Підшипники кочення Загальні відомості

Підшипники служать опорами для деталей, що обертаються або коливаються у механізмах: валів, роторів, зубчастих коліс, шківів, зірочок та ін. Підшипники кочення – це елементи опор осей, валів та інших деталей, що працюють на використанні принципу тертя кочення.

У більшості випадків підшипник кочення (рисунок) складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл кочення 3 і сепаратора 4. Внутрішнім кільцем підшипник розміщують на валу або осі, а зовнішнім – у корпусі опори. Сепаратор розділяє тіла кочення і утримує їх на однаковій відстані.

Підшипники кочення належать до групи деталей, які найширше стандартизовані у міжнародному масштабі і централізовано виготовляються на спеціалізованих заводах масовим виробництвом. Останнім часом підшипники кочення є основними видами опор у машинах. Світовий обсяг випуску підшипників кочення вимірюється мільярдами штук на рік. Вони виготовляються близько 20 000 різних типорозмірів у діапазоні зовнішніх діаметрів від 1 мм до 3 м і масою від 0,5 г до 7 т.

Рисунок 1. Підшипник кочення

Широке використання підшипників кочення для опор різних обертових деталей обумовлене деякими їхніми перевагами у порівнянні з іншими видами опор. Це такі переваги:

а) малі втрати на тертя, що забезпечує високий ККД опор (до 0,99);

б) висока несуча здатність;

в) малі габаритні розміри в осьовому напрямі;

г) незначні витрати мастильних матеріалів;

д) невисокі вимоги до матеріалу та якості поверхонь цапф валів і осей, що розміщуються у підшипниках кочення.

До недоліків підшипників кочення належать такі:

а) значні діаметральні габаритні розміри, що утруднює застосування їх при малих відстанях між осями валів;

б) обмежений строк служби, особливо при великих навантаженнях та швидкостях;

в) низька здатність демпфірувати ударні навантаження;

г) підвищений шум при високих швидкостях обертання.

Класифікація, матеріали деталей і точність підшипників кочення

Усі різновиди підшипників кочення класифікуються у відповідності до за такими основними ознаками:

1. За напрямком дії навантаження, яке сприймається підшипники кочення поділяють на радіальні, що сприймають тільки радіальне поперечне навантаження, спрямоване перпендикулярно до осі обертання (деякі радіальні підшипники, наприклад кулькові, можуть сприймати певні осьові навантаження); упорні, які сприймають тільки осьове навантаження; радіально-упорні, що здатні сприймати радіальне та осьове навантаження; упорно-радіальні, які сприймають значне осьове і незначне радіальне навантаження.

2. За формою тіл кочення підшипники бувають кулькові та роликові. Основні форми тіл кочення зображені на рисунку 2.

Роликові підшипники за тією ж ознакою ділять на підшипники: із короткими та довгими роликами (рис. 2 б, в); із витими роликами (рис. 2 г); із конічними роликами

Рисунок 2. Форма тіл кочення

(рис. 2 д); із діжкоподібними роликами (рис. 2 е, є) і з голчастими роликами (рис. 2 ж).

3. За числом рядів тіл кочення – однорядні, дворядні та чотирирядні.

4. За конструктивними особливостями (ті що самоустановлюються і несамоустановлюються), тобто за способом компенсації перекосів вала – несамоустановні та самоустановні (сферичні). Самоустановні підшипники допускають перекоси кілець до 2 – 3°, завдяки чому можуть працювати при збільшених деформаціях валів і при неспіввісному розміщенні отворів під підшипники в окремих опорах вала.

5. Із циліндричним або конічним отвором внутрішнього кільця.

6. Існує 15 серій підшипників кочення за діаметром та 8 за шириною. Вони утворюються комбінацією базових серій. У залежності від радіальних розмірів при однаковому діаметрі внутрішнього кільця підшипники ділять на серії:

надлегкі;

особливо легкі;

легкі;

середні;

важкі.

За шириною підшипники також ділять на серії:

вузькі;

нормальні;

широкі;

особливо широкі.

Основні параметри і конструктивні особливості підшипників кочення указують шляхом маркірування умовного позначення на торцях кілець у відповідності до . Ядро маркірування може складатися із мінімум трьох цифр.

Перші дві цифри справа в умовному позначенні характеризують внутрішній діаметр підшипника. У діапазоні внутрішніх діаметрів від 20 до 495 мм це двозначне число, помножене на 5, дає фактичне значення розміру діаметра отвору внутрішнього кільця у міліметрах.

Для менших діаметрів стандартом передбачені такі позначення:

мм – ;

мм – ;

мм – ;

мм – .

Для підшипників із внутрішнім діаметром до 9 мм перша цифра праворуч показує фактичний розмір внутрішнього діаметра, мм.

Третя цифра праворуч разом із сьомою свідчать про серію підшипників всіх діаметрів (d > 10 мм):

1 – особливо легка серія діаметрів;

– легка;

– середня;

– важка;

– легка широка;

– середня широка.

Четверта цифра праворуч показує на тип підшипника:

0 – радіальний кульковий однорядний;

1 – радіальний кульковий дворядний сферичний;

2 – радіальний з короткими циліндричними роликами;

3 – радіальний дворядний сферичний з діжкоподібними роликами;

4 – радіальний голчатий;

5 – радіальний із витими роликами;

6 – радіально-упорний кульковий;

7 – радіально-упорний роликовий конічний;

8 – упорний кульковий;

9 – упорний роликовий.

П’ята та шоста цифри праворуч, що вводяться не для всіх підшипників, характеризують їхні конструктивні особливості.

У залежності від точності обертання, точності розмірів і взаємного розташування поверхонь клас точності маркірується зліва від ядра умовного позначення підшипника через тире. Цифри 6, 5, 4 і 2, що стоять через знак «тире» перед умовним позначенням підшипника, означають його клас точності (2 – найвищий клас точності). Нормальний клас точності позначається цифрою 0, яка не показується.

Приклади позначення підшипників: 318 – внутрішній діаметр d – 18 • 5 = 90 мм; 3 – середня серія; 0 – радіальний кульковий однорядний підшипник (нулі перед значущими цифрами спереду позначення не записуються); 7216 – внутрішній діаметр 80 мм, легка серія, підшипник роликовий конічний.

Основні параметри стандартних підшипників – розміри, маса, вантажність (статична і динамічна), гранична швидкість обертання – наводяться у спеціальних каталогах підшипників кочення.

Матеріали деталей і точність підшипників кочення. Основний матеріал для кілець та тіл кочення підшипників – це підшипникові високовуглецеві хромисті сталі ШХ9, ШХ15 і ШХ15ГС. Твердість після відповідної термообробки кілець і роликів становить 60... 65 HRC, а кульок – 62...66 HRC.

Для основних деталей підшипників кочення великих розмірів широко застосовують цементовані сталі марок 18ХГТ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А та інші із твердістю 59...60 HRC.

Сепаратори у більшості випадків виготовляють із м’якої вуглецевої сталі методом штампування; для високошвидкісних підшипників використовують масивні сепаратори з антифрикційної бронзи, латуні, алюмінієвих сплавів або пластмас (текстоліту, поліаміду).

Останнім часом для роботи в умовах ударних навантажень та високих вимог до безшумності починають застосовувати підшипники з тілами кочення, виготовленими з пластмас (переважно із склопластиків). При цьому різко зменшуються вимоги до твердості кілець і їх можна виготовляти з легких сплавів.

Підшипники кочення поділяють на п’ять класів точності (ГОСТ 520– 89), які позначаються цифрами (у порядку підвищення точності): 0, 6, 5, 4 і 2. Точність підшипників кочення в основному характеризується: а) точністю основних розмірів (внутрішнього і зовнішнього діаметрів підшипника та ширини кілець); б) точністю форми взаємного розміщення поверхонь кілець; в) точністю обертання.

Із підвищенням класу точності вартість підшипника кочення значно зростає. Підшипник класу точності 2 приблизно у 10 разів дорожчий, ніж підшипник нормальної точності класу 0. Для більшості валів та осей загального призначення використовують підшипники нормальної точності класу 0, а підшипники більш високих класів точності – для валів, що вимагають точного обертання згідно з призначенням машини.