нулі зліва перед значущими цифрами не пишуться).

20.3. Область використання основних типів підшипників кочення

Кулькові радіальні підшипники (див. рис. 20.1) найбільш прості і дешеві, призначені для сприйняття радіального навантаження, але можуть сприймати і обмежене осьове навантаження. Вони мають велику швидкохідність, фіксують вал в обох осьових напрямках, д опускають невеликі перекоси кілець (до 15'). Порівняно із підшипниками інших типів кулькові радіальні мають мінімальні втрати на тертя, це найбільш поширені підшипники в машинобудуванні.

К

Рис. 20.4. Кулькові радіальні сферичні підшипники

улькові радіальні сферичні підшипники (див. рис. 20.4) призначені в основному для сприйняття радіального навантаження, але можуть сприймати і невелике осьове навантаження; фіксують положення вала відносно корпуса в двох осьових напрямках. Здатні до самоустановлення і допускають неспіввісність посадочних місць (перекоси) до . Використовують для валів із значним прогином; а також при установленні підшипників в різних корпусах.

Р

Рис. 20.5. Роликові радіальні підшипники з короткими циліндричними роликами

оликові радіальні підшипники з короткими циліндричними роликами (див. рис. 20.5) сприймають менше радіальне навантаження, фіксують вал в осьовому напрямку, можуть сприймати невелике короткочасне осьове навантаження. При монтажі підшипників необхідно забезпечувати дуже високу точність співвісності посадочних місць, інакше підшипники швидко руйнуються. Їх використовують для коротких жорстких валів, а також як “плаваючі” опори шевронних та інших передач.

Р

Рис. 20.6. Роликові радіальні підшипники з голчастими роликами

оликові радіальні підшипники з голчастими роликами (див. рис. 20.6) мають високу радіальну вантажопідйомність при невеликих радіальних габаритах. Осьове навантаження ними не сприймається; дуже чуйні до прогинів і неспіввісності посадочних місць. Використовують підшипники в опорах, де необхідна компактність в радіальному напрямку.

Роликові радіальні підшипники з витими роликами (див. рис. 20.7) призначені для сприйняття радіального навантаження, в т.ч. і ударного характеру при невеликих частотах обертання.

К

Рис. 20.7. Роликові радіальні підшипники з витими роликами

улькові радіально-упорні підшипники (див. рис. 20.8) здатні сприймати комбіноване радіально-осьове навантаження. Їх осьове навантаження залежить від кута контакту , який має стандартні значення = 12, 26 і 36^о ; із збільшенням кута осьова вантажопідйомність зростає за рахунок зменшення радіальної, одночасно знижується і швидкохідність підшипників. Підшипники сприймають осьове навантаження лише в одному напрямку. Тому для сприйняття валом осьового навантаження в обох напрямках їх установлюють протилежно попарно. Використовують для жорстких швидкохідних валів, допускають регулювання радіального зазору, перекіс вала в ідносно осі конуса недопустимий.

Р

Рис. 20.8. Кулькові радіально-упорні підшипники

Рис. 20.9. Роликові конічні підшипники

оликові конічні підшипник (див. рис. 20.9) призначені для сприймання одночасно діючого радіального і осьового навантаження при середніх і низьких частотах обертання. Для можливості сприймання двостороннього навантаження їх використовують у парі. Підшипники дуже чуйні до величини осьового зазору. При великих зазорах виникає перекіс роликів і порушується їх лінійний контакт з кільцями; при малих зазорах підшипник перегрівається.

Кульові упорні підшипники (див. рис. 20.10, а, б) сприймають лише осьове навантаження; однорядні (а) в одному напрямку, дворядні (б) в двох напрямках. Допускають невеликі частоти обертання, так як при збільшенні частоти обертання зростає тертя і нагрівання і навіть можливе заклинювання кульок. Підшипники дуже чуйні до неспіввісності, перекосів осей; їх не рекомендовано установлювати у опорах горизонтальних валів, що мають високі частоти обертання, так як під дією відцентрованих сил кульки можуть вийти із бігових доріжок.

Рис. 20.10. Кульові упорні підшипники а - однорядні; б - дворядні