Подшипники качения и скольжения

Подшипники используются с древних времён. В зависимости от условий эксплуатации механизмов и машин выбираются при помощи расчета определённые типы п/ш которые изготавливаются из различных материалов.

Подшипники качения и скольжения

Реферат по дисциплине «Физика»

Выполнил: студент гр. ВАУ – 126 6 Шипаев В.В.

Волжский политехнический институт

Волжский 2013г.

Подшипники используются с древних времён. В зависимости от условий эксплуатации механизмов и машин (скорость движения, нагрузки, температура окружающей среды, фин. затраты,…)выбираются при помощи расчета определённые типы п/ш которые изготавливаются из различных материалов.

Назначение подшипника- уменьшение трения между движущейся и неподвижной частями механизма, т.к. с трением связаны износ, нагрев и потеря энергии.

ПОДШИПНИК КАЧЕНИЯ: -опора вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ.Обычно состоит из наружного кольца, тел качения (шарик, ролик), сепаратора, внутреннего кольца (рис.1).рис.1

Тела качения контактируют с наружным и внутренним кольцом, что при вращении приводит к трению проскальзывания. Потери энергии связаны с трением скольжения тел качения о сепаратор, внутренним трением в материале контактирующих тел (упругие деформации), сопротивлением смазки.

Классифицируются: -по телам качения: шариковые, роликовые (цилиндрические, конические, игольчатые, витые, бочкообразные, бочкообразные конические,…).

-по типу нагрузки: радиальные (нагрузка перпендикулярно оси вращения);

радиально-упорные (нагрузка перпендикулярно и вдоль оси вала);

упорные(нагрузка вдоль оси вала);

линейные(обеспечивают движение вдоль оси, вращение вокруг оси не нормируется или не возможно);

шариковые винтовые передачи(сопряжение винт-гайка через тела качения).

-по числу тел качения (одно-, двух-, и многорядные).

- по способности компенсироватьнесоосность вала и п/ш (обычные и самоустанавливающиеся).

В шарикоподшипниках ТОЧКА КОНТАКТА (меньше коэффициент трения). В роликоподшипнике ЛИНИЯ КОНТАКТА (больше коэффициент трения).

Поэтому при одинаковых габаритах шарико-п/ш допускают большую скорость вращения, но воспринимают меньшую нагрузку чем ролико-п/ш.

Достоинства п/ш качения:

-высокая скорость вращения;

-выдерживают большие нагрузки;

-небольшая ширина (осевой размер);

-умеренные требования по смазке;

-большой диапазон рабочих температур (спец п/ш до 1000ос).

Недостатки п/ш качения:

-высокая стоимость;

-сложность в изготовлении;

-большие радиальные размеры.

Применяемые материалы:

В основном п/ш изготавливают из высокоуглеродистой низколегированной стали(наружные и внутренние кольца, тела качения подвергаются закалке), низкоуглеродистой стали, латунь (сепаратор, защитные шайбы). Для работы при динамической нагрузке кольца и ролики изготавливают из низкоуглеродистой низко/средне легированной стали, подвергаемой поверхностному насыщению углеродом, т.е. цементацией(структура цементит): поверхностный слой после закалки и отпуска твёрдый, износостойкий, а сердцевина вязкая, упругая (такие п/ш используются в прокатных станах, буксовых узлахж.д. вагонах, шасси самолётов).

В последнее время применяются и другие материалы: керамика, фторопласт, текстолит…

Производство подшипников качения:

Промышленное производство п/ш качения впервые было организовано в Германии в 1883г, в Советском Союзе в 1932г(в 1961г. 1-е выпуски 1-го подшипника завода ГПЗ-15 в г. Волжском).

Порядок изготовления п/ш: разработка конструкции и технологическая подготовка; заготовительно –токарный процесс(получение конфигурации деталей с определёнными «черновыми» размерами); термическая обработка деталей (получение деталей с определённой твёрдостью); шлифовально-сборочные операции (получение деталей «чистовых» окончательных размеров и сборка деталей –получения готового изделия).

Высокие нагрузки, неправильная установка и плохая герметизация приводит к дефектам ( выкрашивание, износ колец и тел качения; разрушение сепаратора) и выходу подшипника из строя.

Расчет проводится для подбора п/ш по статической, динамической нагрузки при определённой скорости вращения, и др. характеристик.

Технические параметры (размеры, качество поверхности, твёрдость и материалы деталей п/ш,…) и эксплуатационные характеристики (скорость об/мин, нагрузка, температурный режим,…) определяются различными ГОСТ. В обозначении указывается диаметр отверстия, тип и конструктивные особенности, материал.

Пример расшифровки обозначения п/ш 2-7504Х 1Л: тип -роликовый конический(7), серия наружного диаметра 5(5), диаметр отверстия 20мм(04*5=20), детали или часть деталей из цементованной стали(Х1 – наружное кольцо), с сепаратором из латуни(Л), класс точности 2 (2-прецизионный , подвергается искусственному «старению» - стабилизации размеров).

Таблицы, рисунки:

Степень точности п/ш: 0, 6, 5, 4, 2, Т (слева на право –увеличение точности).

Тип подшипника

Обозначение

Шариковый радиальный

0

Шариковый радиальный сферический

1

Роликовый радиальный с короткими цилиндрическимироликами

2

Роликовый радиальный сферический

3

Роликовый игольчатый или с длинными цилиндрическими роликами

4

Радиальный роликовый с витыми роликами

5

Радиально-упорный шариковый

6

Роликовый конический

7

Упорный или упорно-радиальный шариковый

8

Упорный или упорно-радиальный роликовый

9

Основные условные обозначения для подшипников качения диаметром 10 мм и менее. Подшипники диаметром 0,6; 1,5 и 2,5 мм обозначаются через дробь. Ниже приведена схематическая таблица, позволяющая определить размеры подшипников.

Схематическая таблица 1

6

5

4

3

2

1

X

XX

X

X

X

X

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

Диаметр отверстия

|

|

|

|

|

Серия диаметров

|

|

|

|

Знак 0

|

|

|

Тип подшипника

|

|

Конструктивное исполнение

|

Серия ширин

Условные обозначения для подшипников качения диаметром более 10 мм и менее 500 мм. Подшипники диаметром 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь.

Схематическая таблица 2

5

4

3

2

1

X

XX

X

X

XX

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

Диаметр отверстия

|

|

|

|

Серия диаметров

|

|

|

Тип подшипника

|

|

Конструктивное исполнение

|

Серия ширин

4-я цифра справа

Фото

Тип подшипника и основные особенности

0

Шариковый радиальный (пример: 1000905, 408, 180206, 1680205). Универсальные. Обычно однорядные.

1

Шариковый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 1210, 1608, 11220). Используются при несоосности валов.

2

Роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами однорядный или двухрядный (пример: 42305, 2210, 3182120). Высокая грузоподъемность и скорость вращения.

3

Роликовый радиальный сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 3514, 3003124). Высокие нагрузки, перекосы колец.

4

Роликовый радиальный игольчатый (пример: 954712, 504704, 834904). Малые габариты. Одно- или двухрядный.

5

Роликовый радиальный с витыми роликами (пример: 5210, 65908). Высочайшая грузоподъемность, работа в загрязненных узлах, медленное вращение. Редкие.

6

Шариковый радиально-упорный (пример: 36205, 66414, 3056206, 256907). Высокая скорость и точность вращения, комбинированные нагрузки. Качество для этого типа критично. Однорядные и двухрядные.

7

Роликовый конический (одно-, двух-, многорядный) (пример: 7516, 807813, 537908, 697920). Совместно действующие радиальные и односторонние осевые нагрузки. Удобство монтажа. Обычно 1 ряд роликов, но может быть и 2, и 4.

8

Шариковый упорный (одно- или двухрядный) (пример: 8109, 688811). Осевые нагрузки при высокой скорости вращения. Двухрядные — осевые нагрузки в обе стороны.

9

Роликовый упорный (пример: 9039320, 9110). Высокие осевые

нагрузки.

изображен: буксовый ж.д. узел;

Ниже изображены: установка п/ш в узле механизма; шариковый радиальный п/ш.

Схемы сопротивления качению.

ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ:

-опора вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ. (п/ш, в котором видом относительного движения является скольжение). Обычно состоит из втулки или вкладыша(полый цилиндр) из антифрикционного материала, установленный в корпус. В зазор между валом и отверстием втулки подаётся смазка.

При расчете определяется минимальная толщина смазочного слоя, давление в зазоре, расход смазочного материала, температурный режим работы п/ш. Подбор ирасчет регламентируется ГОСТ, техусловиями и справочниками. В зависимости от конструкции и требований эксплуатации трение скольжения бывает сухим, граничным, жидким. Но даже п/ш с жидкостным трением при пуске проходит режим граничного трения.

Смазка - это одно из главных условий работып/ш скольжения для обеспечения низкого трения между подвижными деталями механизма, отвод тепла.

Виды смазки:

-твёрдая (напр.: графит)

-пластичная(кальция сульфат)

-жидкая(масло, вода)

Классификацияп/ш:

-по форме (одно, многоповерхностные)

-по нагрузке (статически, динамически нагруженный)

- по направлению нагрузки(радиальные, упорные или подпятники, радиально-упорные)

-по подводу смазки(гидро/газодинамическая: смазку в зазор затягивает вращение вала; гидро/газостатическая: смазка в зазор поступает под внешним (компрессор) давлением).

Материалы:

-Металлы : сплавы на основе меди (бронза, баббит(сплав,уменьшающий трение, на основе олова или свинца, предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по корпусу вкладыша подшипника), латунь), чугун(наличие в чугуне свободного графита).

-неметаллы: керамика, полимеры; древесносмолистые , дерево(берёза, дуб, самшит-применялся в космонавтике).

В настоящее время получили распространение так называемые самосмазывающиеся п/ш изготавливаемые методом порошковой металлургии(спекание порошка на основе металла под давлением и высокой температуры). При работе от трения этот пористый п/ш, пропитанный лёгкоплавким материалом или маслом, нагревается и выделяет смазку. В состоянии покоя п/ш остывает, поры уменьшаются и капиллярным методом впитывает смазку обратно.

Достоинства п/ш скольжения:

-высокая скорость при статической(под давлением) подаче смазки

-простота конструкции в тихоходных механизмах

-небольшие радиальные размеры

-регулировка зазора

Недостатки п/ш скольжения:

-критические требования по смазке(подача, расход, чистота, температура)

-большие потери на трение при пуске и неудовлетворительной смазке

-большие осевые размеры

-ограниченный диапазон рабочей температуры( до 250оС)

-неравномерный износ п/ш и цапфы(часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник)) вала.

Рисунки:

Подвод смазки

Динамическая смазка. Статическая смазка.

СРАВНЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ

характеристики

п/ш скольжения

п/ш качения

Размер осевой(ширина)

значительный (до 2 ф вала)

малый (до 1 ф вала)

Радиальный(макс. диам)

Малый (до 1,5 ф вала)

значительный (до 3 ф вала)

Вес

Мал

Обычно выше в 1,5–2 раза

Стоимость

малых и средних размеров

Умеренная

Низкая при массовом производстве

крупных размеров

Умеренная

Высокая

Способ изготовления

Как правило, силами самих предприятий с заказом соответствующих материалов

Специализированными подшипниковыми заводами

Необходимая точность изготовления

Умеренная

Высокая

Способность выдерживать нагрузки:

Неопределённого направления

Хорошая

Отличная

Цикличные

Хорошая

Отличная

Стартовые

Слабая

Отличная

Ударные

Удовлетворительная

Удовлетворительная (цементуемые)

Сопротивление движению

скольж

качен

При трогании с места (стартовое)

Высокое

Меньше в 5–10 раз

При умеренной скорости

Умеренное

Меньше в 2–4 раза

При очень высокой скорости и жидкой смазке (более 10000 об/мин, )

Низкое

(смазка под давлением)

Выше в 2–4 раза

Условия смазки

Сложные

Простые

Типы смазки

Масло, мази, сухие смазки, воздух, вода

Масло, мази

Условия монтажа

Простые

Сложные

Условия создания самоустанавливаемости опор

Сложные

Простые

Условия приработки новых опор и ввода и ввода в эксплуатационный режим.

Длительные (в сильно нагруженных и высокооборотных узлах – десятки часов)

Короткие (не более нескольких часов)

Список литературы

ГОСТ 520-2011( Подшипники качения. Общие технические условия);

ГОСТ ИСО 4378-1-2001 (Подшипники скольжения.Термины,определения и классификация);

Подшипники качения: справочник-каталог/ под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коростошевского. М.: машстрой 1984;

Большая Советская Энциклопедия 1978г;

Википедия;