Типы подшипников: основные типы, применение и корпуса

Подшипники - незаменимые компоненты практически во всех приложениях вращающихся механизмов, от сложных аэрокосмических систем до простых бытовых приборов. Их основная роль заключается в уменьшении трения между движущимися частями, поддержке вращающихся нагрузок и точном направлении движения элементов машин. Выбор правильного типа подшипника имеет решающее значение для обеспечения долговечности, эффективности и надежности любой механической системы. В этой статье подробно рассматриваются основные типы подшипников, их конкретные области применения и различные варианты корпусов, используемых для их поддержки.

I. Основная функция и принципы конструкции

Подшипник работает путем передачи нагрузки от движущейся части (например, вала) к неподвижной части (например, корпусу машины). Эта передача осуществляется с минимальным трением, что является ключом к энергоэффективности и управлению тепловым режимом. Подшипники в основном классифицируются в зависимости от типа движения, которое они допускают, и направления нагрузки, на которое они рассчитаны. Две основные категории:

Подшипники качения (антифрикционные подшипники):В них используются элементы качения (шарики, ролики или иглы) для разделения внутреннего и наружного колец, преобразуя трение скольжения в гораздо меньшее трение качения.

Подшипники скольжения (подшипники скольжения):Они работают за счет прямого контакта, часто смазываемого тонкой пленкой масла или другой жидкости для создания гидродинамического или гидростатического разделения, или за счет использования самосмазывающихся материалов.

II. Основные типы подшипников качения

Подшипники качения являются наиболее распространенным типом в промышленности и автомобилестроении, классифицируются по форме элемента качения и их способности выдерживать различные типы нагрузок (радиальные, осевые или комбинированные).

A. Шарикоподшипники

В шарикоподшипниках в качестве элементов качения используются сферические шарики. Они являются наиболее распространенным типом благодаря своей универсальности и относительно низкой стоимости.

Радиальные шарикоподшипники: Наиболее широко используемый тип. Они очень универсальны и отлично справляются с радиальными нагрузками (перпендикулярными валу) и умеренными осевыми нагрузками (параллельными валу) в обоих направлениях. Применение включает электродвигатели, коробки передач и бытовую технику.

Упорно-радиальные шарикоподшипники: Разработаны с дорожками качения, смещенными относительно друг друга, что делает их идеальными для работы с высокими комбинированными нагрузками (одновременными радиальными и осевыми). Они обычно используются парами и имеют решающее значение в высокоскоростных, высокоточных приложениях, таких как шпиндели станков и ступицы автомобильных колес.

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники:Имеют наружное кольцо с непрерывной сферической дорожкой качения, позволяющей внутреннему кольцу и элементам качения поворачиваться. Это компенсирует несоосность вала и ошибки при монтаже. Они подходят для легких и умеренных нагрузок в механизмах, где сложно поддерживать соосность.

B. Роликоподшипники

В роликоподшипниках используются цилиндрические, конические или сферические ролики, которые имеют большую площадь контакта, чем шарики. Это позволяет им выдерживать значительно более тяжелые нагрузки, чем шарикоподшипники того же размера.

Цилиндрические роликоподшипники: Используют ролики, длина которых больше их диаметра. Они имеют очень высокую радиальную грузоподъемность и отлично подходят для высоких скоростей. Однако они, как правило, выдерживают небольшую осевую нагрузку или вообще не выдерживают ее. Используются в прокатных станах, промышленных трансмиссиях и больших электродвигателях.

Сферические роликоподшипники: Они имеют два ряда бочкообразных роликов в сферической дорожке качения наружного кольца. Как и самоустанавливающиеся шарикоподшипники, они могут компенсировать значительное угловое смещение, но они предназначены для работы с чрезвычайно тяжелыми радиальными и осевыми нагрузками. Необходимы в сложных условиях, таких как ветряные турбины, бумажное оборудование и горнодобывающее оборудование.

Конические роликоподшипники: Имеют ролики и дорожки качения, которые конически сужаются. Эта конструкция делает их уникально подходящими для работы с очень тяжелыми комбинированными нагрузками—как большими радиальными, так и большими осевыми силами. Они преимущественно используются в автомобильных осях, зубчатых приводах и сельскохозяйственной технике.

Игольчатые роликоподшипники:Тип цилиндрического роликоподшипника, в котором ролики очень тонкие по отношению к их длине (иглы). Они обеспечивают очень высокую грузоподъемность по отношению к своему поперечному сечению, что делает их идеальными для применений с ограниченным радиальным пространством, таких как автомобильные трансмиссии и шарниры равных угловых скоростей.

III. Основные типы подшипников скольжения

В подшипниках скольжения, или подшипниках скольжения, не используются элементы качения. Они полагаются на скользящую поверхность, часто разделенную смазочной пленкой, или изготовлены из материалов с изначально низким трением.

Подшипники скольжения (подшипники скольжения):Наиболее распространенный тип, они цилиндрические и окружают вращающийся вал (цапфу). Они полагаются на давление, создаваемое вращающимся валом внутри масляной или смазочной пленки, чтобы предотвратить контакт. Имеют решающее значение в больших, тяжелых механизмах, таких как двигатели внутреннего сгорания (шатунные и коренные подшипники) и большие насосы.

Упорные подшипники: Предназначены для работы исключительно с осевыми нагрузками. Они часто представляют собой кольца или шайбы. Применение включает поддержку вертикальных валов и предотвращение бокового перемещения валов под действием осевой силы.

Гидростатические и гидродинамические подшипники: Это очень сложные подшипники скольжения. Гидродинамические подшипники создают смазочную пленку за счет относительного движения поверхностей. Гидростатические подшипники используют внешний насос для нагнетания жидкости под давлением, создавая пленку даже тогда, когда вал неподвижен, обеспечивая превосходную жесткость и точность в столах станков и телескопах.

IV. Применение подшипников по типу нагрузки

Наиболее важным фактором при выборе подшипника является профиль нагрузки:

V. Корпус подшипника и опора

Корпус подшипника, часто называемый пьедесталом или корпусом подшипника, является конструктивным компонентом, который крепит наружное кольцо подшипника к раме машины, обеспечивая правильное выравнивание и обеспечивая необходимый доступ к смазке.

Корпус подушки:Это корпус типа пьедестала, в котором подшипник располагается на плоскости, параллельной валу. Они обычно используются для промышленного оборудования, где вал поддерживается между двумя точками, например, в конвейерах и вентиляторах. Они часто разделены (две части) для простоты установки и обслуживания.

Фланцевый корпус:Предназначен для крепления перпендикулярно раме машины, напоминая фланец или пластину. Они обычно используются, когда вал проходит через стену или боковую панель машины, например, в подающих роликах или легких миксерах.

Корпус натяжного устройства:Используется для применений, где вал необходимо натянуть или отрегулировать, обычно встречается в конвейерных системах, где необходимо вручную регулировать натяжение ремня.

Корпус не только обеспечивает механическую поддержку, но и обеспечивает целостность системы смазки, защищая подшипник от загрязнений, таких как пыль и влага, за счет использования уплотнений и обеспечения портов для пополнения смазки или масла. Правильный выбор уплотнения и корпуса так же важен, как и сам подшипник, для достижения расчетного срока службы.

В заключение, мир подшипников разнообразен и специализирован, начиная от простых шарикоподшипников в приложениях с низкой нагрузкой и заканчивая сложными гидростатическими системами в высокоточном оборудовании. Понимание различия между подшипниками качения и скольжения, а также конкретных возможностей каждого типа по обработке нагрузки имеет основополагающее значение для проектирования и обслуживания механических узлов, напрямую влияя на производительность и долговечность любого вращающегося оборудования.