- Обзор составляющих подшипниковых узлов
- Роль подшипников в узлах
- Внешние и внутренние компоненты
- Материалы и технологии производства
- Требования к качеству и надежности
- Влияние конструкции на характеристики узла
В машинах и механизмах для передачи вращающего момента используют подшипниковые узлы, которые благодаря конструкции просты в монтаже, долговечны и надежны в эксплуатации.
Разнообразие типов корпусов, подшипников и вариантов крепления позволяет использовать корпусные подшипники в тяжело нагруженных и высокоскоростных узлах в условиях несовпадения геометрических осей валов (эксцентриситет или перпендикулярное расположение относительно плоскости механизма).
Обзор составляющих подшипниковых узлов
Корпусные подшипники используют в устройствах, в которых отсутствуют монтажные отверстия для установки обычного подшипника либо недостаточно места для монтажа.
Компоненты подшипниковых узлов стандартного исполнения:
- Корпус с отверстием для размещения подшипников и элементами крепления на посадочную поверхность.
- Установленные в корпус подшипники.
- Уплотняющие элементы.
- Система для автоматического смазывания во время работы механизма.
Роль подшипников в узлах
В подшипниковых узлах используются подшипники качения (однорядные и двухрядные) и скольжения, которые подбираются по рабочим условиям узла вращения.
Подшипники, устанавливаемые в корпуса, имеют сферическое наружное кольцо, за счет которого способны компенсировать угловые перекосы вала, тепловое расширение материалов узла вращения и влияние вибрации.
Удлиненное внутреннее кольцо подшипника жестко фиксируется на валу эксцентриковым кольцом, стопорным винтом или зажимной втулкой и обеспечивает надежную поддержку вала при небольших перекосах или изгибе и равномерное движение вращающихся деталей с минимальным трением.
Внешние и внутренние компоненты
Корпуса подшипниковых узлов стандартизированы и позволяют использовать определенный тип корпуса с разными видами подшипников и уплотнений.
По конструкции корпуса подшипников подразделяются на четыре основных типа:
Справка. В стационарных корпусах, предназначенных для восприятия значительных нагрузок или поддержки валов большой длины, могут располагаться от одного до трех подшипников.
- Стационарные устанавливают на горизонтальной или вертикальной поверхности, параллельной оси подшипника. Фиксируют болтами через сквозные отверстия в боковых выступах (крепежных лапах) или глухие отверстия в нижней части корпуса. Стационарные подшипниковые узлы выпускают с корпусами двух модификаций: неразъемные и разъемные (линия разъема проходит через ось вращения подшипника, верхняя часть крепится к основанию болтовым соединением – такая конфигурация используется в крупногабаритных механизмах и облегчает монтаж и обслуживание узлов вращения).
- Фланцевые крепят на вертикальную поверхность перпендикулярно оси вращения вала. Неразъемные корпуса выполняют в виде круга/квадрата c креплением на четыре болта, треугольника на три, ромба на два. В корпус устанавливают однорядный шариковый подшипник с удлиненным внутренним кольцом.
- Натяжные предназначены для регулирования расстояния между валом и местом крепления подшипникового узла (в ременных передачах и ленточных конвейерах). Корпус состоит из головки с отверстием для шарикового подшипника и ножки со сквозным отверстием для регулируемого болтового соединения со специальной натяжной рамой. На противоположных торцах корпуса есть канавки для перемещения узла.
- Подвесные с предустановленным однорядным подшипником используют для удержания вала в подвешенном состоянии с помощью ножки с внутренней резьбой, которая накручивается на шпильку.
Подшипник качения или скольжения, устанавливаемый в корпус, подбирается по условиям эксплуатации узла вращения:
- скорости вращения вала;
- диаметру вала;
- грузоподъемности;
- эксплуатационным факторам – температуре, влажности, запыленности, агрессивности среды;
- требуемой долговечности.
Корпусные подшипники крепятся на валу стопорным кольцом, торцевой шайбой с винтовой фиксацией, шлицевой гайкой со стопорной многолапчатой шайбой, закрепительной втулкой.
Внутри корпуса подшипники фиксируются пружинными стопорными кольцами, упорными кольцами, закрепительной втулкой и винтом.
Подшипниковые узлы на заводе заполняются смазкой – ее количество рассчитано на весь срок службы подшипника, но некоторые модели корпусов для пополнения или замены смазки оснащаются пресс-масленкой, через штуцер которой закачивают смазку специальным шприцом вручную или используют устройство-лубрикатор, впрыскивающее масло в автоматическом режиме.
Уплотнения защищают внутреннее пространство подшипниковых узлов от пыли, влаги, металлических стружек и препятствуют утечке смазки.
Существуют несколько групп уплотнений с различным принципом действия:
- контактные устанавливают вплотную к внутреннему кольцу подшипника – армированные резиновые кольца-манжеты, кольца из фетра или войлока, предварительно пропитанные маслом;
- бесконтактные крепятся к наружному кольцу подшипника, с внутренним кольцом соприкасаясь только тонкой кромкой полимерного кольца, усиленного стальной вставкой;
- лабиринтные уплотнения создаются посредством множества очень узких разнонаправленных канавок, под действием центробежной силы заполняемых смазкой, прослойка которой препятствует попаданию загрязнений внутрь подшипникового узла.
Материалы и технологии производства
Подшипниковый узел – полностью готовая к установке конструкция, объединяющая установленный в заводских условиях подшипник, корпус и уплотнительные элементы.
Технология изготовления подшипниковых узлов состоит из нескольких этапов:
- Производство корпусов методом литья с термообработкой или методом штамповки из листовой стали с последующей обработкой на высокоточных токарных и фрезерных станках для достижения нужной чистоты поверхностей и точности размеров отверстий для подшипника, торцов, буртиков, крепежных пазов.
- В корпус запрессовывают предварительно собранный и заполненный смазкой подшипник качения или втулку скольжения, устанавливают уплотнительные и фиксирующие элементы.
- Проводят контроль качества подшипникового узла в сборе неразрушающими испытаниями:
- визуально-оптическими, при которых специальной оптикой проверяют размеры и геометрию элементов подшипника и корпуса;
- дефектоскопическими, позволяющие магнитным или люминесцентно-капиллярным методом выявить малейшие трещины поверхности в компонентах узла;
- ультразвуковыми, направленными на выявление внутренних дефектов конструкции и структуры материалов (пустот, внутренних напряжений, посторонних включений).
Конструкционные материалы для подшипниковых узлов отличаются высокой износоустойчивостью:
- Для изготовления корпусов в основном используют серый чугун – литая конструкция мало подвержена износу и выдерживает значительные нагрузки и вибрации, благодаря большому весу обеспечивает стабильную работу тяжело нагруженных узлов вращения.
- Для корпусов средне- и малонагруженных подшипниковых узлов, работающих в неблагоприятных условиях (высокой температуре, влажности, агрессивных средах), применяют листовую оцинкованную сталь или химически нейтральные полимерные композиты, которые идеальны для работающих без больших нагрузок узлов вращения оборудования пищевой промышленности и медицинской отрасли.
- Кольца и тела качения в шариковых, роликовых, конических подшипниках изготавливают из высокопрочной подшипниковой стали, сепараторы из штампованной низкоуглеродистой листовой стали, латуни, полиамида.
- Втулки скольжения делают из антифрикционного чугуна, бронзы, цинковых и алюминиевых сплавов. Внутри вкладыши подшипников покрывают тонким антифрикционным слоем баббита (свинцового сплава с легирующими добавками олова, меди, сурьмы), тефлона, полиамида для улучшения антифрикционных свойств.
- Уплотнения изготавливают из листовой стали, полимеров (фторкаучук, бутилкаучук) и маслостойкой резины.
Требования к качеству и надежности
Подшипниковый узел должен обеспечить надёжную фиксацию вала, исключающую его осевое смещение, кроме случаев, когда это предусмотрено конструкцией механизма.
Стандартные требования к подшипниковым узлам:
- тип подшипника должен соответствовать нагрузке узла вращения;
- конструкция узла должна создавать оптимальные условия для работы установленного подшипника – если нет особых требований к предельной скорости и точности вращения, используют подшипники с нормальным классом точности «0»;
- долговечность и надежность всей конструкции должны соответствовать ожидаемому ресурсу работы и надежности каждого элемента узла;
- подшипниковый узел должен обладать надлежащей жесткостью и прочностью – стенки корпусов в местах расположения наружных колец подшипников выполняют достаточной толщины, чтобы компенсировать нагрузки, действующие на вал;
- уплотнения и способ подачи смазки должны соответствовать условиям эксплуатации;
- установка, техническое обслуживание и демонтаж узла должны быть удобны.
Влияние конструкции на характеристики узла
Подшипники, встроенные в подшипниковые корпуса, имеют ряд преимуществ перед классическими подшипниками с аналогичными характеристиками:
- Увеличение срока службы за счет способности узла выдерживать сложные условия эксплуатации – установленный подшипник защищен корпусом и системой уплотнений от механических воздействий, пыли, влаги, не подвергается влиянию экстремальных температур.
- Низкая чувствительность к перекосам и смещению вала дает возможность использовать в механизмах, которые не относятся к высокоточным.
- Высокая механическая прочность корпусов увеличивает надежность подшипника.
- Быстрый монтаж и замена подшипникового блока не требуют специальных инструментов и высокой квалификации работников.
Различные конструкции корпусов, типов подшипников, вариантов уплотнений и систем смазывания позволяют подобрать оптимальное сочетание компонентов для узлов вращения различного назначения:
- сельскохозяйственной техники;
- конвейерных линий пищевой промышленности;
- дробилок, грохотов, мельниц;
- судовых электрических машин;
- промышленных вентиляторов;
- устройств железнодорожного и автомобильного транспорта.