Разновидности подшипников и их применение

За последние несколько десятков лет подшипники начали широко применяться в механизмах с вращающимися элементами. Чаще всего наличие подшипника можно наблюдать в таких механизмах как часы, шахтёрское оборудование и вал двигателя. Кроме того, подшипники используются в работе большинства аттракционов, самым очевидным примером выступает колесо обозрения.

Выглядит подшипник как кольцо, насаженное на предмет цилиндрической формы. Нюансы конструкции оказывают непосредственное влияние на цели, с которыми подшипник может использоваться. Так, чтобы обеспечить надёжную фиксацию колеса на оси в автомобилях используются радиальные подшипники, а колёса офисных кресел - упорные. Существует более восьми видов подшипников, каждый из которых, зачастую, осуществляет следующие задачи:

• Фиксация вала или оси в определенной позиции.
• Уменьшение сопротивления в местах соприкосновения вала и связанной с ним конструкции.
• Связь между вращающим элементом и подключенными к нему деталями, механизмами, передача на них нагрузки.

На данный момент более других распространены подшипники скольжения и качения. Рассмотрим эти виды подробнее, выясним, в чём заключается разница между этими подшипниками, в каких областях они себя показывают и в чём заключается особенность конструкций, в которых они используются.

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения имеют вид кольца, внутри которого находятся валы или втулки. Кольцо надевается на вал, производя его фиксацию в одном положении, затем оно начинает крутиться, сохраняя своё положение. Подшипники скольжения подразделяются неразъёмные и разъёмные. Первые имеют вид кольца с отверстием для втулки. Вторые - состоят из пары элементов: один насаживается на вал, а второй выступает в качестве защелки, осуществляя фиксацию подшипника на одном месте. Подобная конструкция отличается большим удобством и отсутствием сложностей в процессе эксплуатации. Следствием этого является большая распространённость разъёмных подшипников.

В ходе вращения вал и подшипник скольжения соприкасаются друг с другом, возникает трение, со временем приводящее к износу деталей. Кроме того, трение уменьшает скорость вращения. С целью уменьшения последствий трения прибегают к использованию смазок, уменьшающих трение и уводящих тепло, что позволяет повысит срок эксплуатации конструкции и исключить возможность перегрева.

Роль смазки могут выполнять различные вещества, которые можно разделить на твёрдые, жидкие и газообразные. Применение твёрдых смазочных веществ, зачастую графите, характерно в деталях, испытывающих воздействие высоких нагрузок. Большинство, использующихся в настоящее время, скользящих подшипников использует жидкие смазки ввиду их высокой практичности. Использование газообразной смазки характерно для предприятий, занимающимся высокоточным производством, на котором установки работают в специальных режимах и двигаются с предельной точностью. Газообразная смазка делает возможной фиксацию подшипника и вала без их соприкосновения друг с другом.

Достоинства:

• малая вероятность поломки деталей;
• невосприимчивость к сильным вибрациям и высоким нагрузкам;
• упрощённая эксплуатация и монтаж, благодаря тому, что радиальный размер невелик;
• простота замены демонтажа разъёмных подшипников скольжения, не осуществляя разбор других частей установки;
• малое количество издаваемого шума;
• возможность работы в заполненном жидкостью пространстве;
• возможность настройки, при которой можно исключить соприкосновение подшипника и вала, что значительно увеличит время эксплуатации;
• возможность работать с валами любых размеров и типов, а также высокий КПД.

Недостатки:

• значительное увеличение трения между валом и подшипником вызванное применением низкокачественных смазок приводит к скорому износу деталей;
• большая стоимость смазки;
• необходима систематическая проверка рабочих условий;
• меньший КПД чем у подшипников качения;
• различие в сроках службы подшипника и вала;
• не слишком высокая долговечность;
• использование дорогостоящих материалов при изготовлении.

Для выбора наиболее подходящей модели подшипника скольжение нужно соотносить имеющиеся у неё плюсы и минусы.

Подшипники качения

Подшипники качения имеют более сложную конструкцию по сравнению с подшипниками скольжения. Так в подшипниках качения используется два кольца разного диаметра. Требуется это для более компактного размещения остальных деталей конструкции. Внутри большого кольца и снаружи маленького создают желоба, в которые помещаются тела качения, шарики, иглы и иные элементы, определяющие назначение детали. Когда подшипник используется, его большое кольцо остаётся неподвижным. В то же время, благодаря дополнительным телам, обеспечивается минимальное трение с маленьким кольцом, пребывающем в движении.

Конструкция подшипников качения может включать в себя сепаратор, представляющий собой кольцо большого диаметра. Это кольцо имеет отверстия, которые располагаются на равном расстоянии друг от друга. Используются отверстия для того, чтобы производить установку тел качения. С помощью этих отверстий получается сохранить тот же уровень эффективности при меньшем числе используемых дополнительных деталей. На данный момент значительная часть изготавливаемых подшипников качения имеет сепаратор. При отсутствии сепаратора у конкретной модели, появляется необходимость в установке большего числа тел качения, нужных для достижения высокой грузоподъёмности и требуемого уровня характеристик. Подшипники, у которых отсутствует сепаратор, имеют низкое ограничение скорости вращения вала.

Подразделяются подшипники качения на открытые и закрытые. Открытые подшипники не так долговечны как закрытые, а также не имеют защиты от проникновения разного рода грязи в конструкцию, что нередко приводит к скорому износу. В состав конструкции последних входят защитные элементы, защищающие от воздействия окружающей среды. Закрытые подшипники не требовательны к обслуживанию и смене смазки.

Главным плюсом подшипника качения является крайне малая сила трения между ним и валом. Входящие в состав конструкции элемента тела качения снижают затраты энергии. Вследствие чего подшипнику, во время вращения, приходится прикладывать меньше усилий. Таким образом, обеспечивается больший КПД и срок службы, по сравнению с подшипниками скольжения.

Достоинства:

• работа при высоких скоростях вращения вала;
• надёжная фиксация подшипников позволяет валу оставаться неподвижным даже при сильном внешнем воздействии и высоких нагрузках;
• минимум шума;
• небольшой размер;
• отсутствие необходимости в замене смазки;
• подшипники качения могут работать при высоких температурах, не перегреваясь и не лишаясь своих свойств.

Недостатки:

• дороже подшипников скольжения;
• сложный процесс производства;
• большой диаметр колец;
• нежелательно использование в среде с повышенной влажностью;
• отсутствие возможности использования вместе с сильно загруженным валом;
• менее надёжны, чем подшипники скольжения.