Подшипники качения и скольжения
Министерство науки и образования Российской Федерации
Волжский политехнический институт
(филиал) федерального государственного бюджетного
образовательного учреждения высшего профессионального образования
"Волгоградский государственный технический университет"
Кафедра «Прикладная физика»
Реферат
по дисциплине «Физика»
ПОДШИПНИКИ
качения и скольжения
Выполнил: студент гр. ВАУ – 126 6Шипаев В.В.
Проверил: Сухова Т. А.
Волжский 2013г.
Подшипники используются с древних времён. В зависимости от условий
эксплуатации механизмов и машин (скорость движения, нагрузки, температура
окружающей среды, фин. затраты,…)выбираются при помощи расчета определённые
типып/ш которые изготавливаются из различных материалов.
Назначение
подшипника- уменьшение трения между движущейся и неподвижной частями механизма,
т.к. с трением связаны износ, нагрев и потеря энергии.
ПОДШИПНИК
КАЧЕНИЯ: -опора
вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего
ТРЕНИЯ КАЧЕНИЯ.Обычно состоит из наружного кольца, тел качения (шарик, ролик),
сепаратора, внутреннего кольца (рис.1). рис.1
Тела
качения контактируют с наружным и внутренним кольцом, что при вращении приводит
к трению проскальзывания. Потери энергии связаны с трением скольжения тел
качения о сепаратор, внутренним трением в материале контактирующих тел (упругие
деформации), сопротивлением смазки.
Классифицируются:
-по телам качения: шариковые, роликовые (цилиндрические, конические,
игольчатые, витые, бочкообразные, бочкообразные конические,…).
-по
типу нагрузки: радиальные (нагрузка перпендикулярно оси вращения);
радиально-упорные
(нагрузка перпендикулярно и вдоль оси вала);
упорные(нагрузка вдоль оси вала);
линейные(обеспечивают движение вдоль оси, вращение вокруг оси не
нормируется или не возможно);
шариковые винтовые передачи(сопряжение винт-гайка через тела качения).
-по
числу тел качения (одно-, двух-, и многорядные).
- по
способности компенсироватьнесоосность вала и п/ш (обычные и
самоустанавливающиеся).
В шарикоподшипниках
ТОЧКА КОНТАКТА (меньше коэффициент трения). В роликоподшипнике ЛИНИЯ КОНТАКТА
(больше коэффициент трения).
Поэтому
при одинаковых габаритах шарико-п/ш допускают большую скорость вращения, но
воспринимают меньшую нагрузку чем ролико-п/ш.
Достоинства п/ш качения:
-высокая
скорость вращения;
-выдерживают
большие нагрузки;
-небольшая
ширина (осевой размер);
-умеренные
требования по смазке;
-большой
диапазон рабочих температур (спец п/ш до 1000ос).
Недостатки п/ш качения:
-высокая
стоимость;
-сложность
в изготовлении;
-большие
радиальные размеры.
Применяемые материалы:
В основном п/ш изготавливают из высокоуглеродистой низколегированной
стали(наружные и внутренние кольца, тела качения подвергаются закалке),
низкоуглеродистой стали, латунь (сепаратор, защитные шайбы). Для работы при
динамической нагрузке кольца и ролики изготавливают из низкоуглеродистой
низко/средне легированной стали, подвергаемой поверхностному насыщению
углеродом, т.е. цементацией(структура цементит): поверхностный слой после
закалки и отпуска твёрдый, износостойкий, а сердцевина вязкая, упругая (такие
п/ш используются в прокатных станах, буксовых узлахж.д. вагонах, шасси
самолётов).
В
последнее время применяются и другие материалы: керамика, фторопласт,
текстолит…
Производство подшипников качения:
Промышленное производство п/ш качения впервые было организовано в Германии в 1883г,
в Советском Союзе в 1932г(в 1961г. 1-е выпуски 1-го подшипника завода ГПЗ-15 в
г. Волжском).
Порядок
изготовления п/ш: разработка конструкции и технологическая подготовка;
заготовительно –токарный процесс(получение конфигурации деталей с определёнными
«черновыми» размерами); термическая обработка деталей (получение деталей с
определённой твёрдостью); шлифовально-сборочные операции (получение деталей
«чистовых» окончательных размеров и сборка деталей –получения готового
изделия).
Высокие
нагрузки, неправильная установка и плохая герметизация приводит к дефектам (
выкрашивание, износ колец и тел качения; разрушение сепаратора) и выходу
подшипника из строя.
Расчет
проводится для подбора п/ш по статической, динамической нагрузки при
определённой скорости вращения, и др. характеристик.
Технические
параметры (размеры, качество поверхности, твёрдость и материалы деталей п/ш,…)
и эксплуатационные характеристики (скорость об/мин, нагрузка, температурный
режим,…) определяются различными ГОСТ. В обозначении указывается диаметр
отверстия, тип и конструктивные особенности, материал.
Пример
расшифровки обозначения п/ш 2-7504Х 1Л: тип -роликовый конический(7), серия
наружного диаметра 5(5), диаметр отверстия 20мм(04*5=20), детали или часть
деталей из цементованной стали(Х1 – наружное кольцо), с сепаратором из
латуни(Л), класс точности 2 (2-прецизионный , подвергается искусственному
«старению» - стабилизации размеров).
Таблицы, рисунки:
Степень точности п/ш: 0, 6, 5, 4, 2, Т (слева на право –увеличение точности).
Тип подшипника
|
Обозначение
|
Шариковый радиальный
|
0
|
Шариковый радиальный сферический
|
1
|
Роликовый радиальный с короткими цилиндрическимироликами
|
2
|
Роликовый радиальный сферический
|
3
|
Роликовый игольчатый или с длинными
цилиндрическими роликами
|
4
|
Радиальный роликовый с витыми роликами
|
5
|
Радиально-упорный шариковый
|
6
|
Роликовый конический
|
7
|
Упорный или упорно-радиальный шариковый
|
8
|
Упорный или упорно-радиальный роликовый
|
9
|
Основные условные обозначения
для подшипников качения диаметром 10 мм и менее. Подшипники диаметром 0,6;
1,5 и 2,5 мм обозначаются через дробь. Ниже приведена схематическая таблица,
позволяющая определить размеры подшипников.
Схематическая таблица 1
5
|
4
|
3
|
2
|
1
|
|
X
|
XX
|
X
|
X
|
X
|
X
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр отверстия
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серия диаметров
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Знак 0
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип подшипника
|
|
|
|
|
|
Конструктивное исполнение
|
|
|
Серия ширин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Условные обозначения для
подшипников качения диаметром более 10 мм и менее 500 мм. Подшипники
диаметром 22, 28, 32 и 500 мм, обозначаются через дробь.
Схематическая таблица 2
5
|
4
|
3
|
2
|
1
|
|
X
|
XX
|
X
|
X
|
XX
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Диаметр отверстия
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Серия диаметров
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип подшипника
|
|
|
|
|
|
Конструктивное исполнение
|
|
|
Серия ширин
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4-я цифра справа
|
Фото
|
Тип подшипника и
основные особенности
|
0
|
|
Шариковый радиальный
(пример: 1000905, 408, 180206, 1680205). Универсальные. Обычно однорядные.
|
1
|
|
Шариковый радиальный
сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 1210, 1608, 11220).
Используются при несоосности валов.
|
2
|
|
Роликовый радиальный с
короткими цилиндрическими роликами однорядный или двухрядный (пример: 42305,
2210, 3182120). Высокая грузоподъемность и скорость вращения.
|
3
|
|
Роликовый радиальный
сферический двухрядный (самоустанавливающийся) (пример: 3514, 3003124).
Высокие нагрузки, перекосы колец.
|
4
|
|
Роликовый радиальный
игольчатый (пример: 954712, 504704, 834904). Малые габариты. Одно- или
двухрядный.
|
5
|
|
Роликовый радиальный с
витыми роликами (пример: 5210, 65908). Высочайшая грузоподъемность, работа в
загрязненных узлах, медленное вращение. Редкие.
|
6
|
|
Шариковый
радиально-упорный (пример: 36205, 66414, 3056206, 256907). Высокая скорость и
точность вращения, комбинированные нагрузки. Качество для этого типа
критично. Однорядные и двухрядные.
|
7
|
|
Роликовый конический
(одно-, двух-, многорядный) (пример: 7516, 807813, 537908, 697920). Совместно
действующие радиальные и односторонние осевые нагрузки. Удобство монтажа.
Обычно 1 ряд роликов, но может быть и 2, и 4.
|
8
|
|
Шариковый упорный
(одно- или двухрядный) (пример: 8109, 688811). Осевые нагрузки при высокой
скорости вращения. Двухрядные — осевые нагрузки в обе стороны.
|
9
|
|
Роликовый упорный
(пример: 9039320, 9110). Высокие осевые
нагрузки.
|
изображен:
буксовый ж.д. узел;
Ниже
изображены: установка п/ш в узле механизма; шариковый радиальный п/ш.
Схемы
сопротивления качению.
ПОДШИПНИК СКОЛЬЖЕНИЯ:
-опора
вращающейся (движущейся) части механизма работающая в условиях преобладающего
ТРЕНИЯ СКОЛЬЖЕНИЯ. (п/ш, в котором видом относительного движения является
скольжение). Обычно состоит из втулки или вкладыша(полый цилиндр) из
антифрикционного материала, установленный в корпус. В зазор между валом и
отверстием втулки подаётся смазка.
При
расчете определяется минимальная толщина смазочного слоя, давление в зазоре,
расход смазочного материала, температурный режим работы п/ш. Подбор ирасчет
регламентируется ГОСТ, техусловиями и справочниками. В зависимости от
конструкции и требований эксплуатации трение скольжения бывает сухим,
граничным, жидким. Но даже п/ш с жидкостным трением при пуске проходит режим
граничного трения.
Смазка
- это одно из главных условий работып/ш скольжения для обеспечения низкого
трения между подвижными деталями механизма, отвод тепла.
Виды
смазки:
-твёрдая
(напр.: графит)
-пластичная(кальция
сульфат)
-жидкая(масло,
вода)
Классификацияп/ш:
-по
форме (одно, многоповерхностные)
-по
нагрузке (статически, динамически нагруженный)
- по
направлению нагрузки(радиальные, упорные или подпятники, радиально-упорные)
-по
подводу смазки(гидро/газодинамическая: смазку в зазор затягивает вращение вала;
гидро/газостатическая: смазка в зазор поступает под внешним (компрессор)
давлением).
Материалы:
-Металлы
: сплавы на основе меди (бронза, баббит(сплав,уменьшающий трение, на основе олова или свинца,
предназначенный для использования в виде слоя, залитого или напыленного по
корпусу вкладыша подшипника), латунь), чугун(наличие в чугуне свободного графита).
-неметаллы:
керамика, полимеры; древесносмолистые , дерево(берёза, дуб, самшит-применялся
в космонавтике).
В
настоящее время получили распространение так называемые самосмазывающиеся п/ш
изготавливаемые методом порошковой металлургии(спекание порошка на основе
металла под давлением и высокой температуры). При работе от трения этот
пористый п/ш, пропитанный лёгкоплавким материалом или маслом, нагревается и выделяет
смазку. В состоянии покоя п/ш остывает, поры уменьшаются и капиллярным методом
впитывает смазку обратно.
Достоинства п/ш скольжения:
-высокая
скорость при статической(под давлением) подаче смазки
-простота
конструкции в тихоходных механизмах
-небольшие
радиальные размеры
Недостатки п/ш скольжения:
-критические
требования по смазке(подача, расход, чистота, температура)
-большие
потери на трение при пуске и неудовлетворительной смазке
-большие
осевые размеры
-ограниченный
диапазон рабочей температуры( до 250оС)
-неравномерный
износ п/ш и цапфы(часть вала или оси, на которой находится опора (подшипник))
вала.
Рисунки:
Динамическая смазка. Статическая смазка.
СРАВНЕНИЕ ПОДШИПНИКОВ
характеристики
|
п/ш скольжения
|
п/ш качения
|
Размер осевой(ширина)
|
значительный (до 2 ф вала)
|
малый (до 1 ф вала)
|
Радиальный(макс. диам)
|
Малый (до 1,5 ф вала)
|
значительный (до 3 ф вала)
|
Вес
|
Мал
|
Обычно выше в 1,5–2 раза
|
Стоимость
|
|
|
малых и средних размеров
|
Умеренная
|
Низкая при массовом
производстве
|
крупных размеров
|
Умеренная
|
Высокая
|
Способ изготовления
|
Как правило, силами самих
предприятий с заказом соответствующих материалов
|
Специализированными
подшипниковыми заводами
|
Необходимая точность
изготовления
|
Умеренная
|
Высокая
|
Способность выдерживать
нагрузки:
|
|
|
Неопределённого
направления
|
Хорошая
|
Отличная
|
Цикличные
|
Хорошая
|
Отличная
|
Стартовые
|
Слабая
|
Отличная
|
Ударные
|
Удовлетворительная
|
Удовлетворительная
(цементуемые)
|
Сопротивление движению
|
скольж
|
качен
|
При трогании с места
(стартовое)
|
Высокое
|
Меньше в 5–10 раз
|
При умеренной скорости
|
Умеренное
|
Меньше в 2–4 раза
|
При очень высокой скорости
и жидкой смазке (более 10000 об/мин, )
|
Низкое
(смазка под давлением)
|
Выше в 2–4 раза
|
Условия смазки
|
Сложные
|
Простые
|
Типы смазки
|
Масло, мази, сухие смазки,
воздух, вода
|
Масло, мази
|
Условия монтажа
|
Сложные
|
Условия создания
самоустанавливаемости опор
|
Сложные
|
Простые
|
Условия приработки новых
опор и ввода и ввода в эксплуатационный режим.
|
Длительные (в сильно нагруженных
и высокооборотных узлах – десятки часов)
|
Короткие (не более
нескольких часов)
|
Литература:
ГОСТ 520-2011( Подшипники
качения. Общие технические условия);
ГОСТ ИСО 4378-1-2001
(Подшипники скольжения.Термины,определения и классификация);
Подшипники качения:
справочник-каталог/ под ред. В.Н. Нарышкина и Р.В. Коростошевского. М.:
машстрой 1984;
Большая Советская
Энциклопедия 1978г;
Википедия;