Опорный подшипник скольжения и качения¶

Опорный подшипник — деталь или узел, воспринимающий радиальную и (или) осевую нагрузку от вращающегося вала и передающий её на корпус машины или фундамент. В общем машиностроении термин чаще всего обозначает подшипник, который фиксирует положение вала в пространстве и удерживает его от смещения, в отличие от опорно-упорных и чисто упорных узлов. Опорные подшипники применяются в станках, насосах, электродвигателях, редукторах, автомобилях, турбинах и мостовых конструкциях.

¶Назначение и принцип работы

Основная функция опорного подшипника — принять нагрузку от вала, обеспечить его свободное вращение с минимальным трением и сохранить заданное положение оси. Узел работает в паре с цапфой (шейкой) вала: она опирается на рабочую поверхность подшипника. В зависимости от конструкции трение между соприкасающимися деталями либо заменяется трением качения (шарики, ролики), либо снижается за счёт слоя смазки — режим жидкостного трения.

К опорному подшипнику предъявляют требования по грузоподъёмности, долговечности, жёсткости, точности вращения и способности работать при заданных температурах и скоростях. Ошибка в выборе узла ведёт к вибрации, нагреву, ускоренному износу и разрушению вала.

¶Классификация

По принципу работы различают два основных класса.

¶Подшипники скольжения

Рабочая поверхность — вкладыш из антифрикционного материала (баббит, бронза, фторопласт, композиты). Вал скользит по слою смазки. Достоинства: низкий шум, работа при высоких скоростях и ударных нагрузках, малые габариты по диаметру. Недостатки: необходимость смазочной системы, потери на трение, чувствительность к режиму пуска и остановки.

¶Подшипники качения

Между кольцами размещены тела качения — шарики или ролики, разделённые сепаратором. Трение качения в разы ниже трения скольжения, поэтому такие узлы получили массовое распространение. По форме тел качения выделяют шариковые, роликовые (цилиндрические, конические, сферические, игольчатые) и комбинированные подшипники.

По направлению воспринимаемой нагрузки различают:

По числу рядов тел качения подшипники бывают однорядными и многорядными; по способу установки — с закрепительными втулками, фланцами, корпусами.

¶Устройство подшипника качения

Типовой узел включает наружное и внутреннее кольца, тела качения и сепаратор. Наружное кольцо садится в корпус, внутреннее — на вал. Сепаратор удерживает тела качения на равном расстоянии и предотвращает их заклинивание. Для защиты от загрязнений и удержания смазки применяют уплотнения и защитные шайбы; в закрытых исполнениях смазка закладывается на весь срок службы.

Материалом служит, как правило, подшипниковая сталь ШХ15 и её аналоги; для особых условий — нержавеющие и жаропрочные стали, керамика, гибридные схемы с керамическими шариками.

¶Опорные подшипники в конструкциях

В автомобиле опорный подшипник — элемент стойки передней подвески: он установлен между пружиной и кузовом и позволяет стойке поворачиваться вместе с колесом. Его износ проявляется стуком и хрустом при повороте руля.

В мостостроении и на эстакадах опорные подшипники (опорные части) передают нагрузку от пролётного строения на опоры, допуская температурные и сейсмические перемещения. Применяют резинометаллические, стаканные и шаровые опорные части.

В турбинах, генераторах и крупных насосах опорные подшипники скольжения с принудительной подачей масла удерживают ротор массой в десятки тонн.

¶Обслуживание и неисправности

Типичные причины выхода из строя: недостаток или загрязнение смазки, перекос при монтаже, неправильный натяг посадки, перегрузка, усталостное выкрашивание дорожек. Диагностируют по росту вибрации, повышению температуры, шуму и появлению металлических частиц в масле. Монтаж выполняют с нагревом или специальными съёмниками, чтобы не повредить посадочные поверхности.

¶Стандартизация и производство

В России размеры и технические требования к подшипникам качения регламентируются государственными стандартами, гармонизированными с международной системой ISO. Основные производители в РФ — подшипниковые заводы в Москве, Самаре, Волгограде и других городах; значительная часть продукции выпускается по международным типоразмерам, что обеспечивает взаимозаменяемость.

¶Значение

Опорный подшипник — один из самых массовых элементов машиностроения: от его надёжности зависит ресурс двигателей, станков, транспортных машин и инженерных сооружений. Совершенствование узла идёт по пути повышения точности, применения новых материалов и встроенных датчиков состояния.

Источники: технические справочники по деталям машин, государственные стандарты на подшипники качения, учебные пособия по машиностроению, отраслевые руководства по обслуживанию автомобилей и мостовых конструкций.