Материалы подшипников. Из чего состоит подшипник

Шарикоподшипники | Двигатель прогресса

April 17, 2010

Шарикоподшипники среди нас.

Всем известно про подшипники. Эта деталь применяется так широко, что стала совершенно обыденной. Подшипники производят миллионами штук, но мы, привыкнув к ним, совершенно не задумываемся настолько это сложная и по настоящему невероятная вещь.

В любом более-менее сложном механическом устройстве, от скейтборда до трактора, есть подшипники. Они обеспечивают легкое вращение деталей, при этом подшипник выступает в виде прокладки между, например коленчатым валом и блоком двигателя.

Устройство шарикоподшипника

Из чего состоит обычный шарикоподшипник?

Обычный шарикоподшипник в разрезе.

Это два кольца различного диаметра. На внутренней стороне внешнего и на внешней стороне внутреннего кольца проточены пути – желобки. В зазор между кольцами помещаются несколько шариков или роликов, обеспечивающих проскальзывание колец. Они называются телами качения.  Шарики крепятся в подшипнике с помощью сепаратора, он же фиксирует шарики на своих местах, не давая им скатываться в кучу. Существуют подшипники без сепаратора, там нет зазоров между телами качения, они упираются одно в другое, создавая цельное кольцо. Но такие системы менее износоустойчивы и могут работать лишь на низких скоростях. Сами тела качения делаются из различных сплавов стали, обладающих высокой прочностью.

Существует два основных типа подшипников – шариковые и роликовые. Нетрудно догадаться, что во втором типе вместо шариков используются небольшие металлические цилиндры. Такие подшипники более прочны и выдерживают большие нагрузки за счет большей площади соприкосновения.

Изобретение подшипников приписывают Филиппу Воану (Philip Vaughan), кузнецу из Уэльса. Именно он в 1794 году первым запатентовал конструкцию классического подшипника. Однако по другим данным сепаратор подшипника был изобретен еще в середине 1700-х годов Джоном Харрисоном (John Harrison).

С тех пор было изобретено огромное количество типов этого узла. Качения, скольжения, геостатические, гидростатические, гидродинамические и даже магнитные подшипники. Последние сильно отличаются от своих прадедушек и даже ближайших родственников, но тем не менее все они обеспечивают стабильную работу вращающихся узлов и механизмов уже многие годы.

Производители подшипников

Самой крупной компанией в мире, производящей подшипники, на сегодняшний момент считается шведская компания SKF.

В 1905 году шведский инженер Свен Вингкуист работавший в то время на текстильном заводе Gamlesstadens Fabriker, расположенном на западном побережье Швейцарии вызвался решить одну из основных проблем производства. Поскольку все станки завода работали на паровом двигателе, нужно было как-то “доносить” крутящий момент от турбины к станкам, расположенным на значительном удалении от него. Обычно практикой было запитывать станки он центрального вала, проходящего от моторного зала, через все цеха. именно к нему, через ременную передачу подключались все ткацкие станки. Проблема заключалась в том, что шарикоподшипники, установленные на валу постоянно выходили из строя, не выдерживая нагрузок.

Свен вызвался разработать новый тип подшипников, которые бы больше подходили под эти условия работы. Начальство дало добро и через год Свен создал новый тип подшипников – самоустанавливающийся шарикоподшипник.

А в 1907 году была создана компания Svenska Kullagerfabriken (SKF) – первая в Швейцарии компания, производящая шарикоподшипники. Именно SKF принадлежат многочисленные изобретения в этой сфере. Талантливые инженеры всерьез занялись разработками и через несколько лет SKF, из дочернего предприятия ткацкой фабрики, превратилось в крупную компанию с филиалами и представительствами в Германии, Франции, Финляндии, Швейцарии, Бельгии, Австрии и Австралии, США и многих других.

В 1918 году был изобретен новый тип подшипников, для использования на железной дороге. Их назвали сферическими роликовыми подшипниками.

Сферический роликоподшипник

Сферический роликоподшипник в разрезе - хорошо видны особенности конструкции желобков и роликов. Увеличить.

Особенность этого типа устройств в том, что внутреннее кольцо, вместе в обоймой роликов можем поворачиваться на значительные углы в процессе эксплуатации. Зарубежом этот тип называется CARB bearing. Также возможны незначительные выходы центрального кольца из плоскости подшипника. Это особенно важно, когда нужно обеспечивать бесперебойную работу узла под большими нагрузками, а также под влиянием температурного расширения и вибраций. В нем используются бочкообразные ролики и широкие желобки на кольцах.

CARB подшипник и сам ветрогенератор 5М

Например один из самых знаменитых CARB-подшипников используется в самом большом в мире ветрогенераторе 5M.

Гигантский CARB подшипник, используемый в судостроении.

Типы подшипников

Кроме подшипников качения, о которых речь шла выше, также существуют подшипники скольжения, намного более простые в изготовлении и эксплуатации, но являющиеся неремонтопригодными. Самый простой подшипник скольжения также состоит из наружного и внутреннего колец. Во внутреннее кольцо вставляется вал. Но между ними находятся не шарики а смазка, которая должна непрерывно подаваться в узел, смазывая трущиеся поверхности.

Сферический подшипник скольжения

Этот тип подшипников более дешев, но менее долговечен. Однако он широко применяется в двигателестроении – подавляющее большинство коленчатых валов ДВС опираются на подшипники скольжения. Причем там подшипники упрощены – коленчатый вал служит внутренним телом скольжения, непосредственно упираясь на внешнее кольцо, состоящее из двух половинок – вкладышей. Похожее упрощение иногда делается и в отношении шарикоподшипников – когда канавки для тел качения делаются прямо на валу.

Подшипники скольжения выдерживают большие нагрузки, температуру и высокие обороты. Малое количество деталей обеспечивает большую точность. Именно поэтому их используют в двигателях жестких дисков, где нужна каллиграфическая точность позиционирования считывающих головок.

Все подшипники, независимо от их типа необходимо смазывать в процессе работы. Для оптимальной работы во время всего срока службы к подшипнику необходимо постоянно находится в смазке. Из этой ситуации есть два выхода – либо сделать закрытый подшипник, уже смазанный на заводе, либо сделать так, чтобы к нему постоянно подводилась смазка.

Подшипники закрытого типа, со смазкой заложеной на заводе. В данном случае еще и водонепроницаемые.

Самыми передовыми в этом плане считаются самосмазывающиеся пористые подшипники. Они изготавливаются методом порошкового напыления. При нагреве во время работы такой подшипник начинает выделять смазку, которая расширяясь выходит наружу. При остывании смазка уходит обратно в поры.

Для смазки применяются в основном классические смазки типа машинного масла или другие на основе нефтепродуктов. Также выделяют пластичную смазку, изготовленную на основе литиевого мыла, твердую, в ней используют графит, дисульфид молибдена и проч. А также газообразную, в роли которой выступают различные инертные газы.

Кроме своей непосредственной задачи смазка не дает подшипникам ржаветь, а следовательно повышается их срок службы. Но, несмотря на это, в некоторых областях механики требуется отсутствие смазки, либо повышенная коррозийная устойчивость. В таких случаях применяются пластиковые или керамические подшипники.

Сверху - керамические подшипники, снизу - пластиковые.

Магнитные подшипники

Существует еще один абсолютно отдельный вид подшипников – магнитные подшипники.

Ротор и магнитные подшипники

Принцип действия магнитных подшипников основывается на эффекте левитации в магнитном поле. Самым популярным типом магнитных подшипников сейчас является активные магнитные подшипники (АМП). Вал в таких подшипниках в прямом смысле слова висит в мощном магнитном поле. Система датчиков постоянно отслеживает положение вала, и подает сигналы на позиционные магниты статора, корректируя силу  притяжения с той или иной стороны.

Неоспоримым преимуществом магнитных подшипников является полное отсутствие трущихся поверхностей, а следовательно износа, трения, а главное отсутствие вылета из рабочей зоны частиц, образующихся в процессе работы обычных подшипников.

На этой фотографии хорошо видны обмотки. Рядом лежит внутреннее кольцо - оно никак не крепится в корпус.

Этот вид подшипников используется для сверхточных и сверхчистых производств. Например в турбомолекулярных насосах, используемых для создания вакуума.

Несмотря на все преимущества АПМ, они имеют очень большой недостаток – они энергозависимы. Это сильно удорожает всю конструкцию, а также увеличивает вероятность выхода подшипника из строя.

Поэтому ведущими компаниями активно ведутся разработки магнитных подшипников основанных на мощных постоянных магнитах, например на основе сплава NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Если освоить массовое производство таких подшипников, это вызовет революцию в мире механики.

Видео по теме

Работа сферического подшипника скольжения:Реклама SKF:Работа магнитных подшипников:

lab-37.com

Материалы подшипников

 Материалы

   Подшипники качения применяют в разнообразных условиях: при отрицательных и положительных температурах; в нейтральных и агрессивных средах (морская вода, кислоты). В связи с этим детали подшипников изготавливают из различных материалов. Ниже приведены сведения только о наиболее распространенных

   Подавляющее большинство колец и тел качения подшипников, предназначенных для работы в неагрессивных средах при температуре менее +120°С (иногда более высоких), изготавливают из высокоуглеродных хромистых сталей, химический состав которых приведен в табл.1. Наиболее распространенной из них является сталь ШХ15. Из этой стали изготавливают шарики всех размеров, кольца толщиной менее 10 мм и ролики диаметром до 22 мм. Ее аналогами являются: 100Cr6 - в Германии, SKF-3 - в Швеции, 52100 - в США, SUJ2 - в Японии. Для колец подшипников толщиной менее 30 мм и роликов диаметром более 22 мм применяют сталь ШХ15СГ. По сравнению со сталью ШХ15 она (для повышения прокаливаемости) содержит несколько больше кремния и марганца. Для колец толщиной более 30 мм применяют сталь ШХ20СГ, которая содержит еще большее количество этих элементов, а для колец железнодорожных подшипников, подвергающихся индукционной закалке, - сталь ШХ4.

   В процессе выплавки в сталь со шлаками и из футеровки попадают неметаллические включения. Вблизи крупных включений, особенно глобулярных оксидов, а также нитридов, в процессе работы подшипников зарождаются усталостные микротрещины, которые, сливаясь, проводят к выкрашиванию частиц металла. При различной степени металлургической загрязненности стали в допустимых стандартом пределах средняя долговечность партии подшипников может колебаться ориентировочно до 5 раз.

   Для подшипников к которым предъявляются повышенные требования по долговечности и надежности, применяют стали подвергнутые специальным переплавам, уменьшающим содержание неметаллических включений (ШХ15-Ш), а также двойной переплав: электрошлаковый и вакуумно-дуговой (ШХ15-ШД).

Табл.1. Химический состав хромистых подшипниковых сталей типа ШХ (ГОСТ 801), %

   Кроме сталей типа ШХ для колец и тел качения используют также цементуемые стали, которые после химико-термической обработки имеют твердый поверхностный слой (59 ... 66 HRCэ) и более мягкую сердцевину (около 36 HRCэ). Кольца роликовых подшипников - из стали 20Х2Н4А, а штампованные кольца роликовых игольчатых подшипников из сталей 15Г1, 15Х, 08, 10. Химический состав некоторых из перечисленных цементуемых сталей приведен в табл.2. Твердость поверхности деталей подшипников из наиболее часто применяемых сталей приведена в табл.3.

Табл.2. Химический состав сталей для деталей подшипников, подвергающихся химико-термической обработке, %

Табл.3. Твердость колец и роликов HRCэ , из сталей наиболее часто применяемых марок (ГОСТ 520), работающих при температуре до 100°С

   Кольца подшипников, предназначенных для поворотных опор кранов, экскаваторов и некоторых других механизмов, получают обычно из низколегированных сталей с содержанием углерода 0,45 - 0,55%, например из стали 55ХФА. Рабочую поверхность закаливают после нагрева ТВЧ (иногда пламенной горелкой). Детали подшипников, предназначенных для работы в агрессивных средах, изготавливают из коррозийно-стойких сталей (табл.4.) В России кольца и тела качения средних и крупных размеров производят из стали 95Х18-Ш, приборные подшипники - из стали 11ОХ18М-ШД. Твердость колец и тел качения из коррозийнно-стойких сталей обычно близка к 55 ÷ 61 HRCэ. Подшипники из этих сталей могут использоваться при температурах до 350°С. Для колец и тел качения теплопрочных подшипников используется сталь 8Х4В9Ф2-Ш или 8Х4М4В2Ф1-Ш, которая содержит меньшее количество дефицитного вольфрама, но обладает лучшими механическими свойствами, чем сталь 8Х4В9Ф2-Ш и более технологична в термообработке. Подшипники из сталей могут использоваться при температуре до 500°С. Химический состав некоторых теплопрочных подшипниковых сталей дан в табл.5. Твердость колец и тел качения теплопрочных подшипников обычно составляет 60 ÷ 65 HRCэ.

Табл.4. Химический состав коррозийно-стойких подшипниковых сталей, %

Табл.5. Химический состав теплопрочных подшипниковых сталей, %

   Все большее распространение получают подшипники с шариками из нитрида кремния Si3N4. Этот материал обладает значительно более высокой, чем применяемые стали, теплопрочностью и контактной долговечностью. Плотность нитрида кремния составляет около 3,2/см3 (закаленной стали ШХ15 7,8 г/см3. Благодаря этому при высокой частоте вращения развиваются меньшие центробежные силы. Коэффициенттрения пары нитрид кремния-сталь меньше, чем пары сталь- сталь. Поэтому тепловыделение при работе таких подшипников меньше, чем стальных. Подшипники с шариками из нитрида кремния находят применение в высокоскоростных узлах. 

   Штампованные сепараторы подшипников общего применения изготовляют главным образом из низкоуглеродистых сталей 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, реже из латуней ЛС 63 и ЛС 59-1, а коррозийно-стойких и теплопрочных подшипников - из сталей 12Х18Н9, 12Х18Н9Т, 12Х18Н10Т. Массивные сепараторы получают из труб, прутков и штампованных заготовок. Наиболее употребимыми материалами являются: латуни ЛС 59-1, ЛС 59-1Л, сталь 30, бронзы БрАЖМц 10-3-1-5 и БрАЖН 10-4-4, алюминиевые сплавы Д 1, Д 6, АК 4, текстолит. Значительное количество высокотехнологичных с хорошими звукопоглощающими свойствами сепараторов получают литьем из термопластов. Заклепки и распорки сепараторов. изготавливают главным образом из сталей 15 и 20.

   К подшипниковым материалам для колец и тел качения предъявляют жесткие требования по металлургической загрязненности, наличию дефектов, структурной неоднородности и др. Детали машин, несущие одновременно функции наружного или внутреннего колец подшипников, рекомендуется изготавливать из подшипниковых сталей.

www.upk1.ru

Назначение - подшипник - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Назначение - подшипник

Cтраница 1

Назначение подшипников - - поддерживать вращающиеся валы и оси в пространстве, обеспечивая им возможность вращения или качания, и воспринимать действующие на них нагрузки.  [2]

Назначение подшипников - поддерживать вращающиеся валы и оси в пространстве, обеспечивая им возможность свободного вращения или качания, и воспринимать действующие на них нагрузки.  [3]

Допускаемый радиальный зазор определяется назначением подшипника и режимом его работы. При сборке того или иного узла необходимо знать заранее, с каким радиальным зазором между телами качения должен поступить подшипник на монтаж узла.  [4]

Цапфа вала обрабатывается в зависимости от назначения подшипников по ходовой, легкоходовой или широкоходовой посадке этих же классов точности.  [5]

Подшипники скольжения в зависимости от конструкции машины и назначения подшипника могут выполняться самых различных типов.  [6]

При конструировании приборов класс точности подшипников выбирается в зависимости от назначения подшипника и класса прибора.  [7]

Величина относительного зазора зависит от принятой посадки, которая сообразуется с условиями работы вала и назначения подшипника.  [9]

При определении по формулам ( 502) - ( 506) коэффициента работоспособности С долговечностью подшипника h задаются в зависимости от назначения подшипника. В общем машиностроении обычно принимают А2500 час.  [10]

При расчете подшипников качения на долговечность по формулам ( 505м) и ( 505с) сроком службы подшипника h задаются в зависимости от назначения подшипника.  [11]

Радиальные зазоры в подшипниках качения оказывают большее влияние на правильную работу самого подшипника и на качество всего узла механизма, чем в подшипниках скольжения. Допускаемый радиальный зазор определяется назначением подшипника и режимом его работы. При сборке того или иного узла необходимо знать заранее, с каким радиальным зазором между телами качения должен поступить подшипник на монтаж узла.  [12]

Страницы:      1

www.ngpedia.ru

• 
  Регулировка фрикционов дт 75
• 
  Строение металлов и свойства
• 
  Дренирующий грунт это
• 
  Подъемные механизмы для строительства
• 
  Строение и свойства металлов
• 
  Основные параметры резьбы
• 
  Мерс актрос
• 
  Подшипники качения и скольжения
• 
  Тнвд мтз 80 устройство
• 
  Марка бензина
• 
  Тнвд ямз 236 устройство