Опоры качения

Опоры качения

21.07.2015 - 15:08
Приблизительное время чтения: 5 минут. Интересно, но нет времени читать?

Говорят, что подшипник качения, как и, наверное, все, что есть в механике, был изобретен очень давно. Историки техники любят показывать на остатки то ли римского, то ли греческого судна, поднятого со дна морского, где сохранились кое-какие детали подъемного устройства. Судя по ним, можно понять, что основной вал этого древнего кабестана вращался на каменных шарах-ядрах. Утверждают, что это и есть первый из известных миру шариковый подшипник. Пусть так.

Тем не менее с тех давних времен подшипники, использующие опоры качения, кроме редчайших единичных случаев, не использовали еще более 1,5 тысячи лет. А именно до тех пор, пока технический (и технологический) прогресс не позволил изготавливать в больших количествах сначала шарики, а потом ролики абсолютно одинакового (в пределах очень маленького допуска, конечно) диаметра. Настолько одинакового, чтобы они равномерно (опять-таки в пределах очень небольшого допуска) воспринимали на себя рабочую нагрузку.

Поэтому подшипник качения можно считать одним из первых достижений высоких технологий в области массового машиностроения.

Производители подшипников качения благодаря сложной и специфичной технологии выделились в особую касту. Они стали делать подшипники «для всех», для общемашиностроительных целей. Это значит, что подшипники стали комплектующими с высокой степенью стандартизации. Наибольшее распространение получили и используются до сих пор стандарты США и ISO/DIN. Для обеспечения единых норм, сохранения и развития технологии производств, для разделения рынков сбыта и ряда других целей конкурирующие между собой производители объединились в ассоциации или корпорации, которые существуют и по настоящее время.

Автомобилестроители относительно долгое время (сравнительно с историей самого автомобиля) использовали для своих конструкций стандартные подшипники общемашиностроительного применения. Но затем специфичные требования и большие объемы выпуска позволили сначала начать производство подшипников, отвечающих особым требованиям (по шуму, вибрации, точности или специфичности смазки), а затем и создавать подшипники своей конструкции, применяемые только в автомобилях (подшипники ступиц колес последних поколений, опорные подшипники подвески и выжимные подшипники качения муфт сцепления – примеры такой работы). Более того, известны случаи «обратного» процесса – успешного применения автомобильных «ступичных» подшипников 1-го поколения в станкостроении.

Подшипники качения могут воспринимать чисто радиальные, комбинированные (радиальные с осевыми) и чисто осевые нагрузки. В зависимости от этого их делят на три группы: радиальные, радиально-упорные и упорные. Сами подшипники состоят из внешнего и внутреннего колец, элементов качения (шариков или роликов) и сепаратора, отделяющего элементы качения друг от друга.

Обычно элементы качения и кольца изготавливают из высокопрочных (даже специально для этой цели разработанных) сталей. Сепараторы, наоборот, из мягкой стали, цветных металлов или пластмассы.

Важным параметром классификации подшипника является диаметр цапфы (вала), на которую он устанавливается. Но в пределах одного и того же диаметра вала наружный диаметр и ширина могут варьироваться в значительных пределах в зависимости от допустимой нагрузки на подшипник, как говорят, его «серии». Среди стандартных подшипников разделяют особо легкую, легкую, среднюю и тяжелую серии. (Здесь классификация отдельных производителей подшипников может несколько различаться.)

Радиальные подшипники могут быть шариковые и роликовые. Наиболее распространены шариковые. Помимо простоты конструкции и небольшого сопротивления вращению, они отличаются универсальностью – позволяют воспринимать не только радиальную нагрузку, но и осевую, величина которой может быть до 70% от недоиспользованной радиальной.

При одинаковых размерах с шариковыми подшипниками роликовые выдерживают намного более серьезные нагрузки. Этот факт, конечно, относят к их преимуществам. Однако если они и могут нести осевые нагрузки, то они весьма незначительны, при резком увеличении сопротивления качению и серьезном износе. Кроме того, они очень чувствительны к перекосам.

Иногда роликовые подшипники комплектуют необычными, витыми, наподобие пружин, роликами. Хотя такие ролики рассчитаны на меньшие нагрузки, чем традиционные, зато из-за своих пружинящих свойств они менее чувствительны к перекосам и ударным воздействиям.

Стремление сократить габариты опор привело к созданию игольчатых подшипников. В этой конструкции ролики сильно вытянуты в длину. Порой они действительно напоминают толстые иглы. У многих подшипников такого типа вообще нет одного (наружного или внутреннего), а то и обоих колец, а если еще нет и сепаратора, тогда их можно отнести к «насыпным». Игольчатые подшипники уже с успехом применяют в ДВС, воспринимающих относительно небольшие нагрузки (пилы, газонокосилки, скутеры и даже мотоциклы небольшой мощности), в качестве подшипников коленчатого вала, шатуна и опоры поршневого пальца вместо подшипников скольжения. Наверное, можно ожидать их распространения и на некоторые типы автомобильных моторов.

В тех агрегатах, где возможен перекос валов, применяют самоустанавливающиеся подшипники. Их наружное кольцо расточено по сфере, центр диаметра которой совпадает с центром подшипника. Благодаря чему наружное кольцо может быть перекошено относительно внутреннего на 2–3 градуса без риска заклинивания элементов качения в подшипнике. Чаще всего самоустанавливающиеся подшипники бывают шариковыми. Сами шарики в них мелкие и установлены обычно в два ряда. Когда же радиальные нагрузки особо велики, то вместо шариков применяют ролики специального «бочкообразного» профиля.

В любых машинах наряду с радиальными часто возникают значительные осевые нагрузки. В таких случаях используют радиально-упорные подшипники, которые воспринимают только одностороннее осевое усилие. (Существуют радиально-упорные подшипники, воспринимающие двухстороннюю радиальную нагрузку, – подшипники ступиц автомобильных колес, например, конструкция которых выросла из двух работающих навстречу друг другу обычных радиально-упорных.) В шариковых радиально-упорных подшипниках осевые усилия воспринимают сами шарики и особые, «высокие» бортики на наружном и внутреннем кольце. В роликовых подшипниках осевое усилие воспринимает вся поверхность наружного и внутреннего колец через ролики конической формы. Шариковые радиально-упорные более быстроходны, роликовые – более грузоподъемны.

Когда нагрузка на вал только осевая, применяют упорные подшипники. Правда, в машиностроении подобная конструкция используется не часто, а в современном автомобилестроении уже давно не замечена вовсе. Скорее всего, забвение этой конструкции связано с серьезным ограничением угловой скорости – тела качения под действием центробежных сил начинают работать «неправильно». Однако в автомобиле с подвеской типа МакФерсон есть подшипники, очень похожие на обычные упорные, но работающие в весьма специфичном режиме. Кольца таких подшипников не вращаются друг относительно друга, а лишь перемещаются от своего центрального положения на некоторый угол, соответствующий повороту стойки рулевого управления.

И, наконец, существуют подшипники, которые не имеют ни наружного, ни внутреннего кольца и даже сепараторов. Это так называемые «насыпные» подшипники, где элементы качения занимают все пространство между валом и корпусом. Кроме уже упомянутых игольчатых подшипников, которые можно встретить в КПП некоторых типов, такие подшипники в автомобиле не применяют.

Еще одной важной характеристикой подшипника является его класс точности. Он определяет бесшумность работы, отсутствие вибраций и является одной из важнейших характеристик, определяющих долговечность подшипникового узла.


Посмотрите похожие материалы: