- Конструкция и принцип работы
- Основные факторы выбора подшипников
- Преимущества и недостатки
- Применение в различных отраслях
Подшипники воспринимают и передают нагрузку с подвижных частей машин на другие детали конструкции, обеспечивают поддержку валов и осей. В зависимости от вида элементов качения подшипники делятся на шариковые и роликовые. Сравним, чем они отличаются друг от друга, какие преимущества и недостатки имеют, какими факторами руководствоваться при выборе типа подшипника.
Конструкция и принцип работы
Шариковый подшипник имеет сложное устройство и состоит из большого количества деталей:
- наружного металлического кольца;
- внутреннего металлического кольца, жестко закрепленного на валу и вращающегося вместе с ним;
- металлических (реже керамических) шариков, свободно скользящих по внутренней поверхности колец;
- сепаратора, разделяющего и удерживающего шарики на равном расстоянии друг от друга в желобе между кольцами.
Такая конструкция подшипников без больших потерь на трение позволяет передавать механическую нагрузку от движущихся узлов на другие конструктивные элементы оборудования. В роликовых подшипниках в качестве тел качения используют небольшие ролики – цилиндрические, конические, игольчатые (диаметр ролика в 3–10 раз меньше его длины), сферические (бочкообразные). Принцип действия шариковых и роликовых подшипников одинаков: опорная поверхность вала во время работы касается тел качения, которые, проворачиваясь, передают крутящий момент на наружное кольцо, помещенное в посадочное отверстие механизма.
Основные факторы выбора подшипников
От формы тел качения зависят технические характеристики, определяющие выбор типа подшипника для использования в различных узлах машин и механизмов.
Нагрузочная способность
Одна их самых важных характеристик, влияющих на стабильность функционирования опорной части вращающегося узла – нагрузочная способность, определяющая, как долго подшипник сможет работать с определенной нагрузкой без деформации и последующего заклинивания.
На подшипники действует несколько видов нагрузки:
- Осевая – в направлении, параллельном оси подшипника и вала.
- Радиальная - прилагается в направлении перпендикулярном оси подшипника и, как правило, направлена к центру вала.
- Комбинированная, сочетающая совокупность радиальной и осевой нагрузок.
Роликовые подшипники за счет большей, чем у шариковых, площади контакта роликов с валом и кольцами способны выдержать более высокую нагрузку на всех направлениях, так как силы, действующие на подшипник, распределяются по всей поверхности длины роликов равномерно.
Скоростные характеристики
Справка. Скоростная характеристика подшипника – это способность длительно работать при определенной скорости вращения без износа и перегрева.
Долговечность подшипника определяют два типа скорости:
- Мгновенная (номинальная) – частота оборотов в минуту, с которой подшипник вращается в определенный момент без нагрева;
- Предельная – частота оборотов в минуту, при которой начинается деформация подшипника в результате перегрева и вибрации.
Шариковые подшипники более скоростные, чем роликовые. Это обусловлено формой тел качения – площадь контакта шариков и поверхности оси вала значительно меньше, чем площадь контакта цилиндров-роликов с валом. В узле вращения с геометрией шарикоподшипника требуютсяменьшие усилия для преодоления трения качения, которое ограничивает скорость вращения подшипника.
Жесткость
Динамические нагрузки, действующие на подшипники, приводят к упругим деформациям контактирующих поверхностей тел качения и дорожек качения.
Справка. Упругая деформация – возникающее во время работы временное изменение тел и дорожек качения.
Жесткость – это соотношение прилагаемой нагрузки и способности подшипника сопротивляться деформации, возникающей при работе. Жесткость подшипника во многом определяет его точность, поэтому пренебрегать этой характерист>икой при подборе подшипников нежелательно.
Роликовые подшипники более жесткие, чем шариковые.
Преимущества и недостатки
У шариковых и роликовых подшипников есть свои преимущества и недостатки. Их следует учитывать для выбора подшипника с оптимальной функциональностью.
Преимущества шариковых подшипников:
- высокая скорость вращения;
- компактные размеры (есть миниатюрные модели с диаметром 1 мм);
- малый уровень вибрации и шума;
- энергоэффективность за счет малого сопротивления трению;
- простота замены и обслуживания;
- невысокая цена.
Минусом шарикоподшипников является неспособность выдерживать высокие осевые нагрузки и чувствительность к ощутимым толчкам и ударам.
Преимущества роликовых подшипников:
- устойчивость к ударным нагрузкам и вибрации благодаря высокой жесткости;
- высокая нагрузочная способность – могут выдерживать значительные осевые, радиальные и комбинированные нагрузки;
- стабильность работы – ролики обеспечивают более плавное скольжение, чем шарики, за счет равномерного распределения нагрузки на вал;
- высокая точность;
- разнообразие типов и размеров – разная форма роликов позволяет подобрать наиболее подходящий подшипник для выполнения определенных задач;
- длительный срок службы – ролики оказывают более равномерное давление на дорожку качения, чем шарики, уменьшая износ подшипника.
К недостаткам роликовых подшипников относится большой размер, требовательность к смазке и сложность обслуживания.
Для выбора подшипников по требованиям нагрузочной способности, предельной скорости, стойкости к ударам, вибрации и нагреву роликовые подшипники, которые применяют в узлах вращения с тяжелыми нагрузками и невысокими скоростями, предпочтительнее, чем быстроходные и компактные шариковые, используемые в устройствах с умеренными осевыми нагрузками.
Применение в различных отраслях
Область применения подшипников достаточно обширна – не существует сферы деятельности человека, где не было бы устройств с узлами вращения.
Шариковые подшипники универсальны, используются в бытовых устройствах и промышленном оборудовании, работающем с небольшими нагрузками на больших скоростях:
- компьютерной и оргтехнике;
- медицинской технике (стоматологическое и хирургическое оборудование, аппараты КТ и МРТ, медицинские импланты);
- бытовой технике;
- электроинструменте;
- детском транспорте (самокатах, скейтбордах);
- насосах различных типов;
- электродвигателях, работающих с низкой и средней скоростью вращения;
- шпинделях производственного оборудования;
- компрессорах;
- автомобилях и мототехнике.
Роликовые подшипники благодаря разнообразию типов находят большее применение в промышленности, чем в быту:
- в железнодорожном транспорте – в буксах подвижного состава и тяговых двигателях электровозов, в эскалаторах метрополитена;
- в автомобильном транспорте – ступицах колес, коробках передач и редукторах грузовиков, в механизмах подъемных кранов и дорожных машин;
- в металлургии и металлообработке – валках прокатных станов, гидравлических приводах, ленточных конвейерах, металлорежущих станках, тяжелых ковочных машинах;
- в пищевой и химической отрасли – шнеках экструдера, сепараторах и центрифугах, в ротационных печах;
- в энергетике – в турбогенераторах, мощных электродвигателях, центробежных насосах;
- в добыче полезных ископаемых – скважинных насосах, буровых установках, тяговых дробилках, копрах, сортировочных машинах;
- в авиакосмической отрасли – в турбореактивных и турбовинтовых двигателях, в трансмиссиях, в турбинах вертолетов, в турбонасосах, взлетно-посадочных механизмах.