История возникновения подшипника

Примитивные предшественники современного подшипника, так широко применяемого в наши дни, упрощали жизнь человека уже давно — многие тысячи лет тому назад. Главнейшую роль в историческом процессе возникновения и постепенного совершенствования подшипника можно отдать изучению процесса трения и сопровождающих его явлений. Ведь о существовании трения человечество знало уже с древнейших времен, о чем в частности свидетельствует тот факт, что первобытный человек добывал огонь трением, быстро вращая палку, а впоследствии – высекая огонь ударом камня о камень, т.е. использовал явление перехода кинетической энергии трения в тепловую энергию.

Примитивные подшипники скольжения были найдены впервые в раскопках, относящихся к эпохе неолита, когда люди впервые овладели умением сверления отверстий в камне. Изготавливались они, понятное дело, из камня и применялись в первобытных сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах. Позднее стали использоваться в разнообразных простейших конструкциях, таких как: колесница, арба, гончарный круг, мельничные камни. Ведь до изобретения колеса транспортировка грузов совершалась на санях, которые тянули люди или животные, естественно тоже преодолевая сопротивление силы трения скольжения.

Прежде же чем подшипник качения достиг формы, приблизительно схожей с современной, он прошел самые разнообразнейшие этапы своего совершенствования. Почти до II века до н.э. его предшественники – обыкновенные деревянные бревна (в современном понимании – ролики), кстати, еще используемые и в наши дни – применялись (с целью уменьшения все той же силы трения) исключительно при транспортировке очень тяжелых предметов: огромные каменные блоки для строительства, осадные машины и т.п. Такие методы широко использовались в древнем Египте и в Азии. Сходный способ замены трения скольжения трением качения применяли также в местности Буген (Нубия), где построили египетскую крепость, в которой разводной мост передвигали на роликах. Переломным этапом в реализации идеи уменьшения силы трения, оказывающей сопротивление движению, было изобретение примерно за 3000 лет до н. э. колеса, которое заменило скользящее движение на качение.

И в те далекие времена для уменьшения сопротивление силы трения, поглощающего большое количество энергии и, соответственно, уменьшения нагрева подшипники подвергались смазке. Только вначале для этого использовали масла растительного происхождения. Которым, к сожалению, свойственна очень низкая вязкость и что еще более важно склонность к высыханию. Значительно лучше было применять животные жиры, которые обогащали минеральными сгустителями. Для смазки осей телеги использовали также разнородные мази, которые получали из смолы деревьев. На территориях, где были поверхностные вытекания нафты (нефть, каменное масло), мази получали путем продолжительного нагревания нафты. Результаты археологических исследований показали, что в древних гробницах были колесницы правителей с сохранившимися на осях остатками смазки. Проведенный анализ показал присутствие животного жира, смешанного с минеральными сгустителями (температура плавления около 50С). Плиний Старший (23–73 гг. н.э.) представил список различных растительных масел и жиров, используемых для смазки. Такие смазочные материалы доминировали практически до времен изобретения первой паровой машины. Минеральные масла получили достаточно широкое применение, только в начале XX века.

Первая конструкция, которую можно считать действующим «прототипом» подшипника качения, была греческим инженером Diades около 330 г. до н.э. Это была головка осадной вышки для разрушения крепостных стен. В этой конструкции таран находился на роликах, которые передвигались в желобках, прорезанных в основании. Ролики были схвачены общей корзиной, управляемой с помощью канатов, перекинутых через неподвижные блоки. Канаты крепились к концам корзины. Интересным является то, что в таком решении первый раз использовали не только принцип действия современных подшипников, но и ввели передачу движения через стык качения, что теперь часто используется во фрикционных бесступенчатых передачах.

Появление первых «прототипов» продольных (упорных) шариковых подшипников приписывается позднему периоду правления императора Калигулы. В судне со времен правления Калигулы и Клавдия (I в. н.э.) археологи нашли поворотные круги. Один из найденных кругов вращался, опираясь на небольшие колесики, которые крепились к окружности круга. В другом, находившимся под помостом, вместо колес использовали шарики, каждый из которых был соединен на вращающуюся цапфу с поворотным кругом. В третьем вместо колес использовали 8 деревянных валиков в форме усеченного конуса. Механизм поворотного круга состоял из двух деревянных дисков. Нижний диск имел цапфу, которая устанавливала ось для обоих дисков, а в верхнем было восемь впадин, в которых находились шарообразные элементы качения. Эти элементы имели цапфы, свободно прикрепленные к верхнему диску, которые ограничивали движение элементов вокруг одной оси. Несмотря на то, что основную нагрузку несли цапфы и они не давали чистого качения, но это самый первый известный нам случай использования элемента качения шарообразной формы. Механизмы найденных поворотных кругов являются самыми ранними примерами теперешних шариковых подшипников, а также роликовых цилиндрических и конических. Даже в столь отдаленные от наших дней времена оценили то, что в продольных (упорных) подшипниках шарообразная форма элемента качения является более выгодной, чем цилиндрическая.

С начала нашей эры и до эпохи Возрождения отсутствует какая-либо информация о развитии конструкции подшипников качения. И только уже Леонардо да Винчи во многих своих конструкциях применил опоры качения, однако до начала XVIII века их использование не выходило за пределы проекта, или единичных применений. Следовательно, его с полным на то основанием можно назвать изобретателем подшипника качения. Леонардо да Винчи создал рисунок идеальной цапфы подшипника, оригинальность которой полагалась в замене трения скольжения на значительно меньшее по величине трение качения. Эта идея нашла свое применение в конце XIX в качестве шарикоподшипника, состоящего из внутреннего и внешнего колец, между которыми размещены вращающиеся шарики.

Первый металлический подшипник качения, сохранившийся по сей день, находился в подпоре ветряка, который был построен в 1780 г. в Англии в Спровстоне. Он состоял из двух дорожек качения литых из чугуна, между которыми находилось 40 чугунных шаров. Стоит заметить, что соотношение радиуса желобка дорожки и шаров составляет 1,22 что, правда, несколько больше чем в современных подшипниках. Однако уже тогда задумывались над необходимостью уменьшения сопротивления движению, причиной которого является скольжение в зоне стыка.

В XIX веке продолжалось совершенствование конструкции подшипников качения, а также расширение их применения в машинах и механизмах. Однако лишь в последнее двадцатилетие этого века введение технологии абразивной обработки сделало возможным достижение достаточной твердости и точности элементов подшипника. Прежде чем наступил перелом, в производстве шариков использовали круглые стальные прутья, которые формировали и обрабатывали вручную.

Отсутствие точности в таких действиях было причиной неравномерных нагрузок подшипников, которые постоянно деформировались. Перелом наступил благодаря 34-летнему технику и изобретателю Фридриху Фишеру, который был сыном Филиппа Морица Фишера. Фридрих Фишер сконструировал машину для шлифования стальных шариков, построил первый подшипниковый велосипед (1853 г.), изобрел первый полностью автоматический фрезерный станок, который функционировала как мельничный камень. Изобретение Фишера сделало возможным шлифование стальных закаленных шариков, которые подвергались процессу шлифования и, наконец, получили желаемую равномерную форму. Благодаря этому новшеству стальные шарики Фишера триумфально вышли на мировой рынок.

Однако шариковые подшипники подходили не для всех инженерных решений. В 1907 г. молодой шведский инженер Свен Вингквист нарисовал эскиз первого в мире качающегося подшипника. После Первой Мировой войны начался процесс повсеместного вытеснения подшипников скольжения подшипниками качения. Этому способствовало появление около 1920 г. роликовых подшипников, которые могли переносить значительно большие нагрузки. Вскоре появились и новые их разновидности: игольчатые подшипники, а позднее и конические подшипники.

Большую роль в совершенствовании подшипников скольжения сыграли О. Рейнолдс и Н.П. Петров. Независимо друг от друга они исследовали так называемый гидродинамический эффект. Суть этого эффекта заключалась в том, что при достаточной частоте вращения вала в масле автоматически вырабатывается давление, которое поддерживает вал как бы в невесомости без необходимости его соприкосновения с металлом подшипника. Изучение этого эффекта сделало возможным конструирование подшипников скольжения с очень малым трением. Позднее, для тихоходных машин или машин, имеющих тяжелый ротор, ввели гидростатические подшипники скольжения, где масло под давлением подается снаружи.

Около 1945 г. благодаря использованию металлокерамики появились безмасляные подшипники скольжения. Они состояли из пористого металла насыщенного смазкой или со сплава бронзы и графита, которые в небольших машинах могут хорошо работать долгое время. В быстроходных центрифугах и гироскопах смаром является воздух (пневматический подшипник). Следующим новшеством, которое нашло широкое применение, являются гибридные подшипники. Обычно, увеличение прочности быстроходных подшипников происходит в результате применения желобчатых шариков или шариков с небольшой массой. Альтернативой для такого типа решений является соединение шарикоподшипника с гидростатическим подшипником. Реальное разделение нагрузки между шарикоподшипником и гидростатическим подшипником составляет 50%, что может дать десятикратное увеличение прочности такого подшипника по сравнению с обычным шариковым подшипником, работающим в тех же условиях. В предложенном решении внешняя дорожка шарикоподшипника находится в стационарном корпусе, а внутренняя дорожка смонтирована на промежуточной втулке, которая может свободно вращаться относительно вала.

В самом процессе производства подшипников появляется много новшеств, дающих возможность создания более точных, быстрых и недорогих решений. Одним из них стала технология уменьшения вращающегося момента, примером которой может быть разработанный железнодорожный подшипник с низким моментом вращения. Оказалось, что такое решение позволяет экономить большое количество топлива. Однако наиболее важным переломным моментом в проектировании подшипниковых узлов стала компьютерная техника, позволяющая анализировать подшипниковый узел практически во всех отношениях. Созданные с помощью компьютерной техники виртуальные подшипники могут быть тщательно проверены без необходимости приведения в действие целого технологического процесса. Современные компьютерные программы позволяют ввести для виртуальных подшипников и подшипниковых узлов любые параметры – как внешние, так и внутренние. Таким методом был спроектирован микроподшипник для микроэлектроники, используемый в жестких дисках.

Почти до конца XX века обычным материалом для подшипников была сталь, которая проходила очередные модификации, в зависимости от требований. Однако сталь навязывала конструкторам определенные рамки применения своими основными свойствами. К главным характеристикам надо отнести тепловую расширяемость, большую плотность, склонность к коррозии, электрическую и магнетическую проводимость и относительно большой коэффициент трения, даже при тщательной завершающей обработке. Материалом, который дал новые возможности, оказался нитрид кремния, один из керамических синтетиков. Поначалу из керамического материала изготавливали только элементы качения.

Идеальным примером этого могут служить гибридные быстроходные наклонные шарикоподшипники. Однако уже через несколько лет конструкторы начали разработку подшипников, составляющие элементы которых изготовлены из керамических материалов (керамические подшипники), пример – однорядные быстроходные цилиндрические подшипники.

Для сравнения, упомянутый керамический цилиндрический подшипник развивает почти 2-кратно большую скорость вращения, чем его стальной аналог.

Подшипник — история изобретения | Наука и техника

Помните, как опростоволосился Робинзон Крузо, выдолбив лодку из ствола дерева и не сумев дотащить её до воды? А ведь наши далёкие предки, у которых не было современной техники, уже знали способы передвижения тяжёлых грузов. Древние на собственном опыте убедились, что тащить куда тяжелее, чем катить.

Служить верой и правдой

В 1903 году на автомобильных соревнованиях в Ирландии победила машина фирмы «Даймлер-Бенц». Бенцовский «Континенталь» развил неслыханную скорость 91,3 километра в час, в то время как предельной для гоночного автомобиля считалась скорость 80 километров в час! Журналисты окружили представителей фирмы, вспышки фотоаппаратов ослепляли их, но запечатлеть для истории невероятное в автопромышленности событие было необходимо.

«Успех обеспечили шариковые подшипники!» — объявили герои дня.

С тех пор шарикоподшипники стали частью практически любого двигателя, будь то двигатель «Феррари» или миксера «Бош». Это приспособление помогает весело и быстро катиться роликовым конькам, есть оно и в подъёмных кранах, и в космических кораблях. Подшипники верой и правдой служат людям — помогают противостоять одной из природных сил — силе трения.

А необходимость в таком противостоянии возникла ещё в эпоху неолита.

Да, именно на раскопках поселений той эпохи археологи нашли первые прообразы подшипников. Материалом для их изготовления служил камень, а применялись они в сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах.

Век за веком прародители подшипников использовались для работы гончарных кругов, мельничных камней, для передвижения колесниц и повозок.

Но об этом археологи узнали только в XX веке. Открытие австрийского археолога Ганса Юнкера, сделанное им в 1936 году, вызвало большой интерес учёных. Юнкер работал у подножия пирамиды Джосера и однажды среди прочих находок обнаружил каменные шары диаметром от 12 до 40 сантиметров. Большинство этих шаров оказались 19-сантиметровыми, а сделаны они были из очень твёрдого камня — долерита.

Юнкер и его коллеги долго ломали головы, что же такое они раскопали? Наконец археологи решили, что в их руках — шарикоподшипники. Юнкер тут же решился на опыт и был потрясён: с помощью долеритовых шаров всего один человек мог перемещать грузы весом в несколько тонн!

Это подтверждали и следы от шаров, обнаруженные на дорогах, ведущих к пирамидам.

Позже учёные узнали, что на самом деле египтяне весьма серьёзно относились к силе трения, перемещая грузы с помощью каменных цилиндров диаметром 20 и длиною 90 сантиметров. То есть древними использовались не только шарики, но и ролики.

Вода, масло и «таффл»

Помимо специальных приспособлений в виде шаров и цилиндров люди знали ещё один метод, помогающий уменьшить силу трения, а именно — смачивание почвы водой или маслом. Вода шла в ход у египтян, а маслом поливали землю древние греки, которым всё время надо было таскать здоровенные каменные и бронзовые статуи своих богов. Помимо воды египетские строители применяли мокрую глину, смазка эта называлась «таффл».

Использовались различные смазки и позже. Например, в XV веке турки, осаждая Константинополь, перемещали свои корабли по суше — для этого строили деревянные настилы, обильно смазывая их маслом.

Древние египтяне подкладывали деревянные катки под многотонные каменные глыбы, из которых строились пирамиды. И пусть рабский труд дёшев и нет никому дела до того, тяжело ли рабу, легко ли, — производительность труда благодаря умным приспособлениям росла.

Известный с незапамятных времён эффект качения сначала нашёл применение в катках, а затем и в двух гениальных изобретениях: колесе и подшипнике. Ведь несложно догадаться, что идея колеса восходит к цилиндрическому катку, тем более что древнейшие колёса были цельными, то есть представляли собой спилы очень толстых брёвен.

Для борьбы с силой трения

Первые подшипники качения, весьма похожие на современные, применили греки в 330 году до н.э. Устройство придумал инженер Диад, поместив роликовые подшипники в колеса рамы тяжёлого орудия для разбивания крепостных ворот, то есть в таран, благодаря чему он стал легче разгоняться, и сила его удара значительно возросла. Об этом рассказал в своих записках один римский философ, назвав описанное приспособление изобретением хитроумных эллинов. Впоследствии римляне пользовались как роликовыми, так и шариковыми подшипниками, например, в осях телег для перевозки тяжёлых грузов. Остатки подобного подшипника, найденного при раскопках в 1928 году, можно увидеть в Национальном музее в Риме.

Первые прототипы современных продольных шариковых подшипников появились в Риме при Калигуле. Известно, что в те времена в обиход вошли поворотные круги, в механизмах которых применялись роликовые цилиндрические и конические, а также шариковые подшипники.

Для борьбы с силой трения, поглощающей большое количество энергии и увеличивающей нагрев, употреблялась смазка — чаще всего масла растительного происхождения.

Оси телег смазывались мазями, полученными из смол деревьев. Но растительные масла недостаточно вязкие и быстро высыхают. Поэтому люди научились применять животные жиры, которые обогащались минеральными сгустителями. А на территориях, где на поверхность земли вытекали «нафты» (нефть, каменное масло), мази производились из них путём нагрева.

Различные растительные жиры и масла, используемые для смазки, описал в своих трудах ещё Плиний Старший (23-73 годы н. э.). Такие смазочные материалы доминировали практически до времён изобретения первой паровой машины, а минеральные масла получили достаточно широкое распространение только в начале XX века.

Знаете ли вы что…

Самый старинный металлический подшипник, сохранившийся до наших дней, был установлен в подпоре ветряка, построенного в 1780 году в Спроустоне (Англия). Он состоит из двух дорожек качения и 40 чугунных шаров.

Что сказал Леонардо

Падение Рима и появление варварских государств надолго остановило развитие технической мысли в Европе.

И, как это было со многими изобретениями древности, забытыми в Средневековье, новые старые идеи о сопротивлении силе трения появились в головах людей эпохи Возрождения. А именно: в самой светлой голове того времени — голове Леонардо да Винчи.

В труде «Мадридский кодекс-1» за 300 лет до того как Кулон создал общепринятую теорию трения, Леонардо сделал свои выводы: «Сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от степени их обработки, и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей; она прямо пропорциональна весу груза и может быть уменьшена путём введения «роликов» или смазочных веществ между трущимися поверхностями».

Предугадав широкое применение шариковых и роликовых подшипников в машинах и механизмах, Леонардо искал материалы с минимальным коэффициентом трения, изобретал различные типы подшипников. Ему принадлежит идея двойного подшипника, который не даёт оси выходить из него даже при большом напряжении.

«Стороны блока, — писал великий изобретатель, — на котором вращается ось, должны быть сделаны из гладкого «зеркального материала», представляющего собой сплав трёх частей меди и семи частей олова. Эта система должна иметь сверху клин для более полного прилегания или крышку, прикрепляемую винтом. Эти стороны блока или втулки могут плотнее насаживаться по мере того, как механизм изнашивается».

Описанный да Винчи сплав меди и олова только через 200 лет был предложен Лондонскому королевскому обществу естествоиспытателем Робертом Хуком.

Придумав несколько различных типов подшипников. Леонардо делал чертежи. Исследователи его научных трудов часто находили в зарисовках гения странные ошибки, сводящие на нет весь замысел. Учёные не сразу догадались, что таким образом да Винчи «запирал на ключ» свои изобретения, препятствуя узколобым подражателям пользоваться плодами его ума.

Именно такая ошибка крылась и в чертеже шарикового подшипника: там были изображены угловатые выступы на внешней и внутренней его стороне. Конечно, такое приспособление, будь оно детально воплощено в жизнь, не выполняло бы свою функцию!

Час пробил!

Ну а с развитием промышленности в Европе, то есть с наступлением Нового времени, необходимость в шарикоподшипниках возросла. К сожалению, их изготовление было чрезвычайно сложным и дорогостоящим делом. Даже хороший мастер с трудом добивался необходимой формы кольца, а ещё большего мастерства и терпения требовало изготовление шариков.

В 1710 году французский изобретатель Мондран направил в Парижскую академию наук письмо, в котором утверждал, что каждая лошадь может работать в упряжке за двоих, если телегу снабдить роликовыми устройствами его конструкции. К сожалению, эта идея, хоть и одобренная умнейшими людьми эпохи, не нашла своего применения, так как не было того, кто воплотил бы разработку Мондрана в жизнь, также, как и разработку Кулона, создателя теории трения.

И только в 1882 году появились сразу две первые машины для изготовления шариков — в двух небольших германских городках Хельмсдорфе и Швайнфурте. Два фабриканта одновременно запустили шлифовальные машины для производства шариков и роликов. А через 10 лет инженер Саймоне открыл в Америке фабрику шлифовальных машин.

Час же шарикоподшипников пробил, когда человечество нашло для себя новое суперувлечение — автомобильные гонки!

Журнал: Тайны 20-го века №32, август 2011 года
Рубрика: История техники
Автор: Яна Розова

Метки: Тайны 20 века, автомобиль, механизм, шар, подшипник, трение

диагностика подшипников

Главная \ диагностика подшипников

Как и любого другого технического агрегата , у подшипников есть ограниченный ресурс использования. В процессе эксплуатации подшипник изнашивается и получает различные повреждения.
Ознакомиться с Видами повреждений подшипников и методами визуальной оценки состояния подшипников вы можете перейдя по ссылке ниже:

• Виды повреждений подшипников качения

 Для того, чтобы  оценить  ресурс эксплуатации подшипников  используется  термин  «долговечность подшипников  качения»

Как определяют термин «долговечность подшипников»? Кратко суть выражается следующим образом: в реальных условиях подшипник качения не может работать произвольно долго. Со временем  возникает усталостное разрушение материала, и работа подшипника становится невозможной. Период времени до появления первых признаков усталости материала ,обычно металла, зависит от частоты вращения подшипника и величины нагрузки. Усталостное разрушение является следствием переменных напряжений сдвига непосредственно под поверхностью качения в зоне действия нагрузки. Эти напряжения обуславливают образование микротрещин, количество которых увеличивается и которые постепенно распространяются к поверхности. Когда по таким трещинам перекатываются тела качения(ролики или шарики) происходит отделение частиц материала. Такой процесс, который называют образованием усталостных раковин, со временем прогрессирует до тех пор, пока подшипник становится непригодным для работы. Долговечностью подшипника качения называют число оборотов, которое он совершит прежде, чем станут заметными первые признаки усталостного разрушения на рабочей поверхности и телах качения. Это не означает, что после этого подшипник не может продолжать работу. Усталостное выкрашивание распространяется медленно и обнаруживает себя возрастанием шума и вибраций. Поэтому обычно остаётся достаточно времени для подготовки замены подшипника.

Очень часто необходимо получить информацию о состоянии подшипников не демонтируя его с важного узла.
Наиболее эффективным методом диагностики работающего подшипника является вибродиагностика.

Ниже приведена статья о современных методах вибродиагностики подшипников.

(Русов В.А. «Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам» 2012 г.)

Основные признаки и особенности развития дефектов

Наличие дефекта в подшипнике качения легко выявляется несколькими способами. Дефект может быть диагностирован «на слух», по форме вибрационного сигнала, по спектру, по СКЗ сигнала, по спектру огибающей вибрационного сигнала, с использованием «пик-фактора», «эксцесса», и другими методами.

Во вступительном разделе мы рассмотрим различные особенности и признаки возникновения, развития и диагностики дефектов подшипников качения, акцентируя внимание на тех особенностях, которые нам понадобятся далее, для описания того или иного метода диагностики подшипников. Это позволит уменьшить дублирование описательной информации, которую необходимо приводить при описании каждого метода диагностики дефектов.

Характерная форма вибрационного сигнала, в данном случае, зарегистрированного на опоре с подшипником качения, имеющем достаточно развитый дефект состояния, для примера, приведена на рисунке 3.1.1.1. На этом рисунке хорошо видны две наиболее характерные, и важные для диагностики, составляющие сигнала вибрации – фоновая, и импульсная.

Фоновое, или среднее значение уровня вибросигнала, регистрируемого на подшипнике качения, характеризуется каким — то усредненным значением, например среднеквадратичным значением виброскорости. Это значение вибрации достаточно просто может быть замерено при помощи обычных виброметров.

В моменты прохождения через «несущую», нагруженную зону подшипника качения, дефектного элемента, или элементов, на вибросигнале появляется четко выраженный амплитудный пик, некий энергетический импульс. Параметры этого импульса определяются видом, локализацией и степенью развития дефекта подшипника. Каждый такой ударный импульс обладает четырьмя основными диагностическими параметрами. Это максимальная амплитуда импульса, частота свободных (заполняющих) колебаний, скорость затухания амплитуды этих колебаний, и частота повторения импульсов.

Наиболее важным параметром, характеризующим степень развития дефекта подшипника, является амплитуда ударного импульса. Для измерения этого параметра импульса в приборах вибрационного контроля должны быть предусмотрено использование высокочастотных датчиков измерения вибрации и применения специальных пиковых детекторов или достаточно высокочастотных АЦП. Это обусловлено тем, что ударные импульсы имеют сравнительно высокую частоту. Локализация дефекта, место его расположения, обычно уточняется по частоте следования импульсов, для чего используются спектральные методы.

Если диагностику состояния опорных подшипников качения проводить по параметрам временных вибрационных сигналов, то основное внимание следует уделить двум. Это, во-первых, количественное значение общего уровня фона вибрации и, измеренное лучше в размерности СКЗ, во-вторых, это соотношение между уровнями фона вибрации и амплитудами пиковых значений в вибрационном сигнале.

В самом общем случае изменение технического состояния подшипника качения, возникновение и развитие в нем дефектов, за весь период его службы можно, разделить на пять основных этапов. Эти этапы схематически показаны на рис. 3.1.1.2. На этом рисунке по вертикали отложен уровень вибрации в размерности виброскорости (мм/сек), а по горизонтальной оси отложено относительное время эксплуатации подшипника.

Обобщенное техническое состояние подшипника, на каждом этапе его эксплуатации, определяется зоной между двумя линиями вибрационных уровней. Нижняя линия соответствует значению фонового уровня вибрации, определенному в размерности СКЗ виброскорости, а верхняя линия соответствует усредненной амплитуде ударных импульсов, возникающих при работе подшипника качения.  

Как мы уже отмечали, этапов, характеризующих изменение технического состояния подшипников качения, можно выделить пять. На первом этапе, на рисунке это зона до границы с отметкой «1», общее техническое состояние подшипника будем считать идеальным. Эту зону можно считать не зоной наличия дефектов, а зоной их первичного возникновения. Дефекты еще не оказывают влияния на вибрации подшипников, все имеющее место увеличение вибрации обусловлено естественным износом поверхностей качения подшипников. На этом этапе пики вибрации превышают уровень фона незначительно, а сам «фоновый уровень» вибрации, в данном случае это СКЗ виброскорости, значительно меньше нормируемых значений тревожного и аварийного уровней, принятых для данного класса оборудования.

Зона «1-2» на рисунке 3.1.1.2. В этой зоне, начиная с границы «1», в подшипнике появляется и начинает развиваться какой-либо дефект, который сопровождается ударными вибрационными импульсами, амплитуда который быстро растет по величине. «Разрушающая  энергия» импульсов затрачивается на «углубление» дефекта в рабочих поверхностях подшипника, в результате чего происходит еще большее увеличение энергии импульсов. Уровень фона вибрации по своей величине при пока этом почти остается неизменным, т. к. дефект носит локальный характер и на общем состоянии подшипника пока не сказывается. Повторим, что это зона возникновения дефекта в процессе эксплуатации.

Зона «2-3». Начиная с границы «2» ударные импульсы в подшипнике достигают по своей энергии, применительно к графику это увеличение по амплитуде, практически максимального значения. Дальше амплитуда импульсов уже растет немного. Количественное значение максимума энергии импульсов определяется типом подшипника и условиями его эксплуатации. Выделяющаяся в подшипнике энергия импульсов уже столь велика, что ее достаточно не только «для углубления», но и для расширения зоны дефекта. На данной стадии процесс саморазвития дефекта начинает идти более быстро. Одновременно с этим и уровень фона тоже растет достаточно монотонно. Можно сказать, что дефект набирает силу, готовиться к решающему нападению.

Зона «3-4». Это зона перехода дефекта подшипника от стадии «сильный дефект» к полной деградации. Процесс начинается с границы «3». Геометрическая зона развития дефекта здесь уже столь велика, что подшипник начинает «терять» свое основное назначение — обеспечивать вращение поддерживаемого вала с минимальным трением. Возрастают потери в подшипнике на вращение ротора и, как результат, увеличивается энергия, выделяющаяся в подшипнике, растет уровень фона. Это уже этап саморазрушения подшипника.

Зона «4-5». Это последний этап развития дефекта, когда он охватил уже весь подшипник, вернее говоря все то, что осталось от подшипника. Уровень фона вибрации практически сравнялся с уровнем пиков, точнее говоря, весь вибрационный сигнал состоит из пиков. Работы подшипников качения в этой зоне следует избегать, хотя, если говорить точнее, она уже просто невозможна.

Все эти вышеперечисленные этапы ухудшения состояния подшипника свойственны практически всем видам дефектов, имеющих место в любых разновидностях подшипников. В зависимости от ряда конструктивных и эксплуатационных параметров подшипников могут наблюдаться различия в длительности описанных этапов, в интенсивности вибрационных процессов в них, но общая картина развития дефектов не меняется.

Есть и другие характерные признаки наличия дефектов в подшипниках качения.

При работе подшипника с дефектами на поверхностях качения в спектре вибрационного сигнала появляются характерные составляющие, гармоники, с собственными частотами, по которым можно достаточно корректно выявить место нахождения дефекта. Численные значения частот этих гармоник зависят от соотношения геометрических размеров элементов подшипника, и конечно однозначно связаны с оборотной частоты вращения ротора контролируемого механизма.

В нагруженном подшипнике качения можно дифференцировать четыре основные, характерные, применяемые для диагностики частоты — гармоник. Это гармоники (от оборотной частоты) вызываются специфическими процессами на внешней обойме подшипника, на внутренней обойме подшипника, связаны с работой сепаратора подшипника, и с частотой вращения тел качения – шаров или роликов. Рассмотрим, для упрощения без промежуточных математических выкладок, формулы для расчета этих частот.

Частота обкатывания тел качения по внешней обойме подшипника, часто в литературе обозначаемая как BPFO:

               Fн = Nтк / 2 х F1 ( 1 — Dтк / Dc х cosj )

где: Nтк — количество тел качения в одном ряду подшипника;

       F1 — оборотная частота вращения ротора;

       Dтк — диаметр тела качения;

       Dc — средний диаметр сепаратора;

       j — угол контакта тела качения с обоймой.

Частота обкатывания тел качения по внутренней обойме — BPFI:

Fв = Nтк / 2 х F1 ( 1 + Dтк / Dc х cos j )

Частота работы сепаратора — FTF:

Fс = 1 / 2 х F1 ( 1 — Dтк / Dc х cos j )

Частота работы (вращения) тел качения — BSF:

Fтк = 1 / 2 х F1 х Dтк / Dc ( 1 — Dтк2 / Dc2 х cos2 j )

Как видно из этих формул, для точного определения характерных гармоник работы подшипника качения достаточно 4 первичных параметров, три из которых являются конструктивными, а четвертый определяется рабочей частотой вращения ротора.

Данные формулы расчета характерных подшипниковых частот являются достаточно простыми, но не всегда удобными для практики. Сложность заключается в том, что они включают в себя угол контакта тел качения с обоймами. Этот параметр не всегда известен точно и в процессе работы подшипника, по мере износа рабочих поверхностей подшипника, может изменять свое значение.

В практике удобнее использовать более простые формулы, не включающие в себя этот угол, в результате, естественно, менее точные, чаще всего приемлемые для практической диагностики. Приведем и эти формулы:

Частота обкатывания тел качения по внешней (наружной) обойме — BPFO:

Fн = F1 ( Nтк / 2 — 1,2 )

Частота обкатывания тел качения по внутренней обойме — BPFI:

Fв = F1 ( Nтк /2 + 1,2 )

Частота работы сепаратора — FTF:

Fс = ( 1 / 2 — 1,2 / Nтк )

Частота вращения тел качения — BSF:

Fтк = ( Nтк / 2 — 1,2 / Nтк )

Алгоритм использования этих формул достаточно прост – если в спектре вибрационного сигнала появляются гармоники с такими частотами, то можно говорить о дефектах в соответствующем элементе подшипника. Так это можно трактовать теоретически, практически же все выглядит сложнее.

Использовать эти формулы, опираясь на анализ «прямых спектров» (классических спектров Фурье от всего сигнала) следует очень осторожно, достоверность диагностики с их использованием может быть не высокой. Достаточно часто даже при наличии в подшипнике явного дефекта в вибросигнале характерные частоты могут полностью отсутствовать, иметь сдвиг по частоте, или иметь очень малый уровень.

Методы диагностики дефектов подшипников

Для оценки технического состояния и диагностики дефектов подшипников качения разными авторами и компаниями разработано достаточно много различных методов. Естественно, что все эти методы, различные по своим теоретическим предпосылкам, имеют разную трудоемкость, требуют различного приборного обеспечения и могут применяться для различных целей. Конечно, итоговая информация, полученная в результате использования этих методов, имеет различную информативность и достоверность.

В данном разделе мы попытаемся, очень обзорно и поверхностно, рассмотреть и сравнить основные методы, чаще всего применяемые в практике. В основе сравнения будем использовать параметр, который назовем как практическая применимость и эффективность. При этом будем систематизировать эти методы исходя только из основных, базовых, теоретических предпосылок, возможности применения их на различных этапах развития дефектов подшипников.

В самом общем случае оценка технического состояния и поиск дефектов подшипников качения может производиться при четырех наиболее распространенных методов, по следующим диагностическим параметрам:

1. По величине СКЗ виброскорости

Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на последних стадиях, начиная, примерно, с середины третьего этапа развития дефекта, когда общий уровень вибрации значительно вырастает. Данный метод диагностики прост, имеет нормативную базу, требует минимальных технических затрат и не требует специального обучения персонала, применяется при диагностике «массового» и сравнительно недорогого вращающегося оборудования.

2. Диагностика дефектов подшипников качения по спектрам вибрационных сигналов

Данный метод применяется на практике достаточно часто, хотя и не обладает высокой чувствительностью, но он позволяет выявлять, наряду с диагностикой подшипников, большое количество других дефектов вращающегося оборудования. Этот метод позволяет начинать диагностику дефектов подшипников примерно с середины второго этапа, когда энергия резонансных колебаний вырастет настолько, что будет заметна в общей картине частотного распределения всей мощности вибросигнала. Для реализации данного метода необходим хороший измерительный прибор достаточно высокого уровня, и специально подготовленный персонал.

3. Диагностика дефектов по соотношению пик / фон вибросигнала

Основы метода иллюстрируются рисунком 3.1.1.1. Этот метод разрабатывался несколькими компаниями и имеет много различных, примерно одинаковых по эффективности, практических модификаций. Это метод HFD (High Frequency Detection — метод обнаружения высокочастотного сигнала), метод SPM (Shock Pulse Measurement — метод измерения ударных импульсов), метод SE (Spike Energy — метод измерения энергии импульса), а также еще несколько других, но менее известных методов. Лучшие разновидности данного метода позволяет выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях, начиная примерно с конца первого этапа развития. Приборы, реализующие данный метод диагностики дефектов достаточно просты и дешевы.

4. Диагностика дефектов подшипников качения по спектру огибающей вибрационного сигнала

Данный метод позволяет выявлять дефекты подшипников на самых ранних стадиях, начиная примерно с середины первого этапа. Теоретически данный метод диагностики дефектов подшипников качения может базироваться и на анализе акустических сигналов, и на анализе вибрационных сигналов. В первом случае метод называется SEE (Spectral Energy Emitted — анализ излучаемой спектральной энергии), и для своей работы использует специальный датчик акустического излучения. Чаще всего для такой диагностики используют акустические детекторы утечек различных модификаций, работающие в диапазоне частот до 100 кГц. В этом случае измерение акустических параметров производится дистанционно, с некоторого удаления от контролируемого подшипника. Если для измерения вибрационных сигналов используются «обычные контактные датчики вибрации», то применение этого метода не требует использования специального оборудования. Развитием данного метода много занимались российские диагносты, в настоящее время считается уже классическим методом для анализа вибросигналов с подшипников качения.

Все вышеперечисленные методы диагностики дефектов подшипников качения различаются не только теоретическими предпосылками, положенными в их основу. Они различаются типом используемого диагностического оборудования, его стоимостью, необходимой подготовкой персонала и конечно своей эффективностью. Практически всегда справедливо простое правило — чем на более ранней стадии, и чем более достоверно необходимо обнаруживать дефекты подшипников, тем дороже это стоит.

Кроме того всегда следует помнить и учитывать, что диагностика состояния подшипников является только частью общего диагноза по оборудованию. Полный анализ состояния оборудования обычно проводится по спектрам вибросигналов, поэтому при выборе метода диагностики подшипников качения предпочтение следует отдавать диагностике по спектрам огибающей, что делает этот метод практически универсальным. При таком подходе полный набор технических средств, предназначенный для диагностики состояния оборудования, будет минимальным по объему и стоимости.

В случае, если стандартная спектральная диагностика данного типа оборудования постоянно не проводится, то для ранней диагностики состояния подшипников качения весьма эффективно применение методов, основанных на сравнении уровней фона и пика вибросигнала. Эти методы обладают достаточной для стандартной практики работы специалистов по вибрационной диагностике достоверностью. Очень большим достоинством этих методов является то, что для своей реализации они не требуют дорогих и специализированных виброметров.

Для того, чтобы при наличии явного дефекта в подшипнике необходимо выполнение целого ряда различных требований. Эти требования обусловлены конструктивными, эксплуатационными, и методическими особенностями проведения диагностики подшипников качения различными методами.

Основное требование к конструкции подшипникового узла следующее — должен существовать хороший акустический контакт между зоной установки подшипника качения, и возможным местом установки измерительного датчика. Здесь использован термин «акустический контакт» по той причине, что большая часть интересующих нас вибрационных частот находится в зоне акустической слышимости. Конечно, более правильно было бы говорить о передаче вибрационных сигналов от контролируемого подшипника к датчику, но в данном случае это равноценно.

Измерение параметров технического состояния контролируемого подшипника должны проводиться в определенных условиях:

• Контролируемый подшипник должен быть нагружен достаточным усилием, чтобы «дефект мог проявиться» в измеряемых вибрационных сигналах. При невыполнении этого условия диагностика в режиме «on-line» становится бессмысленной.
• Дефектная зона подшипника качения должна периодически проходить через зону нагрузки подшипника.
• Желательно, чтобы в контролируемом оборудовании не было других источников вибрационных сигналов с частотой, равной частоте дефектов, или их влияние было ослаблено в зоне контроля.

Используемое для диагностики измерительное оборудование должно обладать определенными свойствами:

• Частотные параметры измерительного датчика должны охватывать весь возможный диапазон частот, которые могут возникнуть в контролируемом подшипнике, и который представляет «диагностический интерес».
• Регистратор и анализатор вибрационных сигналов, используемый для анализа «прямых спектров» подшипников качения, должен обеспечивать, после обработки, получение спектра вибросигнала с разрешением не меньше 1600 — 3200 линий.

Эти требования относятся ко всем методам диагностики подшипников качения по спектрам и спектрам огибающей, которые базируются на использовании вышеприведенных формул расчета подшипниковых частот.

В завершение данного общего раздела, касающегося общих вопросов диагностики, хочется коснуться важного методического вопроса, связанного с диагностикой «тихоходных подшипников». Такие подшипники в больших количествах используются в бумагоделательных машинах, в различных конвейерных линиях и подъемных механизмах.

Смысл рассматриваемого вопроса достаточно прост, он заключается в том, чтобы определить, какими частотными параметрами должны обладать измерительные приборы, предназначенные для диагностики таких подшипников качения, и каковы особенности такой диагностики. Например, если нужно диагностировать подшипник, частота вращения которого равна 0,2 Гц, т. е. если контролируемый подшипник делает один оборот за пять секунд, то какими должны быть частотные свойства используемого диагностического прибора, измерительного датчика? В каком частотном диапазоне должны производиться измерения, чтобы полученной информации хватило для проведения корректной диагностики подшипника.

Для ответа на этот вопрос обратимся к рисунку 3.1.1.3., на котором показан временной сигнал, зарегистрированный на дефектном подшипнике, имеющем раковину на внутренней обойме.

Приведенная на рисунке вибрационная картина понятна и наглядна. Один раз в пять секунд дефектная зона внутренней обоймы попадает в нагруженную зону подшипника, и при прохождении через дефектную зону тел качения возникают динамические удары. После каждого удара в дефектной зоне возникают свободные затухающие колебания с частотой около 2 кГц. В приведенном примере мы имеем «серии» из трех ударов, т. е. за время прохождения дефектной зоны в нее «попадают» три тела качения подшипника. Это «рафинированная» вибрационная картина реального дефекта, достаточно часто встречающегося в практике.

Вопрос стоит следующим образом, какими частотными свойствами должен обладать измерительный датчик, и в каком диапазоне частот мы должны провести измерения, чтобы, например, диагностировать дефект в данном подшипнике при помощи прямых спектров.

Для начала определимся с тем, какая зона нашего вибрационного сигнала представляет для нас интерес, от этого зависит многое. Очевидно, что если речь идет о повторяющихся импульсах, то мы должны включить в рассмотрение не менее 2-3 оборотов контролируемого ротора, а в идеале 4-5, чтобы было можно уверенно диагностировать дефекты сепаратора подшипника качения. Это связано с тем, что частота гармоники дефектного сепаратора обычно чуть меньше 0,5 Гц, т. е. такой дефект «обкатывается» один раз за два оборота ротора. Если мы включим в рассмотрение 4 оборота ротора, то получим, что мы должны зарегистрировать вибрационный сигнал, длительность которого равняется 20 секунд.

Выше мы уже говорили, что частота свободных колебаний после динамических ударов, в нашем примере, равняется 2 кГц. Чтобы корректно зарегистрировать и диагностировать эту гармонику на спектре мы должны вести регистрацию с частотой не менее 5 кГц, а лучше больше, например, хотя бы 6 кГц. Это логично вытекает из правила Найквиста. 

Теперь становится понятным, что одна регистрация вибрационного сигнала на тихоходном подшипнике должна производиться с частотой 6 кГц, и длительностью 20 секунд. Итоговая длина одной выборки должна составлять не менее 120 тысяч отсчетов АЦП. Такими возможностями обладают далеко не все приборы регистрации вибрационных сигналов, в том числе самые лучшие, это специфическое требование. Для 95% процентов приборов, имеющихся на современном рынке, максимальная длина выборки сигнала не превышает 8192 отсчета. 

Второй важный вопрос, а каков частотный диапазон измерительного датчика, предназначенного для диагностики тихоходных подшипников качения? Что самое парадоксальное, многие утверждают, что чем ниже этот диапазон, тем лучше. А какой же диапазон необходим для диагностики подшипника, сигнал с которого приведен на нашем рисунке? При опросе 90% специалистов сказали, что необходим датчик с нижней граничной частотой от 0,05 Гц, и даже ниже.

Когда мы акцентировали внимание на том, что основная диагностическая частота составляет 2 кГц, это есть частота свободных колебаний конструкций «вокруг подшипника» после динамических ударов в зоне дефекта, даже после этого не все изменили свои требования к частотным свойствам измерительного датчика. Еще раз подчеркнем, что все эти рассуждения справедливы только для диагностики подшипников качения, для диагностики подшипников скольжения требования другие, более стандартные.

Заключим данные рассуждение следующим. Диагностику тихоходных подшипников качения следует проводить при помощи «импульсных» методов. Диагностика с использованием «прямых» спектров практически невозможна, а с использованием спектров огибающей вибрационного сигнала весьма сомнительна.

Диагностика дефектов по общему уровню вибрации

Данный способ оценки технического состояния и диагностики дефектов в подшипниках вообще, и в подшипниках качения в частности, входит в широко распространенную простейшую практику оценки общего технического состояния вращающегося оборудования по общему уровню вибрационного сигнала. Такая диагностика производится техническим персоналом без специальной вибрационной подготовки. Для проведения такой диагностики дефектов подшипников качения вполне достаточно использования простейшего виброметра, измеряющего общий уровень вибрации.

Как уже говорилось выше, такая диагностика дефектов подшипников качения позволяет определять дефекты только на самой последней стадии их развития, когда они уже приводят или уже привели к деградации состояния подшипников, повышению общего уровня вибрации. Диагностику дефектов подшипников по величине СКЗ виброскорости, а только для такой размерности вибрационного сигнала существуют критерии технического состояния оборудования, можно интерпретировать уже как предаварийную.

Критерии технического состояния, и степени развития дефектов в данном методе полностью ориентированы на соответствующие нормативные значения уровней вибрации, принятые для данного механизма. Дефектным в этом методе диагностики считается такой подшипник качения, вибрации которого превысили общую норму для агрегата, это является признаком дефектного состояния контролируемого подшипника качения. При таком пороговом повышении значения уровня вибрации, замеренной на опорном подшипнике, обслуживающему персоналу необходимо принимать решение о возможности дальнейшей работы агрегата или об остановке оборудования и замене подшипника.

Первые признаки дефекта подшипника данным методом диагностики обнаруживаются при обследовании оборудования персоналом достаточно поздно, примерно за несколько месяцев, недель или даже дней, что зависит от целого ряда особенностей работы данного подшипника, до момента полного выхода подшипника из строя. Несмотря на такое позднее обнаружение дефектов, и несколько скептическое отношение к этому методу специалистов со стажем, такой метод диагностики состояния подшипников качения достаточно широко используется в практике и дает неплохие результаты в тех случаях.

Максимальными преимуществами метод обладает в случаях, когда:

• Основной задачей проведения диагностического обследования  оборудования является только предотвращение аварий и их последствий, пусть даже диагностическая информация о наличии дефекта будет получена на достаточно позднем этапе.
• Останов оборудования для замены подшипника могут быть выполнены в любое время, без какого — либо ущерба для работы контролируемой установки и технологического цикла всего предприятия, без нарушения общего процесса.
• Если цикличность проведения ремонтных работ на контролируемом оборудовании такова, что оставшийся срок службы подшипника с диагностированным дефектом, пусть даже минимальный, всегда превышает оставшееся время работы до его вывода в ремонт по другим причинам.

Достоинством такого, самого простейшего метода диагностики дефектов подшипников качения по общему уровню вибрации, является так же и то, что для его применения не требуется практически никакого дополнительного обучения обслуживающего, а часто и эксплуатационного персонала. Кроме того стоимость технического оборудования, необходимого для данного метода диагностики, минимальна.

Если на предприятии ранее не велись какие-либо работы по вибрационной диагностике, то данный метод диагностики обеспечивает наибольшую эффективность при своем внедрении. Применение всех других методов диагностики подшипников качения всегда требует больших начальных материальных затрат, и дает экономический эффект только на более поздних стадиях работы.

В заключении по данному вопросу следует сказать, что неожиданно высокую эффективность может иметь диагностика дефектов подшипников качения наиболее простым способом – «на слух». Для этого необходимо наличие какого-либо устройства для прослушивания подшипников, например типа стетоскопа, или виброметра с подключаемыми наушниками. Если ничего даже этого нет, то можно воспользоваться любой сухой деревянной палочкой достаточных размеров.

Если приложить ее одним концом к контролируемому подшипнику, а вторым концом к уху, то при наличии дефекта в подшипнике можно очень явственно услышать высокий, негромкий, приятный звон, называемый иногда «бронзовыми колокольчиками». Стоит только один раз его услышать, и спутать его уже будет нельзя ни с чем. Достоверность диагностики дефектных подшипников таким методом очень велика.

 Диагностика дефектов подшипников по спектрам сигналов

Большинство специалистов по вибрационной диагностике, если они начинают заниматься подшипниками качения, ожидают наибольшей достоверности и наибольшего эффекта при внедрении диагностики по классическим спектрам вибрационных сигналов. Такие спектры, в отличие от спектров огибающей вибрационного сигнала, также используемых для диагностики подшипников качения, достаточно часто называют «прямыми», и этот термин мы тоже будем применять.

К сожалению, чаще всего именно здесь их оптимистическим ожиданиям не суждено будет сбыться. Мало того, что сама процедура диагностики является достаточно сложной и противоречивой, достоверность большинства практических диагнозов по состоянию подшипников качения, полученных при использовании таких «прямых» спектров вибрационных сигналов, является неожиданно низкой. Метод, предназначенный для решения самых сложных диагностических задач вращающегося оборудования, не дает хороших результатов при диагностике «копеечных» подшипников качения!

«Неожиданность» такого парадокса запрограммирована заранее и заложена в особенностях диагностики по спектрам вибрационных сигналов. Ошибки диагнозов заранее прогнозируемы и заключаются в том, что классический спектр есть, по своему определению, распределение мощности исходного временного вибросигнала в частотной области. По этой, причине появление на спектре характерных гармоник того или иного элемента подшипника качения, следует ожидать только в том случае, когда дефект разовьется до такой степени, когда мощность его гармоник будет соизмерима с мощностью «механических» гармоник, связанных с небалансом, расцентровкой. Только в этом случае на спектре можно уверенно диагностировать «подшипниковые» гармоники, когда они будут иметь не только большую амплитуду, но и существенную мощность.

Для того, чтобы повысить чувствительность данного диагностического метода к «подшипниковым гармоникам» с малой мощностью, применяются различные способы, например, амплитуды гармоник в анализируемых спектрах представляются в логарифмическом масштабе. Это конечно помогает, но до определенного значения, когда гармоники уже начинают маскироваться общим «белым шумом», который в вибрационных сигналах имеет значительную амплитуду.

В соответствии с приведенной в начале главы градацией развития дефектов подшипников качения на этапы можно сказать, что диагностика по спектрам вибрационных сигналов может уверенно выявлять дефекты подшипников качения, начиная только с конца первого этапа их развития, а чаще с середины второй зоны. Причем даже на этом уровне диагностика по «прямым» спектрам вибрационных сигналов является делом достаточно непростым, и имеет ряд специфических особенностей.

Ниже мы попытаемся рассмотреть эти особенности, значительно усложняющие диагностику дефектов подшипников качения по прямым спектрам.

Начнем с требований, которые предъявляются к приборам регистрации и анализа вибрационных сигналов. Используемый для диагностики подшипников качения измерительный прибор должен обязательно иметь высокое частотное разрешение, не менее, чем 3200 линий в спектре. В противном случае произойдет «размазывание» мощности узкого ударного пика дефекта по достаточно широкой спектральной полосе, что приведет к резкому занижению амплитуды характерной подшипниковой гармоники, что однозначно исказит результаты проводимой диагностики. Как мы уже писали раньше, таких приборов находится в эксплуатации не так много, обычно частотное разрешение приборов значительно меньше.

Вполне понятно, что раз диагностика подшипников качения, чаще всего, ведется на анализе динамических процессов, то измерения необходимо вести в размерности виброускорения, в котором эти процессы более значимы. Хотя в некоторых методах диагностики необходимо анализировать энергетическую составляющую колебаний, для чего следует пользоваться измерениями в размерности виброскорости.

Далее обратимся к основным особенностям проявления дефектов подшипников в исходных вибрационных сигналах, и в получаемых на их основе «прямых» спектрах мощности. Таких характерных особенностей существует несколько.

• Во-первых, это наличие на зарегистрированном сигнале вибрации явно выраженных периодических ударных процессов. Каждый удар, возникающий при обкатывании зоны дефекта телами качения подшипника, характеризуется целым набором параметров — максимальной амплитудой удара, частотой возникающих свободных колебаний, и скоростью затухания этих колебаний.  
• Во-вторых, это наличие в спектре вибрационного сигнала большого количества «нецелых» компонент, или, беря за базу оборотную частоту поддерживаемого ротора, гармоник с дробными номерами. Частоты этих нецелых гармоник определяются подшипниковыми соотношениями. Кроме того, при определенных типах дефектов подшипников эти гармоники сами создают свои семейства и гармоники на частотах взаимного биения, которые еще больше усложняют процедуру диагностики.

• В-третьих, это наличие в спектре вибрационного сигнала широкополосных «поднятий», своеобразных энергетических горбов вблизи подшипниковых частот, и частот собственных резонансов элементов механической конструкции. Идентифицировать причину возникновения этих горбов на спектре, а также связать их параметры с первичными дефектами подшипников качения очень сложно.

Рассмотрим сначала форму ударных импульсов, возникающих при ударных воздействиях от дефектов подшипников, возникающих в вибрационном сигнале. Для этого рассмотрим простейший пример вибрационного сигнала, приведенный на рисунке 3.1.1.4., зарегистрированного на дефектном подшипнике качения. После каждого удара в дефектной зоне подшипника возникают свободные резонансные колебания, которые обычно затухают по экспоненциальному закону.

Вероятность появления таких ударных периодических импульсов, имеющих весьма характерный вид,  сопровождающих процесс обкатывания дефекта подшипника, близка к 100 %. Для описания формы этих процессов особенностей даже придуман специальный термин – «золотая рыбка». Наличие импульсов такой формы в вибрационном сигнале является надежным диагностическим признаком для выявления дефектов подшипников.

Частота следования этих «золотых рыбок», точнее говоря их плавников и хвостиков, во временном сигнале должна достаточно точно соответствовать частоте, характеризующей дефект того или иного элемента подшипника. Интенсивность «золотых рыбок», степень их выраженности, превышения над общим фоном вибрации, зависит от степени развития дефекта. Пример такого вибросигнала с двумя «золотыми рыбками» приведен на нашем рисунке. Сразу же обратим внимание читателя на то, что «на один оборот ротора» может приходиться различное количество ударных импульсов, частота их следования определяется не оборотной частотой ротора, а расчетными «подшипниковыми» частотами.

В реальных вибрационных сигналах «золотая рыбка» не бывает такой красивой, чаще всего форма ее является более «лохматой». У нее имеются различные «дополнительные плавники», располагаемые сверху, или снизу. Ударные импульсы могут следовать один за другим, часто даже наслаиваясь друг на друга. Все это зависит от реальной частоты следования ударов от дефектов, и от собственных резонансных свойств механической конструкции или ее отдельных элементов.

Вторая, основная диагностическая особенность заключается в наличии специфического проявлении дефектов подшипников качения в «прямых» спектрах вибрационных сигналов. Непосредственно при проведении диагностики можно выявить три типа возможных, наиболее часто встречающихся типа спектров вибросигналов, соответствующих различным этапам развития дефектов.

Диагностическая стадия 1

Первые признаки дефектов на спектре вибросигналов появляются тогда, когда дефект подшипника, возникнув, разовьется до такого уровня, что выделяемая им энергия (в золотых рыбках) станет сравнительно заметной в общей энергии вибрации подшипника, т. е. будет представлена на спектре. Применительно к вышеописанному разделению на этапы развития дефектов, приведенному на рисунке 3.1.1.1., это примерно конец первого этапа — начало второго. По срокам это бывает примерно несколько месяцев с момента начала развития дефекта. Пример спектра первой стадии приведен на рис. 3.1.1.5.

В этом спектре, наряду с первыми, механическими, гармониками оборотной частоты вращения ротора, появляется пик на характерной частоте дефекта того или иного элемента подшипника. На этой стадии развития дефекта характерная «подшипниковая» гармоника уже хорошо видна на спектре, что позволяет достаточно точно выявлять дефектный элемент, особенно если представлять амплитуду гармоник в логарифмическом масштабе.

По своей амплитуде пик характерной гармоники уже соизмерим с амплитудой первой или второй гармоник оборотной частоты ротора, но по своей мощности еще много уступает им. На спектре это выражается тем, что пик подшипниковой гармоники является очень узким. Дефект появился, но еще не является сильно развитым, динамические удары при обкатывании дефекта есть, но амплитуда и энергия их еще не очень значительна.

Эта стадия, соответствующая специфическому проявлению дефектов подшипников в спектрах вибрационных сигналов, и завершается тогда, когда амплитуда характерной гармоники достигает своего максимума, примерно равного амплитуде оборотной гармоники, и уже больше не растет. Она если и будет превышать оборотную гармонику, то не на много, не более 30%. Причина этого проста – энергия подшипниковых гармоник автоматически «вносится» преобразованием Фурье — FFT в состав оборотной гармоники. Как следствие срабатывает логическое правило, говорящее о том, что одно слагаемое не может быть больше итоговой суммы.

Диагностическая стадия 2

Следующая стадия развития дефекта подшипника качения начинается тогда, когда на спектре рядом с подшипниковой гармоникой, очень близко, появляется первая пара боковых гармоник, располагающихся слева и справа.

Появление боковых гармоник обозначает, что начался этап пространственного расширения зоны дефекта в подшипнике вдоль поверхностей качения, что иллюстрируется рисунком 3.1.1.6. В этой зоне дефект имеет уже такие размеры (глубину), что при «проваливании» тела качения в зону дефекта он смещается настолько, что основную нагрузку по поддержке вала механизма уже берут на себя рядом расположенные тела качения. «Ступенька», с которой «прыгает» тело качения в зоне дефекта, практически не может быть очень большой, ее величина зависит от общей степени износа подшипника качения. В результате увеличение амплитуды динамических импульсов больше не происходит. Вся энергия этих импульсов теперь уходит не на углубление, а уже на расширение зоны дефекта, возникающее за счет постепенного «раскрашивания» границ зоны дефекта.

На этой стадии диагностики дефектов подшипников по спектрам вибрационных сигналов значительно увеличивается «вклад дефекта» в общую вибрацию контролируемого механизма. Подшипниковая гармоника увеличивает свою мощность до такого значения, что становится соизмерима с основными механическими гармониками — первой и второй. Результатом наличия в вибросигнале двух, как минимум, гармоник — синхронной и несинхронной примерно одинаковой мощности возбуждает в агрегате частоты биений. Эти частоты биений проявляются в спектре в виде боковых полос вблизи характерной подшипниковой гармоники. По мере роста мощности подшипниковой гармоники с расширением зоны дефекта число боковых полос и их мощность постепенно возрастает.

Дальнейшее развитие дефекта приводит уже к появлению новых семейств гармоник,, уже от самой характерной подшипниковой частоты. Обычно появляются гармоники с номером два и три от основной частоты подшипникового дефекта. Рядом с каждой такой гармоникой слева и справа тоже будут иметь место боковые частоты, число пар которых может быть достаточно большим. Чем более развит дефект, тем больше боковых гармоник и у гармоник частоты дефекта.

Гармоники от подшипниковых частот с большим номером, чем три, регистрируются достаточно редко. Это происходит по той причине, что хотя более высокочастотные гармоники и возникают, но мы не можем их зарегистрировать на внешней поверхности подшипниковых опор. Чем выше частота возникающих колебаний, тем более интенсивно это колебание будет затухать внутри подшипниковой опоры, на участке от места возникновения до места установки первичного измерительного датчика. 

Пример спектра вибросигнала подшипника качения с таким уровнем развития дефекта показан на рисунке 3.1.1.7. На этом спектре есть две гармоники от характерной частоты подшипникового дефекта, первая и вторая. Вокруг каждой гармоники расположено по две пары боковых гармоник, расположенных слева и справа.

Износ подшипника, обладающего таким набором характерных гармоник в спектре, уже очевиден. Пространственно он может простираться почти по всей рабочей поверхности подшипника, он уже стал групповым, захватив несколько элементов подшипника. Подшипник нуждается в замене или к такой процедуре нужно интенсивно готовиться.

Хочется завершить описание этого этапа развития дефекта в подшипнике качения небольшим, но методически важным сравнением, связанным с использованием общего подхода к диагностике дефектов вращающегося оборудования. При внимательном рассмотрении видно, что такой состав гармоник подшипниковой частоты, который показан на рисунке 3.1.1.7., если не брать во внимание боковые гармоники, очень похож на состав гармоник оборотной частоты ротора, имеющий место при наличии механического ослабления в роторе, так же называемого люфтом, описанном в соответствующем разделе.

Такое совпадение типов дефектов реально есть и на самом деле. Появление на спектре гармоник подшипниковой частоты говорит именно о развитии механического ослабления, так как при такой степени развития дефекта фиксация ротора в дефектном подшипнике становится уже недостаточно точной. Следствием такого совпадения проявления дефектов является примерное равенство наборов основных гармоник, возникающих в обоих случаях – при общем ослаблении ротора, и при ослаблении в опорном подшипнике.

Диагностическая стадия 3

Это последняя стадия развития дефектов подшипника. В конце этой стадии подшипник уже полностью деградировал и перестал исполнять свои прямые функции — обеспечивать вращение валов при минимальных затратах на трение. Потери на трение в подшипнике велики, и вращение ротора затруднено.

Развитие дефекта подшипника на этой стадии, при диагностике его по спектрам вибрационных сигналов, проходит следующим образом. Износ подшипника достигает такой стадии, когда характерная частота дефекта, из-за очень большого расширения зоны дефекта, становится нестабильной, такая же участь постигает боковые гармоники. Наложение многих семейств гармоник, каждое из которых состоит из основной частоты и боковых гармоник, создает достаточно сложную картину. Если в этих семействах основные гармоники различаются по частоте немного, то сумма всех этих частот представляет собой общее поднятие спектра, «энергетический горб», захватывающий такой диапазон частот, куда входят все гармоники всех семейств от всех уже существующих дефектов подшипника качения.

На общем фоне «энергетического горба» могут выделяться отдельные гармоники, но обычно все они носят случайный характер, как по частоте, так и по амплитуде, и уже практически ничего конкретного не отражают. Они просто увеличивают мощность, сосредоточенную в этом частотном диапазоне спектра.

Практически вся мощность вибрационного сигнала сосредоточена не в зоне наиболее значимых механических гармоник, с первой по десятую, а в зоне характерных гармоник, соответствующих имеющим место дефектам диагностируемого подшипника качения. Правда на этом этапе таких дефектов уже много, и это понятно, подшипника уже практически нет, есть «сплошной дефект» всех элементов подшипника. Для иллюстрации этой стадии на рисунке 3.1.1.8. приведен спектр вибросигнала. На рисунке достаточно хорошо видны все вышеперечисленные особенности диагностирования третьей стадии развития дефекта.

Кроме того в диапазоне гармоник, свойственных механическому ослаблению и увеличенному зазору в подшипнике поднимается лес целых гармоник оборотной частоты. Все они по своим параметрам соответствуют вышеназванным механическим причинам. Причины возникновения таких гармоник вполне понятна, в контролируемом подшипнике велики все зазоры, о чем мы уже писали немного раньше. Только на этом этапе мы имеем механическое ослабление не на уровне дефектов тел качения, а на уровне увеличения зазоров в опорных подшипниках. В результате и возникают множественные гармоники оборотной частоты ротора.

Диагностическое заключение о техническом состоянии такого подшипника качения очень простое — он нуждается в скорейшей замене, т. к. возможность возникновения аварийной ситуации с контролируемым оборудованием очень велика.

Здесь мы подошли к самому главному в диагностике любого оборудования любым методом. Каковы финальные и промежуточные критерии для оценки технического состояния подшипника качения? Как оценить уровень развития выявленного дефекта — на основании сравнении амплитуд конкретных гармоник, или анализируя иные параметры гармоник характерных подшипниковых частот. К сожалению, в очередной раз вынуждены разочаровывать нашего читателя, таких однозначных для практики значений нет, или, если говорить еще более точно, нам они неизвестны.

В практике диагностам чаще всего приходится оперировать терминами типа «больше – меньше», или «более развитый дефект – менее развитый». Все зависит от очень многих параметров – от типа подшипника, особенностей его монтажа, величины технологической нагрузки на подшипник, и от много другого. Говоря иными словами, уровень дефекта подшипника в каждом механизме свой, уникальный. На величину порога каждого дефекта даже сказывается выбранное место для установки датчика, удаление от места возникновения дефекта. Например, в самом простейшем случае, дефект внутренней обоймы подшипника качения менее заметен в вибрационном сигнале, чем дефект его внешней обоймы.

Определение истинного уровня недопустимого развития дефекта подшипников качения, точнее говоря определение истинной степени развития каждого дефекта каждого подшипника, чаще всего представляет наибольшую сложность, и значительно увеличивает трудоемкость использования метода диагностики по прямым спектрам. Нет ничего полезнее и важнее, чем практический опыт, накопленный по результатам диагностических измерений и сравнения их с результатами, полученными в процессе ремонтных работ.

В заключение по данному вопросу хотелось бы немного повторить уже сказанное, дополнив его некоторыми специфическими признаками:

• Все подшипниковые частоты обычно модулируются частотой вращения ротора, что приводит к возникновению вокруг них характерных боковых гармоник. По мере углубления дефекта число боковых гармоник растет. Дополнительная мощность вибрации от дефекта оказывается сосредоточенной не в основной гармонике дефекта, а вокруг нее, причем в достаточно широком диапазоне частот.
• Достаточно часто бывает, что реальные частоты характерных гармоник от отдельных элементов подшипника не соответствуют рассчитанным значениям, причем по мере «углубления и расширения зоны дефектов» это отличие может увеличиваться.
• Чаще всего при значительных степенях развития дефектов на спектре возникают «энергетические горбы» — участки с общим поднятием уровня, имеющие большое количество случайных пиков. Такие «горбы» могут возникнуть как вблизи характерной частоты, так и вблизи частоты резонанса конструкции или ее отдельного элемента. Часто «энергетический горб» бывает в двух местах спектра, и на характерной частоте и на резонансной. Достаточно часто, при развитом дефекте, сама гармоника характерной частоты, вокруг которой появился и вырос «энергетический горб», на спектре отсутствует. Иногда число «горбов» может быть три или даже больше.

 Диагностика с использованием пик — фактора

В данном разделе кратко рассмотрим те методы диагностики подшипников качения, в которых идет анализ наличия дефектов подшипников по соотношению на временных вибросигналах пиков и общего уровня «фона» вибрации. Одна из таких временных зависимостей, по которым может выполниться такая диагностика, приведена в начале данного раздела на рисунке 3.1.1.1.

В силу устоявшейся практической привычки мы называем эти, во многом достаточно разные методы диагностики подшипников качения, общим наименованием – «диагностикой по пик – фактору», хотя разработчики многих компаний придумали разновидностям этого метода иные названия. Применяемый нами диагностический признак «пик – фактор» не является единственным и полностью общепринятым в практике, но в силу того, что оно хорошо отражает физический смысл этого метода, мы используем его преимущественно.

Как уже говорилось выше, этот метод диагностики подшипников качения имеет несколько достаточно широко известных разновидностей. Эти разновидности разрабатывались разными компаниями, в них несколько по-разному производят сравнение уровней пика и фона вибросигнала. В одном методе для сравнения берется амплитуда пика, в другом энергия, фоновый уровень также может рассчитываться по-разному.

Мы уже называли основные разновидности этого метода:

• Диагностика с использованием СКЗ вибрационного сигнала и пиковых значений – классический метод диагностики по пик фактору.
• Диагностика с использованием соотношения эксцесса вибрационного сигнала и общего уровня.
• Метод HFD (High Frequency Detection — метод обнаружения высокочастотного сигнала).
• Метод SPM (Shock Pulse Measurement — метод измерения ударных импульсов).
• Метод SE (Spike Energy — метод измерения энергии импульса).

Лучшие разновидности данного метода позволяет выявлять дефекты подшипников качения на достаточно ранних стадиях, начиная примерно с конца первого этапа развития. Приборы, реализующие данный метод диагностики дефектов достаточно просты и дешевы.

При более общем взгляде на все эти методы видно, что они, в силу одинакового теоретического, методического и даже приборного подхода к решению проблемы, имеют примерно и одинаковую трудоемкость, и почти одинаковую достоверность поставленных диагнозов. Для этих методов нужна примерно одинаковая техническая база — специализированные переносные виброметры с встроенными двумя типами детекторов вибросигналов — детектором среднего уровня вибросигнала и пиковым детектором.

Использование обобщенного количественного соотношения двух величин по типу – «средний уровень – пик» позволяет диагносту определять дефекты подшипника на достаточно ранних стадиях их развития, что является несомненным достоинством применения такого подхода к диагностике.

Каждая из известных нам компаний-разработчиков диагностических методов по своему, с использованием собственного опыта, решила проблему нормирования этапов развития диагностируемых дефектов, но практическое представление этих наработок примерно одинаково — это специальные таблицы или номограммы, достаточно удобные для практического использования. Какого — либо обобщающего исследования, сравнивающего эти методы между собой нет, да и очевидно быть не может. Все они примерно с равным успехом применяются в практике.

Вопросы методики практического проведения замеров вибрации в этих методах не имеют достаточно подробного описания. Это является результатом того, что эти достаточно простые методы диагностики ориентированы на использование персоналом, не обладающим специальной диагностической подготовкой. Поэтому сама технология проведения замеров должна быть очень простой, не «затуманенной» сложными теоретическими выкладками.

Мы не будем заниматься сравнением всех этих методов диагностики подшипников качения по «пик – фактору» между собой, не будем выискивать достоинства и недостатки как самих методов, так и компаний-разработчиков. Это уже специальный, можно даже сказать коммерческий вопрос, выходящий за пределы основных задач, решаемых данным методическим руководством.

Будет лучше, когда каждый конкретный пользователь сам примет свое решение по данному вопросу, какой из методов диагностики подшипников качения с использованием «пик – фактора» ему нравится больше всего, и с успехом использует его на практике. Тем более, такой диагностикой чаще всего занимаются не специалисты, которые, как мы надеемся, читают эту книгу.

Диагностика дефектов подшипников по спектрам огибающей

Метод диагностики состояния вращающегося оборудования при помощи спектров огибающей вибрационного сигнала получил максимальное прикладное развитие благодаря его применению именно для ранней диагностики технического состояния подшипников качения. Основы метода диагностики дефектов подшипника качения по спектру огибающей и особенности его практического применения достаточно подробно описаны выше, и поэтому не будем здесь все это повторять.

Если говорить кратко и очень просто, суть этого метода заключается в детектировании высокочастотных хвостиков «золотых рыбок» (смотри рисунок 3.1.1.4), и получения спектра от полученной огибающей высокочастотного сигнала. Полученная кривая, огибающая исходный вибрационный сигнал, является более информативной для диагностики дефектов подшипников качения, чем исходный сигнал, так как она принудительно «избавлена» от ненужной высокочастотной информации. По этой причине на спектре от данной кривой более явно представляются гармоники, соответствующие характерным подшипниковым частотам, математические формулы, предназначенные для расчета которых также приведены выше, в начале данного раздела.

Процедура проведения регистрации огибающей вибрационного сигнала достаточно сложна. Она должна учитывать несколько специфических особенностей, позволяющих повысить чувствительность метода.

• Во-первых, регистрация производится не во всем частотном диапазоне, в котором может работать измерительный прибор, а только в узкой его полосе. Поскольку первые применения данного метода чаще всего проходили с использованием аппаратуры компании «Брюль & Къер», которая наряду с созданием приборов вибрационного контроля занималась акустическими измерениями, для определения параметров полос частот использовались октавные определения. В настоящее время стандартом для расчета огибающей сигнала считается использование треть октавных фильтров, или близких к ним.
• Во-вторых, достаточно сложным является выбор необходимой полосы частот, перестройка которой осуществляется при помощи управляемых фильтров высокого порядка. С одной стороны, в этой полосе частот должны быть максимальны высокочастотные колебания, которые возникают после динамических ударов в зоне дефекта подшипника. С другой стороны, в выбранной полосе частот должны быть минимальны колебания, связанные с другими причинами, приводящими к увеличенным вибрациям в зоне опорных подшипников.

Как вы уже догадались, практически для каждого контролируемого подшипника этот вопрос приходится решать отдельно. Слишком от многих конструктивных и эксплуатационных параметров это зависит.

Мы достаточно подробно описываем этот вопрос потому, что от правильного его решения во многом зависит точность и достоверность проводимой диагностики дефектов подшипников качения.

Далее мы приведем, причем уже в конечном виде, общей таблицей, практически полный перечень дефектов, которые можно диагностировать в подшипниках качения при помощи спектральных методов — по классическим спектрам и спектрам огибающей. Всего в этой таблице приведено 15 наиболее часто встречающихся причин повышенной вибрации — дефектов подшипников с различной локализацией.

Все дефекты в таблице представлены в определенном хронологическом порядке, связанным с этапами «жизненного цикла» подшипника качения в оборудовании. Сначала идут дефекты, связанные с монтажом подшипников, с которыми приходится встречаться уже на этапе ввода оборудования в эксплуатацию. Далее идут дефекты смазки, т. е. эксплуатации подшипников. За ними следуют проблемы, связанные уже с износом рабочих поверхностей подшипников. Замыкают таблицу явно выраженные и уже сильно развитые дефекты элементов подшипников типа, «скол» и «раковина» на поверхностях качения.

 В графе «тип сигнала» указывается параметр, при помощи которого наиболее эффективно проводить диагностику каждого дефекта. Это может «прямой» спектр, спектр огибающей сигнала, или их комбинация. В графе «основная частота» указывается или оборотная гармоника, или подшипниковые гармоники, являющиеся основными при диагностике. В следующей графе указывается, на какие гармоники от основной частоты следует обращать основное внимание. И в последней графе «порог» указывается уровень модуляции вибрационного сигнала основной диагностической гармоникой. Этот параметр рассчитывается по стандартным формулам обработки сигналов, которые следует взять из теории анализа модулированных радиосигналов.

N	Дефект подшипника	Тип  сигнала	Основная частота	Гармоники	Порог
1. Проблемы монтажа подшипников качения
1	Перекос наружного кольца при посадке	Спектр + огибающая	2 х Fн	k=1,2	16 %
2	Неоднородный радиальный натяг	Спектр + огибающая	k x F1	k=1,2	13 %
3	Проскальзывание в посадочном месте	Огибающая	k x F1	k=1,2,3	9 %
4	Ослабление крепления подшипника	Спектр	k x F1	k=0.5,1,2,3	13 %
5	Задевания подшипнике и уплотнениях	Спектр	k x F1	k=0.5,1,1.5, 2,2.5,3	13 %
6	Обкатывание наружного кольца	Спектр + огибающая	F1		16 %
2. Проблемы смазки
7	Проблемы смазки	Фон вибрации	—	—	20 dB
3. Проблемы износа подшипников качения
8	Увеличенные зазоры в подшипнике	Спектр	k x F1	k=1,2,3,4,5,6…	13 %
9	Износ поверхности наружного кольца	Огибающая	Fн	—	16 %
10	Износ поверхности тел качения	Огибающая	Fc  или F1-Fс	k=1,2,3	15 %
11	Износ поверхности внутреннего кольца	Огибающая	kxF1	k=1,2,..6	13 %
12	Дефект группы поверхностей трения	Огибающая	Fн + Fв  Fн+F1	k=1,2,…	16 %
4. Критические дефекты подшипников качения
13	Раковины (сколы) на наружном кольце	Огибающая	k x Fн	k=1,2,3	16 %
14	Раковины (сколы) на внутреннем кольце	Огибающая	k x Fв	k=1,2,3	15 %
15	Раковины (сколы) на телах качения	Огибающая	k x Fтк	k=1,2,3	15 %

Проблемы изготовления и монтажа подшипников можно отнести к нулевому этапу развития дефектов подшипников, когда эксплуатация подшипника еще даже не началась. Проблемы смазки и начальные этапы износа соответствуют первому этапу, когда дефекты поверхностей качения только зарождаются.

Сильный износ и зона углубления физических дефектов подшипников относятся ко второму этапу развития дефектов в подшипниках. Как уже говорилось выше, третий этап развития дефектов в подшипниках, начало их деградация, диагностируется уже любым методом.  

Для иллюстрации возможностей диагностики дефектов подшипников качения, приведем несколько характерных спектров огибающей вибросигнала, свойственных нескольким наиболее характерным дефектам.

На рисунке 3.1.1.9. приведен спектр огибающей вибрационного сигнала с подшипника качения, имеющего значительную раковину на наружном кольце. На приведенном спектре может иметься достаточно много гармоник, иногда даже более десяти. Все они, по своей частоте, кратны частоте обкатывания наружного кольца подшипника качения, т. е. являются ее гармониками. Других, значительных, характерных гармоник на данном спектре просто нет, поэтому вибрационная диагностика данного дефекта подшипников качения не вызывает значительных трудностей, диагностическая картина дефекта здесь достаточно простая.

На следующем спектре огибающей вибрационного сигнала, приведенном на рисунке 3.1.1.10., следует диагностировать дефект типа раковина на внутреннем кольце. Здесь также имеются гармоники характерной частоты — частоты внутреннего кольца, но здесь есть существенное отличие. Характерные гармоники имеют боковые полосы, сдвинутые на частоту вращения ротора. Появление боковых полос объяснялось выше с физической точки зрения.

Можно привести еще одно объяснение причин появления боковых гармоник, с другой точки зрения. Дефект на внутреннем кольце не постоянно находится в нагруженной зоне подшипника. В течении одного оборота ротора он то находится в нагруженной зоне, то выходит из нее. Таким образом, дефект внутреннего кольца модулируется частотой вращения ротора. При внимательном рассмотрении спектра на рис. 3.1.1.10. возникает впечатление, что дефект модулируется синусоидой, по которой и располагаются амплитуды основных и боковых гармоник. Данный дефект диагностируется тоже достаточно просто.

Мы не будем приводить примеров спектров огибающих для других дефектов подшипников качения. Все они достаточно просты и могут быть легко дифференцированы после небольших рассуждений. Вся сложность проведения диагностики дефектов по спектру огибающей заключается в получении этих спектров, а дальше все уже достаточно просто.

Уровень дефекта на диагностических спектрах огибающей определяется по величине модуляции огибающей данного вибросигнала характерной гармоникой. Диагностируемые дефекты принято характеризовать в данном методе диагностики уровнями — слабый, средний и сильный. Нормированию подлежит порог сильного дефекта, в долях от которого в дальнейшем рассчитываются пороги среднего и слабого уровней. Порог среднего уровня дефекта чаще всего считают равным половине от величины порога сильного дефекта. Порог слабого уровня дефекта обычно определяют в 20 процентов от уровня порога сильного дефекта.

Самым ответственным считается корректное определение уровня порога сильного дефекта. При этом приходиться учитывать три аспекта работы подшипника и способа проведения замера вибрации:

• Чем больше размер подшипника, тем более высоким должен быть уровень порога сильного дефекта. Большой подшипник «звенит» сильнее.
• Чем выше рабочая частота вращения ротора механизма, тем выше должен быть уровень порога сильного дефекта. При быстром вращении от подшипника больше шума.
• Измерительный датчик должен располагаться как можно ближе к контролируемому подшипнику. При удалении датчика часть полезной информации затухает в конструкции и уровень порога сильного дефекта необходимо понижать.

Для каждого нового конкретного типа оборудования, точнее говоря, даже для каждого подшипника в каждом оборудовании, уровень порога сильного дефекта реально приходиться каждый раз подбирать сугубо индивидуально, не рассчитывать, а именно подбирать.

Величина порога сильного дефекта во многом зависит от удаленности элемента с дефектом от измерительного датчика. Пороги дефектов внутреннего кольца подшипника всегда ниже порогов дефектов наружного кольца. Это объясняется увеличением затухания полезной составляющей вибросигнала на более длинном пути передачи, включая дополнительные зазоры в подшипнике.

Для справки напомним, что для примера усредненные, наиболее часто встречающиеся, значения уровней порогов сильных дефектов приведены выше в таблице, где перечислены диагностируемые в подшипниках качения дефекты. В зависимости от примененного способа диагностики дефектов подшипника в таблице имеется две разновидности единиц, в которых нормируется уровень сильного порога.

При использовании для диагностики дефекта подшипника классических спектров вибросигналов уровень порога сильного дефекта может быть задан в долях от нормированного допустимого значения виброскорости на данном подшипнике или так же в процентах модуляции. При сравнении с нормой необходимо использовать не полное, абсолютное значение виброскорости на данном подшипнике, а только ту ее часть, которая наведена диагностируемым дефектом. Это несколько сложнее, но в конечном итоге более точно.

При определении качества смазки за базу для сравнения берется общий уровень «фоновой» вибрации исправного подшипника с хорошей смазкой. При повышении общего уровня «фона» вибрации в десять раз, т. е. на 20 dB, качество смазки считается неудовлетворительным.

Еще раз хочется напомнить, что в таблице приведены только общие, усредненные значения уровней порогов сильных дефектов. У конкретных подшипников возможен разброс этих значений на ± 40 % или даже несколько больше. Все зависит от типа подшипника и условий его работы.

Сам факт диагностирования того или иного дефекта подшипника несет в себе полезную информацию, но эта информация мало применима для практики. Обслуживающий персонал больше интересует вопрос о возможности дальнейшей практической эксплуатации оборудования с дефектным подшипником и тех ограничениях, которые накладывает обнаруженный дефект на возможности использования оборудования. Очень важным для практики является вопрос о сроках проведения очередного ремонта. Все эти вопросы относятся уже к сфере, относящейся к системе обслуживания оборудования.

Вопрос прогнозирования остаточного ресурса подшипника качения во многом напоминает прогнозирование общего остаточного ресурса оборудования, но и имеет свои индивидуальные особенности. Не вдаваясь в подробности, рассмотрим основные проблемы, возникающие при расчете остаточных ресурсов подшипников.

Это:

• Каждый подшипник имеет свои уникальные физические особенности, приводящие к специфическим внутренним процессам. Поэтому каждый подшипник должен описываться своей математической моделью.
• Каждый подшипник должен описываться двумя различными моделями — одна должна описывать общие процессы износа подшипника без дефектов, а другая должна описывать процессы развития внутренних дефектов.
• Время полного развития дефектов, находящихся на разных элементах подшипника, например не внешнем кольце или на сепараторе, различно. Для дефектов каждого элемента подшипника должна существовать своя математическая модель.

Даже из этого простого перечисления особенностей математического описания физических процессов в подшипнике качения видно, насколько сложна задача прогнозирования остаточного ресурса подшипника по итогам проведения вибрационной диагностики.

Первоначально состояние подшипника «контролируется» при помощи достаточно стабильной модели нормального износа, когда в нем отсутствуют внутренние дефекты. Так продолжается до момента выявления в подшипнике какого-либо дефекта. Здесь приходится отказываться от нормальной модели и переходить к моделям развития дефектов. Очень важной задачей, решаемой при переходе от нормальной модели к контролю состояния по модели развития дефекта, является как можно более точное определение времени зарождения дефекта. Чем точнее оно будет определено, тем более достоверными будут дальнейшие прогнозы по величине остаточного ресурса подшипника.

Максимальная скорость развития разных дефектов различна, поэтому контролировать следует развитие всех возможных дефектов, даже когда один из них только что зародился, а другой уже достаточно развит. Никогда нельзя заранее сказать, какой из дефектов раньше всех разовьется до недопустимого уровня и послужит причиной смены подшипника качения при ремонте.

Периодичность проведения диагностических измерений вибрации зависит от максимальной скорости развития дефекта подшипника в данном оборудовании. В практических случаях замеры могут проводиться через интервал времени от нескольких часов до одного года. При нормальной эксплуатации типового оборудования и проведении замеров примерно через шесть месяцев удается выявить большую часть дефектов на достаточно ранней стадии и предупредить аварии.

После выявления первых признаков зарождающегося дефекта интервал времени между двумя измерениями необходимо сократить. В зависимости от локализации дефекта интервал времени между замерами сильно меняется. Он минимален при дефектах тел качения, которые могут развиваться очень быстро.

Подшипник подлежит замене или ежедневному наблюдению при наличии в нем двух сильных дефектов.

Для обеспечения необходимой точности расчета остаточного ресурса и даты проведения ремонта в расчетах необходимо применение математических моделей с порядком не ниже третьего — четвертого. Если вспомнить, что один подшипник описывается не менее, чем десятком математических моделей, то становятся представимыми те математические затраты, необходимые для корректного прогнозирования параметров эксплуатации подшипника качения. А таких подшипников на предприятии в работе может одновременно находиться в работе несколько тысяч.

Процедура контроля состояния многих подшипников на предприятии становится возможной только при использовании компьютеров, в которых создаются и работают базы данных по подшипникам и современные экспертные системы диагностики.

• Виды повреждений подшипников качения

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Содержание

1. Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения
2. Радиальные шарикоподшипники (примерная конструкция и обозначение компонентов согласно DIN 625)
3. Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения
4. Преимущества роликовых подшипников перед подшипниками скольжения
5. Недостатки роликовых подшипников по сравнению с подшипниками скольжения
6. Радиальные подшипники
7. Радиальные подшипники
8. Двухрядный радиальный шарикоподшипник
9. Упорные шариковые подшипники
10. Однорядный радиально-упорный шарикоподшипник
11. Подшипники шариковые радиальные (DIN 625)
12. Открытый однорядный радиальный шарикоподшипник
13. Радиально-упорные шарикоподшипники (DIN 628)
14. Радиально-упорные шариковые подшипники (DIN 628)
15. Четырехточечные подшипники (DIN 628)
16. Подшипники шариковые упорные (DIN 615)
17. Самоустанавливающиеся шарикоподшипники (DIN 630)
18. Цилиндрические роликоподшипники (DIN 5412)
19. Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения
20. Конические роликоподшипники (DIN 720, ISO 355)
21. Цилиндрические и сферические роликоподшипники (DIN 635)
22. Цилиндрические роликоподшипники DIN 635-1
23. Сферические роликоподшипники DIN 635-2
24. Игольчатые роликоподшипники (DIN 617)
25. Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения
26. Шариковые роликоподшипники
27. Упорные подшипники
28. Упорные шариковые подшипники в нескольких исполнениях
29. Подшипники шариковые упорные радиальные (DIN 711)
30. Упорные цилиндрические роликоподшипники (DIN 722)
31. Упорные сферические роликоподшипники (DIN 728)
32. Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения — краткая характеристика, описание и различия.

Подшипники качения — это подшипники, в которых между внутренним и наружным кольцами, в отличие от смазки подшипников скольжения, тела качения снижают сопротивление трения. Они используются для фиксации осей и валов. В зависимости от конструкции они поглощают радиальные и / или осевые силы и в то же время обеспечивают вращение вала или компонентов, установленных на оси (например, колеса). Трение качения в основном возникает между тремя основными компонентами: внутренним кольцом, наружным кольцом и телами качения. Поскольку тела качения во внутреннем и внешнем кольцах катятся по закаленной стальной поверхности с оптимизированной смазкой, трение качения этих подшипников относительно низкое.

Подшипники качения различаются по типу тел качения (шариковые, роликовые и т. Д.). В частности, о шарикоподшипнике говорят, когда телом качения являются шарики. В просторечии другие типы подшипников качения иногда называют «шариковыми подшипниками».

История подшипников качения насчитывает более 2700 лет. Во время раскопок кельтской колесницы возле ступиц колес были обнаружены небольшие цилиндрические кусочки бука. Исследователи заключают, что кельты еще в 700 г. до н. Э. Знал цилиндрический роликоподшипник.

В Римской империи роликовые подшипники были описаны Витрувием, а к концу республики шариковые подшипники использовались в подъемниках. Во время спасения кораблей Неми императора Калигулы (срок полномочий: 37–41 гг. Н.э.) был обнаружен упорный подшипник, который, возможно, принадлежал вращающемуся основанию статуи.

В ходе индустриализации возникла потребность в подшипнике, который работал бы лучше, чем подшипники скольжения на низких оборотах. Подшипник скольжения очень быстро изнашивается при низкой скорости и / или при недостаточной смазке. Например, в старых паровозах эти ступичные подшипники часто заменялись.

Встроенный роликовый подшипник (1904 г.)
В 1759 году часовщик Джон Харрисон изобрел роликовый подшипник с сепаратором для своего третьего морского хронометра h4.
В 1794 году англичанин Филип Воган получил первый патент на оси, здесь можно найти первые шарикоподшипники с глубоким желобом.
В 1869 году француз Жюль Сюрире получил патент на шариковые подшипники для велосипедов.
В 1883 году Фридрих Фишер построил первый шлифовальный станок в Швайнфурте. Фишер и Вильгельм Хёпфлингер значительно разработали шаровой шлифовальный станок. Теперь можно производить шары с очень небольшим отклонением от идеальной формы. Эта идея считается историческим началом индустрии подшипников качения.
1890–1910: Патенты на шарикоподшипники от промышленников из Швайнфурта Фридриха Фишера, Вильгельма Хёпфлингера, Эрнста Захса и Августа Рибе.
В 1898 году Генри Тимкен зарегистрировал в США патент на конический роликовый подшипник. Сегодня компания Timken.
1898–1901: Основы технологии качения впервые были научно исследованы Институтом технических исследований Потсдама-Нойбабельсберга под руководством Ричарда Стрибека.
1907: Свен Густав Вингквист изобрел самоустанавливающийся шарикоподшипник и основал компанию Svenska Kullagerfabriken — SKF в Гетеборге.
1934: Эрих Франке изобрел подшипник качения проволоки, основанный на принципе вставленных бегущих проволок.
Со временем было добавлено множество других вариантов. В частности, продолжали развиваться точность изготовления и разработка смазочных материалов. Многочисленные нормы также устанавливают общие стандартные размеры и, таким образом, упрощают конструкцию и производство. Сегодня предлагаются подшипники со встроенными датчиками, такими как электронное обнаружение силы и износа.

Подшипники качения используются в областях, где подшипники должны работать с низким трением при низких скоростях и высоких нагрузках, а также там, где скорости часто меняются.

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Преимущества роликовых подшипников перед подшипниками скольжения	Недостатки роликовых подшипников по сравнению с подшипниками скольжения
низкое трение, поэтому низкое тепловыделение отсутствие эффекта прерывистого скольжения (пусковой момент едва превышает рабочий момент) низкая потребность в смазке почти не требует ухода и обслуживания хорошие основы стандартизации и оценки, поэтому легко взаимозаменяемы Возможно изменение направления вращения без модификации конструкции	чувствителен к ударам и вибрациям в неподвижном состоянии и на низкой скорости ограниченная максимальная скорость и срок службы Чувствительность к загрязнениям сложная конструкция более высокий уровень шума

Радиальные подшипники

Подшипники шариковые радиальные (DIN 625)

Открытый однорядный радиальный шарикоподшипник

Самый известный тип — радиальные шарикоподшипники. \ circ Радиальные шарикоподшипники доступны в виде миниатюрных шарикоподшипников размером 0,6 × 2,5 × 1 мм (d × D × B). Конечно, эти радиальные шарикоподшипники также подходят для осевой нагрузки, например Б. при хранении шпинделей в небольших станках с ЧПУ. Как уже было написано, производительность таких подшипников тогда ограничивается примерно 50% от допустимой радиальной нагрузки. Но большие подшипники, безусловно, не имеют проблем при 50% нагрузке, чтобы обеспечить надежную опору в осевом направлении. C0 — радиальная грузоподъемность подшипника. Для небольших подшипников (диаметр отверстия примерно до 12 мм) и легких подшипников с последними цифрами 0, 1, 8 и 9 осевая нагрузка должна быть ограничена до 0,25 C0. Чрезмерные осевые нагрузки могут привести к значительному сокращению срока службы подшипников.

Радиально-упорные шарикоподшипники (DIN 628)

Радиально-упорные шариковые подшипники

(DIN 628)

Однорядный

Радиально-упорный шарикоподшипник может воспринимать радиальные и осевые нагрузки в одном направлении. \ circ Упорные шарикоподшипники стандартизированы до 30 мм и подходят для высоких скоростей.

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники (DIN 630)

Самоустанавливающийся шарикоподшипник имеет два ряда шариков. Дорожка качения наружного кольца имеет полую сферическую форму. Внутреннее кольцо, сепаратор и шары можно повернуть на несколько градусов от центрального положения. Таким образом, перекосы или отклонения вала могут быть компенсированы самоустанавливающимся подшипником. Нагрузка может быть как осевой, так и радиальной в обоих направлениях.

Цилиндрические роликоподшипники (DIN 5412)

Цилиндрические роликоподшипники типа НУ (DIN 5412). Внутреннее кольцо можно вытащить с обеих сторон.
Цилиндрический роликоподшипник имеет большую радиальную несущую способность, но он не выдерживает нагрузку в осевом направлении или имеет очень небольшую нагрузку. Тела качения цилиндрических роликоподшипников представляют собой цилиндры круглого сечения. Цилиндрические роликоподшипники изготавливаются в различных исполнениях.

В зависимости от конструкции они могут воспринимать только радиальные (например, NU, как показано) или дополнительные осевые силы (например, односторонние для типа NJ). Конструкции различаются расположением «ребер» на внутреннем и внешнем кольце. Если ребра отсутствуют, внутреннее кольцо можно снять, в варианте NU даже с обеих сторон. Таким образом, цилиндрические роликоподшипники подходят в качестве плавающих подшипников в неподвижно-плавающих подшипниках, поскольку осевые смещения возможны в определенных пределах.

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Типовые исполнения однорядных цилиндрических роликоподшипников:

• NU: два фиксированных выступа на внешнем кольце, без выступа на внутреннем кольце
• N: без ребра на внешнем кольце, два ребра на внутреннем кольце
• NJ: два ребра на внешнем кольце, одно ребро на внутреннем кольце
• NUP: два ребра на внешнем кольце, одно ребро на внутреннем кольце и свободная фланцевая шайба на внутреннем кольце.

Подшипник без съемного кольца получает префикс «R», поэтому RNU202 обозначает внешнее кольцо цилиндрического роликоподшипника, включая комплект тел качения и сепаратор из подшипника NU202 в сборе. При необходимости в него также можно вставить внутреннее кольцо NJ202. Это приводит к неразберихе при ремонте. Префикс «R» также встречается на многих типах игольчатых роликоподшипников и опорных роликов.

Конические роликоподшипники (DIN 720, ISO 355)

Этот подшипник выдерживает очень высокие нагрузки как в радиальном, так и в осевом направлении. Обычно он устанавливается попарно: два подшипника упираются друг в друга, поскольку подшипник состоит из двух незакрепленных элементов: внутреннего кольца (конуса) с телами качения и наружного кольца (чашки) как вкладыша подшипника. Общие области применения: подшипники колес легковых и грузовых автомобилей; Подшипники рулевой колонки мотоциклов.

Тела качения на внутреннем кольце имеют форму усеченного конуса и слегка наклонены к оси вала. Игра настраивается. Концы конусов (и любые образующие конические поверхности) внутреннего кольца, внешнего кольца и всех конических роликов встречаются в точке на оси вращения, потому что только тогда конические ролики могут катиться без проскальзывания.

Два конических роликоподшипника ([<) могут быть установлены по схеме «O» ([<>]) или «X» ([> <]) в качестве подшипников. Пример: расположение «спина к спине» характерно для подшипников рулевой колонки мотоциклов, так как внешние опрокидывающие моменты лучше воспринимаются передним колесом. Наружное кольцо вдавливается вверху под звено, внутреннее кольцо помещается во внешнее кольцо, направленное вниз. Нижний контрподшипник установлен внутренним кольцом вверх. Распространены подшипники в метрических и дюймовых размерах, у последних совершенно другая схема обозначения.

Цилиндрические и сферические роликоподшипники (DIN 635)

Цилиндрические роликоподшипники DIN 635-1

Этот однорядный цилиндрический роликоподшипник рассчитан на высокие радиальные силы, подобные ударам, но может подвергаться лишь небольшим нагрузкам в осевом направлении. Он хорошо подходит для компенсации перекосов. Они регулируются по углу (до 4 ° от центрального положения), так как внешнее кольцо имеет сферическую рабочую поверхность. Тела качения, так называемые цилиндрические ролики, имеют бочкообразную форму. Подшипники ствола однорядные, т.е. то есть у них есть несколько цилиндрических роликов в клетке.

Сферические роликоподшипники DIN 635-2

Сферический роликоподшипник выдерживает осевые и радиальные нагрузки и хорошо подходит для компенсации перекосов. Как и цилиндрические подшипники, сферические роликоподшипники могут регулироваться по углу (до 2 ° при небольшой нагрузке, в противном случае до 0,5 °), но в два ряда. Они подходят для самых тяжелых нагрузок, поэтому обладают высокой грузоподъемностью.

Игольчатые роликоподшипники (DIN 617)

Узел игольчатого ролика и обоймы: обойма для иглы без корпуса и внутреннего кольца Игольчатый роликоподшипник имеет круглые цилиндрические тела качения (иглы) с очень большой длиной по отношению к диаметру тела качения (> 2,5). Он имеет очень маленький размер и часто используется в редукторах и двигателях. Игольчатые роликоподшипники, в частности, часто не имеют внутреннего кольца, и в этом случае вал соответствующей конструкции (закаленная поверхность) служит дорожкой качения. Игольчатые роликоподшипники не подходят для компенсации перекоса вала, так как здесь возникает высокое краевое давление, что значительно сокращает срок службы.

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Игольчатые роликоподшипники — это общий термин для целого ряда специальных типов:

• Узлы игольчатого ролика и клетки
• Рукава иглы, рукава иглы
• Игольчатые роликоподшипники со сплошным наружным кольцом
• комбинированные игольчатые роликоподшипники (игольчатые роликоподшипники и упорные подшипники в одном блоке)
• Специальные формы, такие как опорные ролики с игольчатыми подшипниками
• Тороидальные роликовые подшипники

Тороидальные роликоподшипники аналогичны сферическим роликоподшипникам, но имеют слегка выпуклые ролики. Вместе с роликовыми направляющими соответствующей формы они могут компенсировать как осевое, так и угловое смещение без увеличения момента трения подшипника. Таким образом, тороидальный роликовый подшипник может одновременно выполнять функцию цилиндрического роликоподшипника и сферического роликоподшипника.

Шариковые роликоподшипники

Шариковые роликоподшипники — это роликовые подшипники, относящиеся к радиальным шарикоподшипникам. В них используются уплощенные в поперечном направлении шарики, и благодаря своей меньшей ширине они имеют преимущества с точки зрения монтажного пространства по сравнению с радиальными шарикоподшипниками. Еще одним преимуществом этого типа подшипников является более высокая грузоподъемность, поскольку конструкция тел качения означает, что их можно установить большее количество, чем у радиальных шарикоподшипников того же размера.

Этот тип подшипников был разработан всего несколько лет назад; в настоящее время он еще не стандартизирован (по состоянию на декабрь 2012 года).

Упорные подшипники

Упорные шариковые подшипники в нескольких исполнениях

Подшипники шариковые упорные радиальные (DIN 711)

В осевых шарикоподшипниках с глубоким желобом шарики вращаются между двумя или тремя дисками, в зависимости от того, действует ли осевая сила в обоих направлениях или только в одном. При приложении силы с обеих сторон средний диск удерживается на валу, а два внешних — в корпусе. Эти подшипники могут воспринимать только осевые нагрузки.

Упорные цилиндрические роликоподшипники (DIN 722)

Этот тип подшипника состоит из шайбы вала, шайбы корпуса и узла с цилиндрическими роликами и сепаратором. Он особенно подходит для тяжелых осевых нагрузок. Из-за разницы скоростей между роликами внутри и снаружи эти подшипники подходят только для низких скоростей.

Упорные сферические роликоподшипники (DIN 728)

Конструкция осевого сферического роликоподшипника аналогична конструкции радиального сферического роликоподшипника, но используется только несколько тел качения. Благодаря сферической форме дорожек качения можно воспринимать как высокие осевые нагрузки, так и корректировать перекосы (до 3 ° при малых нагрузках).

Радиальные шарикоподшипники качения и скольжения

Радиально-упорные шарикоподшипники

Мастерская. Подшипники: Круговое движение — журнал За рулем

Чтобы боевые колесницы фараонов были легки на ходу, рабы хорошенько смазывали оси колес. Подшипники скольжения уже тогда были востребованы на транспорте! Они благополучно существуют и сегодня. Но в машине, пожалуй, еще больше подшипников качения. Их изготавливают из высококачественных сталей — они точны, надежны, долговечны, потери на трение в них минимальны. Легкость хода автомобиля объясняется множеством факторов, в том числе хорошими подшипниками.

Хорошо виден начинающийся питтинг на беговой дорожке. Матовые пятна — очаги микротрещин. Хотя до полного разрушения дело еще не дошло, этот подшипник не жилец.

Хорошо виден начинающийся питтинг на беговой дорожке. Матовые пятна — очаги микротрещин. Хотя до полного разрушения дело еще не дошло, этот подшипник не жилец.

Впрочем, у подшипника качения есть и врожденные недостатки. Это высокие контактные напряжения в материалах шариков и колец, ведь площадь контакта, особенно шарика с внутренним кольцом подшипника, очень мала. Подсчитаем: если за один оборот колесо проходит 2 м, то за 100 тыс. км пробега наберется 50 млн. оборотов. Сепаратор с шариками (или роликами) сделает 25 млн. оборотов, но если шариков, например, семь, то по каждой точке беговой дорожки они проедут 175 млн. раз. При столь большом количестве циклов нагрузки сталь устает — на контактных поверхностях растут микротрещины, а после металл начнет крошиться (это явление называется питтингом).

Подшипник разрушается. Когда-то отполированная беговая дорожка превратилась в «гористую» поверхность с язвами вырванного металла. Дальше будет только хуже…

Подшипник разрушается. Когда-то отполированная беговая дорожка превратилась в «гористую» поверхность с язвами вырванного металла. Дальше будет только хуже…

Несладко приходится подшипникам ступиц колес. Если в движении слышен гул, поочередно вывесим колеса и прокрутим их вручную. Подшипник шумит, а тем более хрустит — меняем немедленно! Недавно на эвакуаторе прибыл ВАЗ-2107 с заклинившим правым передним колесом. Хозяин рассказал, что за шумом зимних шин не расслышал вовремя гудения подшипника. К счастью, конец подкрался на тихой деревенской дороге: скрежет, бросок руля — и машина на обочине.

Повреждения шарика впечатляют ничуть не меньше, чем разрушение беговых дорожек. Тут и выкрошившиеся кратеры, и следы задиров, возникавших, когда шарик переставал вращаться

Повреждения шарика впечатляют ничуть не меньше, чем разрушение беговых дорожек. Тут и выкрошившиеся кратеры, и следы задиров, возникавших, когда шарик переставал вращаться

Мы разобрали узел и увидели заклинивший конический подшипник, внутреннее кольцо аж приварилось к поворотному кулаку! Владелец признался, что незадолго до того регулировал подшипники на глазок. Глазок, как видим, оказался не слишком зорок. Хозяину еще повезло: остался жив-здоров и машину не разбил. Не раз говорено: регулировка подшипников — дело тонкое! Кстати, это верно и для двухрядных, в ступицах переднеприводных машин. Они тонкие, упругие и рассчитаны так, что при затяжке гайки заданным моментом шарики катятся по дорожкам практически без зазоров, но не закусывают. Баланс очень тонок, а если затягивать гайку ломом, соблюсти его почти невозможно. Да и к чему рисковать — динамометрические ключи давно не экзотика.

При правильной эксплуатации подшипники ступиц служат очень долго. Но кто-то, пытаясь придать своей «Самаре» более грозный вид, так раскорячит ее колеса, что те наполовину выступают из арок. Нагрузки на подшипники здесь больше в разы.

Однажды владелец «классики» попросил поменять подшипник полуоси. Я отказался — могу, мол, заменить ее лишь в сборе. В ответ услышал, что это «элементарно, на другой полуоси уже меняли в гараже». Пришлось напомнить клиенту, что подшипник фиксируется на полуоси запорным кольцом, которое перед посадкой нагревают до строго определенной температуры, иначе оно надежно держать не будет. А когда остынет, нужно проверить посадку на сдвиг специальным приспособлением. Выдержит — полуось можно устанавливать. Без этого «ремонт» сродни русской рулетке: если запорное кольцо сползет с полуоси и та вместе с колесом покинет машину, то кто-то может остаться без головы, а я отправлюсь пилить елки в малообжитые районы.

НАША СПРАВКА

Подшипник скольжения — это узел, состоящий всего из двух деталей: вала и втулки. Конструкция — проще не придумать. Площадь контакта большая, удельные нагрузки малы, при достаточной смазке и защите узла от грязи его долговечность не вызывала вопросов. Правда, зазоры порой были великоваты, точность узла невысока… Но в наши дни подшипник скольжения существенно «подтянулся». Классический пример — коленчатый вал двигателя, который отлично вращается во вкладышах корпуса, пока зазоры остаются в пределах допусков. Дело в том, что правильное положение коленвала поддерживается давлением масла в этих зазорах. Если его нет, шейки вала и вкладыши начинают соприкасаться, а сухое трение ведет к поломке двигателя.

С развитием техники и технологий появился подшипник качения — в прежние века его попросту не смогли бы изготовить. В упрощенном виде это узел, состоящий из наружного и внутреннего колец, между которыми находятся тела качения — шарики или ролики, равномерно разделенные сепаратором. В некоторых конструкциях, если окружные зазоры между шариками или роликами невелики, можно обойтись без сепаратора.

Новый подшипник получил ряд преимуществ. При более низких потерях на трение он терпимее к смазке, зазоры в нем меньше, чем в подшипнике скольжения. Кроме того, есть конструкции шариковых и роликовых подшипников, передающих не только радиальную, но и осевую нагрузку. Это роликовые конические, шариковые радиально-упорные и просто упорные подшипники. Современная техника с ее высокоточными узлами немыслима без подшипников качения.

Мастерская. Подшипники: Круговое движение

Мастерская. Подшипники: Круговое движение

Мастерская. Подшипники: Круговое движение

Подшипник скольжения, баббит « Попаданцев.нет

В обсуждении попаданческих технологий ясно, что в древнем времени сделать шарикоподшипник не получится. И роликовый подшипник тоже.
Поэтому вспоминается словосочетания «подшипник скольжения».

Да, такая штука имеется. Да, она применяется и в современном высокотехнологическом мире.
Давайте разберем, что же это такое, какие особенности имеет и как внедрять его в древности…

Собственно, внедрять в древности его не надо. Он уже без нас придуман. Колесо телеги, которое крутится на оси, смазанной дегтем — это и есть использование подшипника скольжения.
Но попаданцу интересна не телега, интересно нечто типа паровой машины.
Ну что же, давайте посмотрим, какие там подшипники скольжения, тем более что в реальных машинах они использовались, и использовались много.

Принцип действия прост — вал лежит внутри кольца, в щель залита смазка. Когда эта конструкция начинает вращаться, то смазка гидродинамически затягивается в щель между ними и вал «всплывает». В нормально работающем подшипнике скольжения вал не касается кольца, он плавает (хотя сейчас понапридумывали и сухие подшипники, со всякими фторопластовыми шайбами, но это попаданца никак не касается).

Недостатки понятны:

1. Трение в таком подшипнике все же велико, поэтому и потери энергии велики. Если у вас в механизме слишком много таких подшипников, то есть шанс, что вы вообще не сумеете заставить его стартануть. Потому что при запуске такие подшипники лежат на кольцах и нужно систему раскрутить, пока все валы «всплывут».

2. Нужна смазка и нужна постоянно. Причем смазка специальная — такие подшипники из-за потерь греются и смазка не должна легко разлагаться от температуры. Для того, чтобы обеспечить смазку качественную, очень часто в кольцах делаются фигурные выпилы, для направления потока. Попаданцу это не грозит — мало того, что такие выпилы требуют немалой точности, так еще и сама форма на коленке не рассчитывается, разве что примитивная кольцевая канавка, но и она не просто квадратная и с рассчитанной глубиной.

3. Такие подшипники рассчитаны на малые обороты. Если вы делаете паровик на 100 оборотов в минуту — то подходит. Но если вы хотите сделать сепаратор, центрифугу или турбину — то без шансов. Сейчас есть подшипники скольжения, которые делают десятки тысяч оборотов в минуту — но они воздушные, аэродинамические. В них подается сжатый воздух, что требует сложного расчета и очень высокой точности выполнения, это совсем не попаданческая технология. Также первые паровые турбины имели подшипники скольжения, но там они опять-таки во-первых очень точное изготовление, а во-вторых — они требовали прокачки масла под давлением.

4. Для обслуживания, смазки и часто самой сборки — подшипники скольжения должны быть разъемными. То есть состоять из двух полуколец, это очень часто видно на фотографиях паровых машин. Это, вроде бы, небольшое усложнение, но оно требует резьбового соединения, которое само по себе может оказаться головной болью номер один.

5. Подшипники скольжения недолговечны. И проблема даже не в том, что они быстро вырабатываются — они вырабатываются неравномерно. Как результат — машина начинает люфтить, рычаги стучат, мертвые точки становятся особенно актуальными.

6. Для того, чтобы стронуть сложный механизм, нужно до минимума уменьшить трение между металлами. Да и во время работы касание металлов не редкость (иначе они бы не разбивались со временем). Для этого вкладыши-кольца делают из разных специальных металлов. И вот на этих металлах остановимся отдельно…

Вообще, сейчас существует два варианта колец-вкладышей — бронза и баббит (фторопласты с тефлонами не трогаем).
Бронза для этой цели для попаданца — лучший выход. Тут годится обычная оловянная, и даже свинцовая бронза. У них есть только один недостаток — коррозия, которая предъявляет повышенные требования к смазке. То есть в древности, с непонятно каким составом как бронзы, так и смазки это будет геморрой в чистом виде.
Сейчас для подшипников скольжения бронза если и идет, то бронза алюминиевая, которая антикоррозионная. Как для попаданца — без шансов. Ну и вообще проблем у древней бронзы было много, из-за проблем с чистотой меди.

Однако, ко второму варианту — баббиту необходимо присмотреться, по антификционным свойствам он далеко впереди бронзы. Да и коррозионная стойкость у него на высоте.
Баббит — это сплав на основе олова или свинца, самые распространенные выглядят так:
— 90 % олова, 10 % меди;
— 89 % олова, 7 % сурьмы, 4 % меди;
— 80 % свинца, 15 % сурьмы, 5 % олова;

Это совсем не рокет сайнс и доступно в Древнем Риме. И пусть вас не смущает то, что баббит был разработан Исааком Баббитом только в 1839 году. Попаданец вполне может изобрести его на сотню лет раньше, для паровых машин Уатта. Спрос гарантирован, то есть финансовая стабильность у попаданца будет.

Однако, у баббита тоже не все идеально, основных недостатков три.

1. Баббит работает только при низких температурах, а при 300 — 440^oC любой бабит просто вытечет. Поэтому нужно следить за смазкой, ее потеря просто катастрофична, придется менять все вкладыши. Понятно, что про большие обороты можно забыть.

2. Баббит все же мягок. Его усталостные свойства смехотворны и кольца или вкладыши из него не делают. Кольца должны быть сделаны из прочной стали или чугуна и только покрыты баббитом.

3. Покрытие баббитом — тот еще аттракцион. Все весело вплоть до того, что подшипник скольжения считается более трудоемким изделием, чем подшипник скольжения с парой дюжиной шариков.
Технологий покрытия много — от погружения в расплавленный баббит до напыления. И именно здесь будет потрачена львиная доля усилий на внедрение. Рекомендую попаданцу готовится к куче неожиданностей в самых безобидных местах.

Несмотря на все это, баббит до сих пор используется. Это, конечно, не тот баббит образца 1839 года, тут куча присадок — никель, магний, теллур, кальций, натрий.
Но основа все та же — олово или свинец, что вполне доступно и в древности.

Воздушные подшипники | New Way

История пневматических подшипников

Более 200 лет инноваций

Узнайте об истории и достижениях пневматических подшипников за последние два столетия. Посмотрите, как компания New Way Air Bearings ^® производит сегодня от первых подшипников с диафрагмой до технологии Porous Media Technology™.

1812

Уиллс публикует самый ранний документ о воздушных подшипниках на плоской поверхности».

1897

Кингсбери подчеркивает трудности, связанные с технологией пневматических подшипников поддерживается внешним сжатым воздухом.

Основатель и председатель New Way Дрю Девитт объясняет функцию пневматических упорных подшипников в этом видео: упорные подшипники в вертикальной паровой турбине.

1960-е годы

Национальная лаборатория Министерства энергетики применяет воздушные подшипники в сверхточных инструментах более крупные сферические асферические детали. В результате был разработан шпиндель из пористого графита, который является прародителем современной технологии пористых материалов.

1961

IBM коммерциализирует использование воздушных подшипников в жестких дисках

• Дедушка жестких дисков использует шпиндели с воздушными подшипниками для производства больших жестких дисков.
• При погрешности движения около двух миллионных долей дюйма — в 100 раз более точной, чем у традиционных шпинделей — шпиндели с воздушными подшипниками обеспечивают более высокую концентрацию данных.
• Сегодня индустрия жестких дисков по-прежнему полагается почти исключительно на шпиндели с воздушными подшипниками для своих прядильных стендов.

1965

Координатно-измерительная машина революционизируется благодаря воздушным подшипникам

• Координатно-измерительная машина CheckMate (КИМ) впервые использует технологию воздушных подшипников с тонко отполированной гранитной направляющей поверхностью.
• Расс Шелтон, создатель КИМ, открывает преимущества создания координатно-измерительных машин с пористыми углеродными воздушными подшипниками, которые обеспечивают более прямолинейное движение без трения ^® ️. Бесшумная и плавная работа очень очевидна при измерении и разрешении сканирования на машинах мухового типа.
• В большинстве современных КИМ по-прежнему используются воздушные подшипники из-за их исключительной точности и разрешения.

1982

Sheffield разрабатывает собственные воздушные подшипники для своих КИМ

• Sheffield Corporation — одна из немногих компаний, разрабатывающих собственные воздушные подшипники с пористой средой.
• Компания Giddings & Lewis Metrology (до 2004 года дочерней компанией которой был Sheffield) изначально использовалась на машине Apollo в 1982 году и до сих пор продолжает использовать эти воздушные подшипники с пористой средой.

1982-1984

Внедрение стандартизированных пневматических подшипников

• Предшественница New Way Air Bearings, Aeolus Air Bearings представляет первые стандартизированные пневматические подшипники. В КИМ в основном используются эти имеющиеся в продаже воздушные подшипники из-за их жесткости и стабильности.
• В 1984 году Aeolus предлагает стандартную линейку продуктов, состоящую из доступных по цене и простых в установке воздушных подшипников нескольких размеров.

1987

Starrett начинает использовать воздушные подшипники Aeolus на своих координатно-измерительных машинах

• Компания L.S. Компания Starrett модернизирует свои координатно-измерительные машины с помощью Aeolus Air Bearings, включив технологию пористых материалов вместо разработки собственной линии.

1993

Aeolus становится New Way

• Название Aeolus Air Bearings меняется на New Way, чтобы лучше описать уникальные продукты компании с воздушными подшипниками и передовые технологии.

1994

TA Instruments выбирает New Way Air Bearings

• TA Instruments выбирает New Way air для динамического анализатора материалов следующего поколения.
• Воздушные подшипники Porous Media™ позволяют TA Instruments доминировать на рынке прямого доступа к памяти — эта позиция остается у компании и по сей день.

1996

Компания New Way получила патент на процесс вакуумной репликации

• Компания New Way получила одобрение на получение патента на процесс вакуумной репликации. Это создает технически и экономически эффективный метод установки воздушных подшипников в прецизионные узлы при изготовлении направляющих.
• Компания продолжает применять ту же технологию и сегодня.

2003

Технология воздушной транспортировки

• New Way начинает разработку технологии воздушной транспортировки для бесконтактной обработки, обработки, проверки и транспортировки плоскопанельного дисплея и фотогальванического стекла.

2004

New Way приобретает American Sun

• New Way Air Bearings переносит операции на завод American Sun площадью 35 000 квадратных футов, создавая новую, точную и экологически контролируемую производственную среду.

2005

Рынок плоскопанельных дисплеев

• Компания New Way выпускает конвейерные воздушные подшипники и прецизионные патроны для OEM-рынка плоскопанельных дисплеев.

2007-2009

New Way занимает позицию в Inc. 5000

• New Way три года подряд входит в список Inc. 5000 самых быстрорастущих частных компаний Америки.
• В 2008 году New Way получает сертификат ISO 9001:2000.

2009

New Way представляет линейку радиальных пневматических подшипников и академическую программу

• New Way представляет линейку радиальных пневматических подшипников с пористым материалом, разработанных для обеспечения вращательного движения без трения для прецизионных применений.
• В том же году компания запускает академическую программу, которая предоставляет преподавателям инженерных и естественных наук университетов инструменты и обучение для изучения движения без трения ^® ️.

2010

Контракт FlexTech Alliance

• FlexTech Alliance заключает с New Way контракт на разработку бесконтактного вакуумного уплотнения.
• Это позволяет использовать небольшие и потенциально широкие вакуумные камеры, подходящие для химического осаждения из паровой фазы, физического осаждения из паровой фазы или других процессов, требующих глубокого вакуума.

2011

Патент на концепцию Air Bar

• New Way выдает патент на бесконтактный пористый воздушный подшипник и устройство для выравнивания стекла.

2017

New Way приобретает Bently Bearings™

• New Way расширяет свою линейку продуктов газовыми подшипниками под давлением, предлагаемыми под маркой Bently Bearings.

2019

New Way представляет поворотные столики с сервоприводом

• New Way объявляет о добавлении поворотных столиков с сервоприводом к своей стандартной линейке продуктов с воздушными подшипниками.
• Этот продукт сочетает в себе пневматические шпиндели New Way с высокопроизводительными двигателями/энкодерами, создавая полностью интегрированное решение для прецизионных поворотных столиков.

Перенесите свой процесс в будущее

Пусть ваш процесс станет следующим шагом в истории пневматических подшипников. Загрузите нашу электронную книгу, чтобы узнать, почему так много отраслей перешли на воздушные подшипники с пористым наполнителем и какие преимущества они могут принести вашему применению. Есть более конкретный вопрос? Свяжитесь с нами круглосуточно и без выходных, чтобы обсудить ваше индивидуальное приложение и то, как New Way Air Bearings может повлиять на ваш процесс.

Узнайте, как Air Bearings

внедряют прорывные инновации
в 5 отраслях

Получить электронную книгу

Morestar » Архив блога Как шарикоподшипники изменили мир

Всем известно, что изобретение колеса навсегда изменило ход истории, но мало кто понимает, что шарикоподшипник не только значительно оптимизировал функцию колесо, но оно отвечает за удивительные технологические достижения от велосипедов и автомобилей до ветряных турбин и реактивных двигателей.

Автор Pieter Verbruggen

Существует множество свидетельств того, что подшипники и ролики использовались до того, как возник большой промышленный спрос и до изобретения машин, позволяющих производить их в больших количествах (см. технический меморандум НАСА по истории подшипников). для обширного фона.)

По прошествии столетий производство и использование шарикоподшипников значительно возросло, и они гениально интегрированы практически в каждую механическую или электрическую машину или компонент, который имеет дело с движением и трением.

Несколько интересных фактов о шарикоподшипниках

• В среднем в доме есть не менее 100 или более шарикоподшипников от пылесоса до ноутбука
• шариковый подшипник всплыл еще до создания колеса

Подшипники

• бывают всех размеров: от очень крошечных (внешний диаметр 1,5 мм) до более 12 футов в диаметре

Подшипники

• теперь производятся как со смазкой, так и без смазки

.
Подшипники

• могут быть чрезмерно смазаны и поэтому более подвержены повреждениям и износу

Подшипники

• обычно изготавливаются из прочной нержавеющей стали, бронзы, пластика/полимера, но также могут быть изготовлены из керамики, также известной как керамические подшипники

.
Керамические шарики и кольца

• менее подвержены коррозии
• во время Второй мировой войны подшипники производились серийно и требовались в строительстве артиллерии, танков и другого оборудования

Предполагаемые изобретатели шарикоподшипника

Некоторые историки, ученые и непрофессионалы считают, что Леонардо да Винчи изобрел шарикоподшипник. Многие другие утверждают, что подшипник был изобретен валлийским изобретателем Филипом Воганом, который действительно получил патент на свои шариковые подшипники в 1794 году. использовались и как далеко уходит их использование по сравнению с недавней историей.

Подшипники и ролики в истории

Подшипники и ролики бывают всех форм и размеров [см. пример подшипников], но не всегда изготавливаются из стали. Когда-то они также были сделаны из камня и дерева. Их использование в ранней современной истории было найдено в различных частях мира.

• Шариковые подшипники были найдены на римских кораблях Неми около 40 г. н.э.
• Барельефы, обнаруженные примерно в 1850 году, как говорят, представляют собой первое зарегистрированное использование роликов для транспортировки строительных блоков и резьбы по камню
• Свидетельством тому являются изображения ассирийцев, движущихся с быком с человеческой головой примерно 2680 лет назад
• Транспортные средства с катящимися колесами зафиксированы на пиктограммах Урука, которым почти 5000 лет
• Древняя китайская пиктограмма примерно 3480 лет назад показывает, что к тому времени на Востоке было изобретено колесо со спицами
• Около 50 колес или колесных транспортных средств были найдены в Европе и Западной Азии примерно с 2000 г. по 3000 г. н.э.
• Таран 330 г. до н.э. устанавливался на линейные роликовые подшипники, содержащие деревянные ролики, выточенные на токарном станке
• Кельты разработали роликовые подшипники почти 2000 лет назад
• Дубовые ступицы четырехколесных повозок были найдены в Западной Ютландии в Дании в 1881 году и содержали бронзовые втулки и подшипники

Сейчас подшипники и ролики производятся по всему миру, практически в каждом штате, провинции и городе. Они являются одним из наиболее необходимых компонентов в разработке 90% производимых электрических или механических машин, и человеческая цивилизация обязана их использованием.

Подшипники и ролики значительно помогли оптимизировать производство всех типов и продвинули Восток и Запад в современную цивилизацию.

Механизм шарикоподшипника и роликоподшипника

Согласно Британской энциклопедии, функция шарикоподшипника заключается в следующем:

» соединяют два элемента машины, которые перемещаются друг относительно друга таким образом, чтобы сопротивление трению движению было минимальным. Во многих случаях один из элементов представляет собой вращающийся вал, а другой — неподвижный корпус 9.0320 ” [Источник: Encyclopedia Britannica]

Короче говоря, подшипники уменьшают трение при вращении движущихся частей и поддерживают радиальные и осевые нагрузки, заменяя трение скольжения трением при вращении, которое значительно меньше, чем трение скольжения.

Роликовые подшипники в основном используются для тяжелых нагрузок, а шарикоподшипники — для легких. Подшипник работает только в том случае, если каждый шарик равномерно разделен и расположен на расстоянии друг от друга во внешних дорожках.

Вышеупомянутое относится к подшипникам, требующим надлежащей смазки, но новый тип подшипника, называемый ADB (автономный децентрализованный подшипник), может использоваться без сепаратора и не требует смазки. Подшипник ADB был разработан компанией Coo Space Co. и представляет собой продукт, который выталкивает шарики без использования сепаратора для их удержания.

См. видео ниже, в котором показан пример работы подшипников ADB:

Сепараторы подшипников вызывают трение, поэтому без сепараторов и равномерно распределенных шариков у вас есть устройство, обычная производительность которого не смазки и могут служить дольше, чем стандартные традиционные подшипники.

Подшипники и ролики изменили мир, и без них цивилизация не смогла бы стать такой технологически развитой, как мы сегодня. Подшипники ( Сейсмоизоляционные подшипники ) настолько универсальны, что их даже используют для смягчения последствий разрушений, вызванных землетрясениями.

Свен Вингквист — биография, факты и фотографии

Жил с 1876 по 1953 год. все еще используют сегодня — сферический шарикоподшипник. С помощью этого простого изобретения, основанного на различных отраслях и процессах, он оставил свой след в истории.

Жизнь и образование

Свен Густав Вингквист родился в муниципалитете Кумла, к югу от Эребру в Швеции, 10 декабря 1876 года. Старший из четырех детей, его отец, Свен Даниэль Вингквист, был инспектором железнодорожной станции Халлсберга. а его матерью была Анна Лундберг.

Он учился в начальной технической школе Оребро, пока не окончил ее в 1894 году и продолжил обучение в Текстильном колледже Джона Леннингса в Норрчёпинге. Здесь он расширил свои знания о технических аспектах текстильной промышленности. Поскольку Свен мечтал о создании более эффективных процессов в промышленном производстве, Свен уехал в США в 189 г.5 и на год устроился на работу в различные мастерские в Штатах.

С 1896 по 1899 год Вингквист работал инженером на заводе Jonsereds Fabriker в Швеции.

Рекламные объявления

Его величайшее изобретение

В 1899 году Свен стал инженером-технологом на ткацкой фабрике в Гамлестаденсе в Гетеберге, Швеция. Они постоянно испытывали проблемы, потому что завод был построен на глинистой почве. Поскольку земля была неустойчивой, здание, в котором они работали, время от времени менялось. Это привело к повреждению приводных валов и перегреву машин. Поскольку они хотели избежать этой пожароопасности, они нашли способ решить проблему. Однако это решение также подразумевало заказ шарикоподшипников из Германии, из-за чего доставка занимала несколько месяцев. Хуже того, шарикоподшипники оказались низкого качества; шарикоподшипники выходили из строя с угрожающей скоростью, причиняя еще больший ущерб приводным валам.

Вингквист почувствовал, что ему нужно подумать о решении проблемы. Он изучал различные концепции, используемые при разработке шарикоподшипников по всей Европе. Вингквист проявил большой интерес к отчету профессора Ричарда Стрибека в 1902 году, который попытался сравнить свойства шарикоподшипников и подшипников скольжения, используя научные методы. Вингквист понял, что в этой отрасли есть много возможностей для инноваций, и поэтому он организовал небольшую мастерскую внутри фабрики, где он работал, проводил несколько испытаний и разрабатывал различные конструкции.

В 1906 году компания Wingquist выпустила простую конструкцию, названную однорядным самоустанавливающимся шарикоподшипником. Он получил патент на эту конструкцию, но ее недостаток заключался в том, что она не могла выдерживать большую осевую нагрузку (сила, приложенная вдоль линий оси), поэтому Вингквист продолжил исследования.

Building Svenska Kullagerfabriken (S.K.F.)

Компания Wingquist изобрела многорядные самоустанавливающиеся шарикоподшипники в 1907 году. Этот новый шарикоподшипник имел двухрядные самоустанавливающиеся шарикоподшипники со сферической дорожкой качения во внешнем кольце, что уменьшало несоосность вопросы и минимизировать вероятность дорогостоящих производственных остановок.

Его изобретение привлекло внимание ряда инвесторов. После заключения нескольких сделок в 1907 году была основана компания Svenska Kullagerfabriken, более известная сейчас как SKF, при этом Вингквист владел значительным пакетом акций. Вингквист лично объехал всю страну, демонстрируя работу своих шарикоподшипников и находя новых клиентов, которые могли бы извлечь выгоду из его изобретения. За несколько месяцев он поговорил с более чем сотней компаний в разных областях и неизменно производил впечатление на свою аудиторию. Он получал заказ за заказом на свое изобретение.

В том же году он получил шведский патент на свою конструкцию многорядного самоустанавливающегося шарикоподшипника в одиннадцати странах, включая его собственную.

В 1908 году он запатентовал саморегулирующийся шарикоподшипник для осевого давления. Бизнес достиг невообразимых высот, принеся Вингквисту славу и богатство. Только в 1908 году было заказано товаров на сумму более 114 000 шведских крон, что по тем временам было огромным состоянием. Через восемь лет SKF превратилась в глобальную компанию с заводами, построенными в 27 странах мира. К 1920 октября SKF получила заказы на шарикоподшипники на сумму 23 миллиона шведских крон.

Свен Вингквист занимал должность главного операционного директора до 1919 года, уволившись по состоянию здоровья. Его здоровье улучшилось, и в 1938 году он стал председателем совета директоров и занимал эту должность до своей смерти в 1953 году.

Сегодня SKF действительно стала мировым гигантом. Имея 106-летний опыт работы в бизнесе, в настоящее время в компании работает более 46 700 сотрудников на 140 объектах и ​​в 16 технических центрах в 32 странах мира. Их продукция включает в себя приводные системы, подшипниковые узлы и корпуса, системы мониторинга состояния, системы сцепления, решения для смазки, линейные перемещения, магнитные системы, продукты для технического обслуживания, силовые передачи, уплотнения, испытательное и измерительное оборудование, а также послепродажное обслуживание автомобилей.

Другие достижения

Свен Вингквист применял свои навыки не только в своей компании, но и в других компаниях, включая Bofors, производителя оружия из Карлскоги.

Двое молодых сотрудников Вингквиста, Густав Ларсон и Ассар Габриэльссон, в конце концов выразили заинтересованность в создании шведской автомобильной компании. Поскольку Вингквист также был автоэнтузиастом, он поддержал их усилия и оказал им финансовую поддержку через SKF. Когда пришло время думать о названии автомобильной компании, они оба пытались решить, называть ли ее «GL» или «Larson». Свен Вингквист подумал, что было бы интереснее назвать компанию как-нибудь по-другому, и предложил латинское слово, которое буквально означает «я катаюсь». Это слово было Вольво.

Личное и смерть

Вингквист был дважды женат, сначала на Софи Бредберг, с которой развелся. Позже он женился на Кристине Халт в 1919 году. Несмотря на огромный успех, которого добился Свен Вингквист, он оставался скромным и жил просто. Он предпочитал оставаться в тени и давал мало интервью.

Свен Вингквист умер 17 апреля 1953 года, оставив после себя наследие, которое до сих пор продолжает приносить пользу миру.

Реклама

SCIRP Открытый доступ

Издательство научных исследований

Журналы от A до Z

Журналы по темам

• Биомедицинские и биологические науки.
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение.
• Информатика. и общ.
• Науки о Земле и окружающей среде.
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные науки. и гуманитарные науки

Журналы по тематике  

• Биомедицина и науки о жизни
• Бизнес и экономика
• Химия и материаловедение
• Информатика и связь
• Науки о Земле и окружающей среде
• Машиностроение
• Медицина и здравоохранение
• Физика и математика
• Социальные и гуманитарные науки

Публикация у нас

• Подача статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Публикуйте у нас  

• Представление статьи
• Информация для авторов
• Ресурсы для экспертной оценки
• Открытые специальные выпуски
• Заявление об открытом доступе
• Часто задаваемые вопросы

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Недавно опубликованные статьи

Недавно опубликованные статьи

• Наведение мостов в высшем образовании: мультимодальные программы наставничества для поддержки удержания и подготовки к карьере ()

  Джеймс Хатсон, Роджер Насер, Майкл Марцано, Райан Кертис, Элизабет Макдональд, Сью Эделе, Барбара Хосто-Марти

  Творческое образование Том 13 №9, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ce.2022.139178
  11 загрузок  60 просмотров

• Морфологический признак и физико-химическая характеристика почв под Festuca spp. Доминирующая степь у Высокой горы и горы Хувсгул, Монголия ()

  Саруул Нарангерел, Ундармаа Джамсран, Маки Асано, Кенджи Тамура

  Открытый журнал почвоведения Том 12 № 9, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ojss.2022.129018
  16 загрузок  90 просмотров

• Исследование рассеяния энергии волн в зоне прибоя Гвинейского залива: пример автономного порта Котону в прибрежной зоне Бенина()

  Освальд Г. Акклассато, Ноукпо Бернар Токпохозин, Кристиан Д. Аковану, Аджимон Матиас Хуэкпоэха, Ги Эрве Хунге, Бруно Базиль Куноухева,

  Journal of Modern Physics Vol.13 No.9, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/jmp.2022.139076
  10 загрузок  59 просмотров

• Модель скалярного поля обеспечивает возможный мост между общей теорией относительности и квантовой механикой()

  Рики В. Остин

  Международный журнал астрономии и астрофизики Том 12 № 3, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ijaa.2022.123014
  10 загрузок  57 просмотров

• Характеристики состава тела и взаимосвязь между мышечной массой и мышечной силой у пожилых женщин в разных возрастных группах()

  Нао Нисиока Ниши, Норико Танака, Наоми Хирано

  Успехи в исследованиях старения Том 11 № 5, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/aar.2022.115010
  7 загрузок  40 просмотров

• Профиль черепно-мозговой травмы в отделениях неотложной помощи больниц — ретроспективное исследование в Республике Молдова ()

  Светлана Кочу, Анжела Казаку-Страту, Лилия Киосеа, Георгий Ройновяну, Сергей Чебану, Коринн Пик-Аса

  Открытый журнал профилактической медицины Том 12 № 9, 16 сентября 2022 г.

  DOI: 10.4236/ojpm.2022.129013
  13 загрузок  83 просмотров

Подпишитесь на SCIRP

Свяжитесь с нами

	клиент@scirp. org
	+86 18163351462 (WhatsApp)
	1655362766
	Публикация бумаги WeChat

Бесплатные информационные бюллетени SCIRP

Copyright © 2006-2022 Scientific Research Publishing Inc. Все права защищены.

верхний

История подшипников скольжения — О трибологии

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:OsborneReynolds.jpg

Трибология Википедия > История подшипников скольжения

Содержание

Что такое подшипник скольжения?

Подшипник скольжения является одним из наиболее распространенных и простых типов подшипников и представляет собой тип подшипника скольжения. По сути, подшипник скольжения представляет собой вал, который вращается как единое целое. Хорошее обсуждение инженерных принципов подшипников скольжения можно найти в следующем видео:

Несмотря на свою простоту, подшипники скольжения имеют обширную и интересную историю, которую мы постараемся изложить в этой небольшой статье. Для более подробного обсуждения истории подшипников скольжения мы настоятельно рекомендуем статью Хэннона В.М. и Браун М. Дж. [1] и История трибологии, написанная Доусоном [2]

История подшипников скольжения   

Подшипники приобрели популярность во время промышленной революции 19 века, но их история восходит к 1607 году, когда Зонка опубликовал статью о существующих машинах и их применении [1]. Примерно в то же время было изобретено понятие шероховатости.

Некоторые считают, что Густав Хирн был отцом подшипников скольжения [3]. Он показал, что в отсутствие смазки трение происходит по закону Кулона. Затем он показал, что если использовать смазку и слегка нагруженный подшипник, коэффициент трения будет увеличиваться с увеличением скорости вала. Хирн также доказал, что коэффициент трения при средней нагрузке в смазываемом подшипнике пропорционален квадратному корню из скорости, нагрузки и площади шейки.

В 1907 году Роберт Генри Терстон рассчитал коэффициент трения для большинства систем, включая подшипник скольжения. Среди множества сведений о трении Терстон указал, что коэффициент трения достигает минимума при увеличении нагрузки. Теперь это открытие признано отправной точкой для перехода от гидродинамической к упругогидродинамической смазке.

Здесь также стоит сказать о влиянии Николая Петрова, который в 1883 году сделал первый шаг к изучению эффектов трения, связанных со смазкой в ​​виде жидкой пленки [4]. В своей работе он проанализировал экспериментальную работу Хирн и продемонстрировал важность эффектов трения в фильмах. В общей сложности Петров провел более 600 экспериментов, показывающих тщательно измеренные значения трения. В результате этой работы Петров ввел соотношение, которое сейчас называют законом Петрова

Параллельно с открытиями Петрова, английский инженер-механик Бошам-Тауэр делал самостоятельные открытия в том же районе. В 1883 году он опубликовал отчеты об измерениях давления пленки жидкости в подшипнике скольжения. Он случайно открыл гидродинамическое давление. Он также обнаружил, что локальное давление пленки жидкости выше среднего давления. Тауэр сделал вывод, что давление постоянно меняется в окружном направлении. Кроме того, он обнаружил, что из-за вертикальной нагрузки распределение давления становится максимальным в нижней части подшипника и падает до атмосферного давления в верхней части. В следующих своих работах Тауэр исследовал распределение давления в подшипнике скольжения. Он обнаружил, что интеграл окружных давлений подшипника дает грузоподъемность, равную приложенной нагрузке. Затем он опубликовал еще две статьи, но их затмила теория жидкой пленки, разработанная Осборном Рейнольдсом в 1886 году.

В своей знаменитой работе Рейнольдс представил результаты, указывающие на то, что наклон между двумя твердыми телами определяет несущую способность подшипника скольжения. Он также изучал эффекты тангенциального движения параллельной пластины относительно неподвижной пластины. В конечном итоге, применив метод выражения напряжения в вязкой жидкости, Рейнольдс упростил уравнения Навье-Стокса (при этом сделав ряд принципиальных допущений). Затем эти упрощенные уравнения были решены для осевых и окружных скоростей с точки зрения градиентов давления, толщины пленки и поверхностной скорости шейки. Затем эти скорости вводились в уравнение неразрывности. При интегрировании по толщине жидкой пленки было получено то, что сейчас известно как «уравнение Рейнольдса»:

(1)  

Чтобы найти решение для частичного подшипника скольжения, Рейнольдс применил тригонометрический ряд. Затем полученные результаты сравнивались с опытами Тауэра. Работа Рейнольдса действительно расширила понимание того, как работают подшипники скольжения, и влияние его работы на понимание подшипников скольжения трудно переоценить.

Отметим, что хотя исследование жидкостных подшипников началось не с экспериментов Рейнольдса, он первым предложил дифференциальное уравнение. Со временем исследователи начали вносить в него изменения. Новые модели привели к добавлению в уравнение энергии, переменных свойств, кавитации, турбулентности, инерции и связи с уравнениями динамики ротора.

Уравнение энергии и рост теплового клина

При сравнении результатов, полученных из экспериментов и теории, становится очевидным, что тепловая среда подшипника будет влиять на плотность, динамическую вязкость, проводимость и удельную теплоемкость и, следовательно, влиять на давление. Например, Фогг [5] сделал неожиданное открытие в 1946 году, наблюдая увеличение несущей способности упорного подшипника с параллельными пластинами. Чтобы объяснить это, он постулировал образование теплового клина пленки жидкости как причину нагружения. Геометрический клин возникает из-за эксцентриситета вала, вызывающего изменение скорости жидкости, которая в свою очередь должна уравновешиваться силами давления. Тепловой клин возникает из-за изменений плотности в результате колебаний температуры во всех трех направлениях.

Коуп [6] в 1949 г. объединил классические уравнения Рейнольдса с уравнениями состояния для плотности и вязкости. Энергетический анализ Коупа начался с привязки рассеивания тепла при трении к количеству, содержащемуся в смазке. Чтобы получить граничные условия для уравнения энергии, Коуп предположил, что тепло не передается на вал и втулку. Он утверждал, что плотность газа прямо пропорциональна давлению и обратно пропорциональна температуре. В этом контексте следует также упомянуть, что при очень высоких давлениях масло может стать «твердым», что приводит к ситуации с трехкомпонентной твердой смазкой. Коуп заявил, что тепловой клин Фогга «полностью оправдан», и математически выразил это в уравнениях.

Другие формы уравнения Рейнольдса

После того, как связь уравнения энергии жидкости с уравнением Рейнольдса стала обычным явлением в технике, некоторые авторы захотели улучшить классическое уравнение Рейнольдса, включив в него переменные свойства и их эффекты, которые могли бы отражать как геометрические, так и тепловые клинья.

Доусон [7] первым предложил обобщенное уравнение Рейнольдса. Он должен был внутренне учитывать как клиновые, так и тепловые эффекты. Эта обобщенная форма содержит несколько функций, представляющих собой интегралы по толщине пленки плотности и динамической вязкости, а также интегралы по всей пленке. С конца 19В 60-х годах несколько других авторов также предложили различные модификации уравнения Доусона.

Ссылки

1. [1] Hannon WM, Braun MJ (2013) Гидродинамический журнал История подшипников. В: Ван К.Дж., Чанг Ю.В. (ред.) Энциклопедия трибологии. Спрингер, Бостон, Массачусетс. https://doi.org/10.1007/978-0-387-92897-5_42

2. [2] Д. Доусон, История трибологии (Longman Group, Лондон, 1979)

3. [3] Г. Хирн, Sur les principaux phenome`nes qui present les frottements medias. Бык. соц. Индиана Мюлуз 26, 188–277 (1854)

4. [4] Н.П. Петров, Трение в машинах и действие смазки. инж. Ж. Санкт-Петербург 5, 189–194 (1883)

5. [5] А. Фогг, Смазка жидкостной пленкой упорных подшипников с параллельными поверхностями. проц. Инст. мех. англ. 155, 49–67 (1946)

6. [6] В.Ф. Коуп, Гидродинамическая теория пленочной смазки. проц. Р. Соц. Лонд. Математика. физ. науч. 197(1049), 201–217 (1949)

7. [7] Д. Доусон, Обобщенное уравнение Рейнольдса для жидкостно-пленочной смазки. Междунар. Дж. Мех. науч. 4, 159–164 (1962)

Теги: конструкция гидродинамического подшипника скольжения Гидродинамические подшипники скольжения скольжения Подшипники скольжения Осборн Рейнольдс

TriboNet

Администрация проекта

Шариковый подшипник | Encyclopedia.com

буря

просмотров обновлено 23 мая 2018

Предыстория

С тех пор, как человеку стало необходимо перемещать вещи, он использовал круглые ролики, чтобы облегчить работу. Вероятно, первыми роликами были палки или бревна, что было большим улучшением по сравнению с перетаскиванием вещей по земле, но все же довольно тяжелой работой. Египтяне использовали бревна для скатывания огромных каменных блоков для пирамид. В конце концов, кому-то пришла в голову идея прикрепить каток к тому, что перемещается, и был построен первый «автомобиль» с «колесами». Однако у них все еще были подшипники, сделанные из материалов, трущихся друг о друга, а не катящихся друг о друга. Только в конце восемнадцатого века была разработана базовая конструкция подшипников. В 1794 февраля валлийский мастер по производству железа Филип Вон запатентовал конструкцию шарикоподшипников для поддержки оси вагона. Развитие продолжалось в девятнадцатом и начале двадцатого веков, чему способствовало развитие велосипеда и автомобиля .

Существуют тысячи размеров, форм и видов подшипников качения; шарикоподшипники, роликовые подшипники, игольчатые подшипники и конические роликовые подшипники являются основными видами. Размеры варьируются от достаточно маленьких, чтобы приводить в действие миниатюрные двигатели, до огромных подшипников, используемых для поддержки вращающихся частей на гидроэлектростанциях; эти большие подшипники могут иметь диаметр десять футов (3,04 метра), и для их установки требуется кран. Наиболее распространенные размеры можно легко держать в одной руке, и они используются в таких вещах, как электродвигатели.

В этой статье описываются только шарикоподшипники. В этих подшипниках вращающаяся часть представляет собой шарик, который катится между внутренним и наружным кольцами, называемыми дорожками качения. Мячи удерживаются клеткой, которая удерживает их на равномерном расстоянии вокруг гонок. В дополнение к этим деталям существует множество дополнительных деталей для специальных подшипников, таких как уплотнения, удерживающие масло или смазку и не допускающие попадания грязи, или винты, удерживающие подшипник на месте. Мы не будем беспокоиться об этих причудливых дополнениях.

Сырье

Почти все детали всех шарикоподшипников изготовлены из стали. Поскольку подшипник должен выдерживать большие нагрузки, он должен быть изготовлен из очень прочной стали. Стандартная отраслевая классификация стали для этих подшипников — 52100, что означает, что она содержит один процент хрома и один процент углерода (называемые сплавами при добавлении к основной стали). Эту сталь можно сделать очень твердой и прочной путем термической обработки. Там, где ржавчина может быть проблемой, подшипники изготавливаются из стали 440C 9.нержавеющая сталь 0066.

Сепаратор для шариков традиционно изготавливается из тонкой стали, но в настоящее время в некоторых подшипниках используются литые пластмассовые сепараторы, поскольку их изготовление обходится дешевле и вызывает меньшее трение.

Производство

Процесс

Стандартный шарикоподшипник состоит из четырех основных частей: наружного кольца, шариков качения, внутреннего кольца и сепаратора.

Гонки

• 1 Обе гонки сделаны практически одинаково. Поскольку оба кольца стальные, процесс начинается со стальных труб соответствующего размера. Автоматы, подобные токарным станкам, используют режущие инструменты для вырезания основной формы дорожки, оставляя все размеры немного большими. Причина того, что они оставлены слишком большими, заключается в том, что перед отделкой обоймы должны быть подвергнуты термообработке, а сталь
  обычно деформируется во время этого процесса. После термической обработки они могут быть возвращены к их окончательному размеру.
• 2 Необработанные обоймы помещаются в печь для термообработки при температуре около 1550 градусов по Фаренгейту (843 градуса по Цельсию) на срок до нескольких часов (в зависимости от размера деталей), затем погружаются в масляную ванну для охлаждения и придания формы. им очень тяжело. Это закаливание также делает их хрупкими, поэтому следующим шагом будет их отпуск. Для этого их нагревают во второй печи примерно до 300 градусов по Фаренгейту (148,8 градусов по Цельсию), а затем дают остыть на воздухе. Весь этот процесс термообработки делает детали одновременно твердыми и прочными.
• 3 После термообработки беговые дорожки готовы к чистовой обработке. Однако дорожки теперь слишком сложно резать режущими инструментами, поэтому остальную работу необходимо выполнять шлифовальными кругами . Они очень похожи на то, что вы найдете в любом магазине для заточки сверл и инструментов, за исключением того, что для завершения гонок необходимы несколько разных видов и форм. Почти каждое место на гонке обработано шлифовкой, в результате чего получается очень гладкая и аккуратная поверхность. Поверхности, где подшипник входит в машину, должны быть очень круглыми, а стороны — плоскими. Поверхность, по которой катятся шарики, сначала шлифуется, а затем притирается. Это означает, что очень мелкая абразивная суспензия используется для полировки качения в течение нескольких часов до получения почти зеркального блеска. На этом гонки закончены и готовы к сборке с мячами.

Мячи

• 4 Мячи сделать немного сложнее, несмотря на то, что их форма очень проста. Удивительно, но шарики начинаются как толстая проволока. Эта проволока подается из рулона в машину, которая отрезает короткий кусок, а затем разбивает оба конца по направлению к середине. Этот процесс называется холодной высадкой. Свое название он получил из-за того, что провод не
  нагревают перед тем, как разбить, и что изначально этот процесс использовался для надевания головок на гвозди (что до сих пор делается). Во всяком случае, теперь шары выглядят как планета Сатурн с кольцом посередине, которое называется «вспышка».
• 5 Первый процесс обработки удаляет этот заусенец. Шариковые подшипники помещаются между поверхностями двух чугунных дисков, где они перемещаются по канавкам. Внутренняя часть канавок шероховатая, что отрывает заусенец от шариков. Одно колесо вращается, а другое остается неподвижным. Стационарное колесо имеет сквозные отверстия, чтобы шарики можно было вставлять и вынимать из канавок. Специальный конвейер подает шарики в одно отверстие, шарики гремят по желобку, а затем выходят из другого отверстия. Затем они подаются обратно на конвейер для многократных проходов через канавки колес, пока они не будут обрезаны до достаточно круглых размеров, почти до нужного размера, и облоя полностью не исчезнет. Опять же, шарики оставляют большего размера, чтобы их можно было измельчить до окончательного размера после термической обработки. Осталось на доводку стали немного; всего около 8/1000 дюйма (0,02 сантиметра), что примерно равно толщине двух листов бумаги.
• 6 Процесс термической обработки шариков аналогичен тому, который используется для гонок, поскольку тип стали тот же, и лучше всего, чтобы все детали изнашивались примерно с одинаковой скоростью. Как и беговые, шарики после термической обработки и отпуска становятся твердыми и жесткими. После термической обработки шарики снова помещают в машину, которая работает так же, как и устройство для удаления грата, за исключением того, что вместо режущих кругов используются шлифовальные круги. Эти колеса перемалывают шарики так, чтобы они были круглыми и имели размер в пределах нескольких десятитысячных дюйма от их конечного размера.
• 7 После этого шарики перемещаются в притирочный станок с чугунными колесами, в котором используется та же абразивная притирочная паста, что и при гонках. Здесь их будут притирать 8-10 часов, в зависимости от
  насколько точен подшипник, для которого они сделаны. И снова в результате получается чрезвычайно гладкая сталь.

Сепаратор

• 8 Стальные сепараторы штампуются из довольно тонкого листового металла, как формочки для печенья, а затем сгибаются до окончательной формы в штампе. Матрица состоит из двух кусков стали, соединенных вместе, с отверстием в форме готовой детали, вырезанным внутри. Когда клетка помещается между ними и матрица закрывается, клетка изгибается по форме внутреннего отверстия. Затем штамп открывается, и готовая деталь вынимается, готовая к сборке.
• 9 Пластиковые сепараторы обычно изготавливаются методом литья под давлением. В этом процессе полая металлическая форма заполняется путем впрыскивания в нее расплавленного пластика и позволяет ему затвердевать. Форма открывается, и готовая клетка вынимается, готовая к сборке.

Сборка

• 10 Теперь, когда все детали готовы, нужно собрать подшипник. Во-первых, внутренняя обойма помещается внутрь внешней обоймы, только в одну сторону, насколько это возможно. Это делает пространство между ними на противоположной стороне достаточно большим, чтобы вставлять между ними мячи. Вставляется необходимое количество шариков, затем обоймы перемещаются так, чтобы они обе располагались по центру, а шарики равномерно распределялись по подшипнику. На этом этапе устанавливается клетка, удерживающая шары друг от друга. Пластиковые сепараторы обычно просто защелкиваются, в то время как стальные сепараторы обычно вставляются и склеиваются вместе. Теперь, когда подшипник собран, он покрыт средством от ржавчины и упакован для транспортировки.

Контроль качества

Изготовление подшипников — очень точный бизнес. Испытания проводятся на образцах стали, поступающих на завод, чтобы убедиться, что она имеет
нужное количество легированных металлов в нем. Испытания на твердость и ударную вязкость также проводятся на нескольких этапах процесса термообработки. По пути также проводится множество проверок, чтобы убедиться, что размеры и формы правильные. Поверхность мячей и места, где они катятся по беговым дорожкам, должны быть исключительно гладкими. Шарики не могут быть некруглыми более чем на 25 миллионных дюйма, даже для недорогого подшипника. Для высокоскоростных или прецизионных подшипников допускается только пять миллионных долей дюйма.

Будущее

Шариковые подшипники будут использоваться еще много лет, потому что они очень просты и стали очень недорогими в производстве. Некоторые компании экспериментировали с изготовлением мячей в космосе на космическом челноке. В космосе капли расплавленной стали можно выплюнуть в воздух, а невесомость позволяет им парить в воздухе. Капли автоматически превращаются в идеальные сферы, пока они остывают и затвердевают. Однако космические путешествия по-прежнему дороги, поэтому на земле можно сделать много полировки по цене одного «космического шара».

Однако на горизонте появляются и другие виды подшипников. Подшипники, в которых два объекта никогда не соприкасаются друг с другом, эффективны в эксплуатации, но их сложно изготовить. В одном из них используются магниты, которые отталкиваются друг от друга и могут использоваться для удержания предметов друг от друга. Так строятся поезда «маглев» (для магнитной левитации). Другой тип нагнетает воздух в пространство между двумя плотно прилегающими поверхностями, заставляя их парить друг от друга на подушке сжатого воздуха. Однако оба этих подшипника намного дороже в изготовлении и эксплуатации, чем скромный, надежный шарикоподшипник.

Где узнать больше

Книги

Сотрудники Deere & Company, ред. Подшипники и уплотнения, 5-е изд. Р. Р. Боукер, 1992.

Эшманн, Пол. Шариковые и роликовые подшипники: теория, конструкция и применение, , 2-е изд.

Harris, Tedric A. Анализ подшипников качения, 3-е изд. John Wiley & Sons, Inc.