Техническое обоснование технологии подшипников качения.

Введение

Подшипники качения – это стандартизованные детали машин. Они передают силу, момент и вращающиеся движения, а также направляют валы и шпиндели.Передача сил и движений создает трение. Сопротивление трения возрастает пропорционально крутящему моменту и создает дополнительное нежелательное тепло. Любое уменьшение сопротивления трению минимизирует эти критерии.

Основные принципы

В общем случае существуют два различных типа подшипников.

• скольжения
• качения

Подшипники скольжения:

В подшипнике скольжения присутствует сила трения скольжения, когда две поверхности, как правило, отделенные третьей средой, движутся относительно друг друга.

Максимальные силы, передаваемые подшипниками скольжения, определяются в основном с помощью допустимого удельного давления в контактирующей поверхности находящейся между компонентами.Удельное давление определяется с помощью прочности используемых материалов.Этот исторический принцип используется для всех типов подшипников скольжения.Основное преимущество подшипников скольжения заключается в очень простой и недорогой конструкции. Они часто используются в не обслуживаемых конструкциях и требуют меньше места в конструкции машины.

Их основными недостатками являются ограниченные возможности в передаче сил, меньшая точность направляющих валов и шпинделей, а также относительно большой пусковой момент.

Подшипники качения:

Подшипники качения работают по принципу трения качения.Приложенная нагрузка передается качением элементов, вращающихся вокруг и между двух подшипниковых колец,как правило, ориентирующихся по дорожкам качения в кольце подшипника. Как правило, элементы качения разделены внутри подшипника сепараторами, называемыми также фиксаторами или обоймами.Как описано для подшипников скольжения, подшипники качения также требуют смазочного материала, разделяющего металлические части.Смазка наряду с хорошей шлифовкой поверхности уменьшает трение от передаваемых сил, поэтому приводит к минимизации потерь мощности.На практике чистое движение не происходит внутри подшипников качения. Основное движение элементов качения включает в себя элементы трения скольжения.Величина трения скольжения внутри подшипника зависит от кинематических свойств соответствующего подшипника.Чрезмерное количество трения скольжения может привести к серьезному повреждению несущих компонентов и, таким образом, может привести к преждевременному выходу из строя. Подшипники качения являются типовыми в наше время, но могут вызвать некоторые проблемы в случае высоких скоростей, быстрых ускорений или при работе с малой нагрузкой. Существует доказательство того, что для работы подшипников качения требуется эффективная нагрузка.

Подшипники качения, по сравнению с подшипниками скольжения, имеют следующие преимущества:

• Меньший пусковой момент, экономия энергии
• Большая доступность различных типов и размеров
• Многие виды способны комбинировать радиальную и осевую нагрузку
• Больше реализация возможностей за счет размера
• Не нуждается в обслуживании
• Меньше расход смазки
• Очень точное наведение валов и шпинделей
• Подшипники качения являются более подходящими для больших рабочих температур
• Подшипники качения доступны в специальных конструкциях для удовлетворения конкретных запросов клиентов, таких как подшипники из нержавеющей стали, специальные смазки и т.д.

Компоненты подшипников качения.

Подшипники качения, как правило, состоят из двух колец, или - в случае упорных подшипников - шайбы с элементами качения в большинстве случаев, удерживаемых сепаратором.

Несколько типов подшипников поставляются с встроенными уплотнениями или защитными шайбами.

Кольца и шайбы.

Опорные кольца или шайбы выдерживающие нагрузки, которые передаются к местам на валах и / или корпусах.Несущие кольца или шайбы обычно имеют пазы, где элементы качения расположены и вращаются. Для определения точного местонахождения наружное кольцо и внутреннее кольцо имеют особенность тонкой шлифовки поверхности.Подшипники качения в зависимости от типа способны вместить радиальные нагрузки, осевые нагрузки или комбинированные нагрузки.

Типы элементов качения.

Элементы качения представляют собой простые геометрические тела т.е. шарики, ролики или несущие иглы, которые передают приложенные силы. Принципиальным отличием между подшипниками качения и исходного описания подшипника обычно классифицируют исключительно форму элемента. Разница между шариковыми и роликовыми подшипниками также рассматривается в формуле расчета для подшипников качения. Это происходит из-за различий в геометрической поверхности контакта.

А) Шар, лежащий на плоской поверхности контактирует в одной точке. Эта точка называется точкой контакта.На практике мяч под нагрузкой будет иметь упругую деформацию.Изогнутая форма шарикоподшипниковой дорожки изменяет эту контактную форму на эллипс. В связи с этим, как правило, при очень маленьком контакте шариковые подшипники имеют меньшее сопротивление трению и более пригодны в высокоскоростных применениях. Эти небольшие участки контакта приводят к более высокому удельному давлению при заданных нагрузках по сравнению с роликовыми подшипниками одинакового размера (т.е. меньше нагрузочная способность).

Б) Ролик, лежащий на плоской поверхности образует линию контакта.Когда появляется нагрузка линия контакта выглядит в виде прямоугольника для цилиндрических поверхностей и в виде трапеции для конических поверхностей.При данной нагрузке контактирующие участки для линии контакта больше, чем у точечного контакта. Таким образом, роликовые подшипники имеют более высокие показатели нагрузки, чем шариковые, хотя они более подвержены трению. Величина площади контакта делает роликовые подшипники более чувствительными к не соосности между роликами и дорожками качения. Перекос создает нежелательную нагрузку на концах ролика. Такие пики напряжения могут вызвать локальную перегрузку подшипниковой стали. Для устранения концентраций этих напряжений, называемых максимальными нагрузками, обычно адаптируют изогнутый или полу - изогнутый геометрический профиль вдоль диаметра ролика.

Формы элементов качения.

Элементы качения, используемые в подшипниках качения имеют разную форму. Основные формы показаны на рисунке 1.8

Элементы качения.

Шар.

Подшипниковые шары производятся с высокой степенью точности как для размерности, так и для геометрии.

Цилиндрические ролики.

В основном они производятся в профилированной форме диаметра ролика, чтобы избежать чрезмерных краевых напряжений. Цилиндрические ролики также могут выпускаться с выемками на лицевой стороне.

Игольчатые ролики.

Игольчатые ролики — это в основном цилиндрические ролики с отношением длины к диаметру более 3,5.

Конические ролики.

Сформированы в виде усеченного конуса.

Бочкообразные ролики.

Ролики в виде бочонка производятся либо в симметричной, либо в асимметричной конструкции (например, используемый в само устанавливающихся сферических роликовых подшипников).

Обойма подшипника(Сепаратор).

Сепаратор выполняет несколько функций для подшипников качения, например,

• для разделения элементов качения
• для направления и позиционирования элементов качения между дорожками
• для повышения срока службы элементов качения
• для уменьшения шума, повышения скоростных характеристик и смазки

При определенных условиях сепаратор может быть исключен из подшипника.Такая конструкция обеспечивает максимальную несущую способность за счет использования площади поперечного сечения подшипника с максимальным количеством роликов. Можно четко увидеть, что каждый элемент качения контактирует с другими вращающимися в противоположном направлении, тем самым создавая повышенный износ. Это также вызывает большее трение и, следовательно, более низкие скоростные возможности. Для обычных подшипников качения, т.е. подшипников, установленных с сепараторами, минимальное трение скольжения происходит только между соответствующими поверхностями качения и сепаратором.

Корпуса подшипников изготавливаются из следующих материалов:

• мягкая листовая сталь
• прессованная латунь или бронза
• латунь или бронза
• пластмассы (например, полиамид или нейлон)
• легкие металлические сплавы
• обработанная твердая сталь
• резина
• металлокерамика
• специальные материалы, т.е. графит, стекло и т.д.

Дополнительные детали и принадлежности.

Некоторым типам подшипников, в основном, цилиндрическим роликовым могут также потребоваться дополнительные элементы или определенные части. Многие эти части доступны по отдельности. Цилиндрические роликоподшипники, например, могут быть использованы с отдельными упорными кольцами.

Аксессуары, как правило, это составные части подшипника. Например, втулки, контргайки, шайбы и т.д.