Функции подшипников и их назначение: полное руководство для профессионалов

Функции подшипников и их назначение

Содержание

Введение: что представляет собой подшипник
Основные функции подшипников
Типы подшипников и их назначение
Конструктивные особенности и расчеты
Применение в различных отраслях
Техническое обслуживание и диагностика
Каталог подшипников

Введение: что представляет собой подшипник

Подшипник представляет собой механическое устройство, которое предназначено для уменьшения трения между вращающимися частями машин и механизмов. Подшипником называется конструктивный элемент, который воспринимает радиальные и осевые нагрузки, передаваемые от вала или оси на корпус машины, обеспечивая при этом возможность относительного вращения соединяемых деталей.

Что является подшипником с технической точки зрения? Это сборный узел, состоящий из нескольких компонентов: внутреннего и внешнего колец (обойм), тел качения (шариков или роликов) и сепаратора, удерживающего тела качения на равном расстоянии друг от друга. В подшипниках скольжения вместо тел качения используется смазочный материал, который заполняет зазор между поверхностями.

История подшипников насчитывает несколько тысячелетий. Археологические находки свидетельствуют о том, что примитивные подшипники применялись еще в Древнем Египте при строительстве пирамид. Современная же конструкция шарикового подшипника была запатентована Филиппом Воганом в 1794 году.

Основные функции подшипников

Что обеспечивает подшипник в механических системах? Подшипник выполняет несколько ключевых функций:

Снижение трения между вращающимися элементами, что повышает КПД механизма и снижает энергопотребление;
Передача нагрузок от вращающихся элементов на неподвижные части конструкции;
Точное позиционирование вала относительно других частей механизма;
Ограничение осевого перемещения вращающихся элементов;
Снижение вибрации и шума при работе механизма;
Увеличение ресурса работы механизма за счет минимизации износа.

Функция	Техническое решение	Результат
Снижение трения	Применение тел качения или смазки	Снижение энергопотерь на 30-40%
Передача нагрузки	Специальная геометрия дорожек качения	Равномерное распределение нагрузки
Точное позиционирование	Минимальные допуски при изготовлении	Точность до 0,001-0,005 мм
Ограничение осевого перемещения	Конструкция с буртиками и упорными поверхностями	Фиксация в пределах 0,05-0,1 мм
Снижение вибрации	Балансировка тел качения	Уменьшение вибрации до 70%

Типы подшипников и их назначение

По типу конструкции подшипники делятся на две основные группы: подшипники качения и подшипники скольжения. Каждый тип имеет свои характеристики и область применения.

Подшипники качения

В подшипниках качения перемещение происходит за счет качения тел (шариков, роликов, игл) между кольцами. В зависимости от формы тел качения выделяют:

Шариковые подшипники — универсальные подшипники для средних нагрузок и высоких скоростей;
Роликовые подшипники — для высоких радиальных нагрузок;
Игольчатые подшипники — для ограниченного пространства при высоких нагрузках;
Конические роликовые подшипники — для комбинированных радиальных и осевых нагрузок.

Что такое опорный подшипник? Опорный подшипник — это специальный тип подшипника, предназначенный для восприятия осевых нагрузок. Что делает опорный подшипник в конструкции? Он обеспечивает передачу осевых нагрузок от вращающегося вала на неподвижную часть конструкции, предотвращая смещение вала вдоль своей оси.

Подшипники скольжения

Подшипники скольжения работают на принципе скольжения двух поверхностей относительно друг друга с наличием смазочного материала между ними. Они применяются в условиях:

Высоких скоростей вращения;
Ударных и вибрационных нагрузок;
Ограниченного пространства для монтажа;
Необходимости бесшумной работы;
Работы в агрессивных средах.

Расчет несущей способности подшипника скольжения:

P = p × d × l

где:

P — несущая способность, Н;

p — допустимое удельное давление, МПа;

d — диаметр вала, мм;

l — длина подшипника, мм.

Специальные типы подшипников

Помимо основных типов, существуют специализированные подшипники:

Высокотемпературные подшипники — для работы при температурах до 350°C;
Низкотемпературные подшипники — сохраняют работоспособность при экстремально низких температурах;
Корпусные подшипники — поставляются в сборе с корпусом для упрощения монтажа;
Линейные подшипники — обеспечивают линейное перемещение вместо вращательного.

Конструктивные особенности и расчеты

Что такое зазор в подшипнике? Зазор в подшипнике — это свободное пространство между телами качения и дорожками качения, необходимое для компенсации теплового расширения, обеспечения смазки и правильного распределения нагрузки. Величина зазора критически важна для правильной работы подшипника.

Расчет радиального зазора:

S = D - d - 2d_w

где:

S — радиальный зазор, мм;

D — внутренний диаметр наружного кольца, мм;

d — наружный диаметр внутреннего кольца, мм;

d_w — диаметр тела качения, мм.

При проектировании узлов с подшипниками важными параметрами являются:

Параметр	Обозначение	Формула расчета
Статическая грузоподъемность	C₀	C₀ = z × f₀ × d_w²
Динамическая грузоподъемность	C	C = b_c × f_c × (i × z × cos α)^0.7 × d_w^1.8
Долговечность подшипника	L₁₀	L₁₀ = (C/P)^p, где p=3 для шарикоподшипников, p=10/3 для роликоподшипников
Эквивалентная динамическая нагрузка	P	P = X × F_r + Y × F_a
Требуемый класс точности	-	Определяется по таблицам в зависимости от скорости и нагрузки

Пример расчета долговечности подшипника:

Дано:

- Шариковый подшипник 6205 с C = 14,8 кН

- Радиальная нагрузка F_r = 2 кН

- Осевая нагрузка F_a = 0,5 кН

- Коэффициенты X = 0,56, Y = 1,8

Решение:

1. P = X × F_r + Y × F_a = 0,56 × 2 + 1,8 × 0,5 = 1,12 + 0,9 = 2,02 кН

2. L₁₀ = (C/P)³ = (14,8/2,02)³ = 7,33³ = 393,4 млн оборотов

3. При скорости 1500 об/мин: L_10h = L₁₀ × 10⁶/(60 × 1500) = 393,4 × 10⁶/(60 × 1500) = 4371 часов

Применение в различных отраслях

Автомобильная промышленность

Что такое подшипник автомобиля? Подшипник в автомобиле — это компонент, обеспечивающий вращение колес, трансмиссии, двигателя и других подвижных частей с минимальным трением. Автомобильные подшипники работают в условиях переменных нагрузок, температур и загрязнений.

Что такое ступичный подшипник? Ступичный подшипник — это специальный подшипниковый узел, который устанавливается в ступицу колеса автомобиля и обеспечивает вращение колеса относительно неподвижной оси. Современные ступичные подшипники часто представляют собой неразборные модули, оснащенные датчиками ABS.

Узел автомобиля	Тип применяемого подшипника	Особенности работы
Ступица колеса	Двухрядный шариковый или конический роликовый	Высокие радиальные и осевые нагрузки, воздействие влаги и грязи
Коробка передач	Игольчатые и шариковые	Высокие скорости, ударные нагрузки
Генератор	Шариковые закрытого типа	Высокие скорости, температура до 120°C
Водяной насос	Керамические подшипники	Контакт с охлаждающей жидкостью, высокая температура
Опора стойки подвески	Опорный подшипник	Осевые нагрузки, вибрации, ограниченный угол поворота

Промышленное оборудование

В промышленном оборудовании подшипники работают в самых разнообразных условиях — от штамповочных прессов до высокоточных станков с ЧПУ. Для таких применений характерны:

Высокие требования к точности вращения;
Необходимость выдерживать большие нагрузки;
Работа в условиях агрессивных сред;
Необходимость длительного срока службы.

В зависимости от условий эксплуатации в промышленности применяются различные типы подшипников от ведущих производителей, таких как NSK, KOYO, NACHI и другие.

Бытовая техника

Что делает подшипник в стиральной машине? Подшипник в стиральной машине обеспечивает вращение барабана с минимальным трением и вибрацией. Он подвергается значительным нагрузкам при высоких скоростях отжима (до 1600 об/мин) и работает во влажной среде. Выход из строя подшипника барабана — одна из наиболее частых причин ремонта стиральных машин.

В современных стиральных машинах используются упорные шариковые подшипники и радиальные подшипники, объединенные в единый подшипниковый узел, который не подлежит разборке. Ресурс такого узла при правильной эксплуатации составляет 8-10 лет.

Помимо стиральных машин, подшипники используются в:

Кухонных комбайнах и блендерах;
Электродвигателях пылесосов;
Холодильных компрессорах;
Вентиляторах и кондиционерах;
Электроинструментах.

Сельскохозяйственная техника

Сельскохозяйственная техника работает в особенно тяжелых условиях: повышенная запыленность, контакт с влагой и химикатами, переменные нагрузки. Высокой надежностью в таких условиях обладают подшипники для борон и другой сельскохозяйственной техники.

Специальные серии подшипников для сельхозтехники имеют усиленные уплотнения, улучшенную защиту от коррозии и повышенный ресурс смазки. Они способны работать в условиях сильного загрязнения и воздействия абразивных частиц.

Техническое обслуживание и диагностика

Правильное техническое обслуживание подшипников существенно продлевает срок их службы. Основные меры включают:

Регулярную замену или добавление смазки;
Контроль температуры подшипникового узла;
Мониторинг вибрации;
Проверку зазоров;
Защиту от попадания загрязнений.

Признаки износа подшипника:

Симптом	Возможная причина	Рекомендуемые действия
Повышенный шум	Недостаток смазки, износ тел качения	Добавление смазки, замена подшипника
Вибрация	Дефекты дорожек качения, деформация колец	Замена подшипника, проверка посадочных мест
Повышенная температура	Чрезмерная нагрузка, неправильная смазка	Снижение нагрузки, подбор оптимальной смазки
Утечка смазки	Повреждение уплотнений	Замена уплотнений, проверка количества смазки
Заклинивание	Коррозия, попадание посторонних частиц	Немедленная замена подшипника

Важно помнить, что замену подшипников следует производить только при наличии соответствующих инструментов и опыта. Неправильный монтаж может привести к преждевременному выходу подшипника из строя и повреждению сопряженных деталей.

Каталог подшипников

Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент подшипников различных типов и производителей. В нашем каталоге вы найдете решения для любых задач и отраслей промышленности.

Подшипники Подшипники скольжения Роликовые подшипники Высокотемпературные подшипники Игольчатые подшипники Корпусные подшипники

Низкотемпературные подшипники Подшипники BECO Подшипники IKO Подшипники KOYO Подшипники NACHI Подшипники NKE

Подшипники NSK Подшипники скольжения Fluro Шариковые подшипники Шариковые подшипники ГОСТ Подшипники для борон Линейные подшипники Линейные подшипники в сборе с корпусом

Наши специалисты помогут подобрать подшипники для решения ваших технических задач, учитывая особенности условий эксплуатации, нагрузки и требуемый ресурс работы. Мы гарантируем качество всей поставляемой продукции и обеспечиваем техническую поддержку клиентов.

Отказ от ответственности

Данная статья носит ознакомительный характер и предназначена для профессионалов в области машиностроения, инженеров и технических специалистов. Приведённые расчёты и формулы являются справочными и требуют адаптации к конкретным условиям эксплуатации. Авторы не несут ответственности за возможные неточности и последствия использования информации, представленной в данной статье. Для конкретных технических решений рекомендуется обращаться к специализированной литературе и консультироваться с экспертами.

Источники

ГОСТ 520-2011 "Подшипники качения. Общие технические условия"
ГОСТ 24810-2013 "Подшипники качения. Зазоры"
ISO 15:2017 "Rolling bearings — Radial bearings — Boundary dimensions, general plan"
SKF Bearing Handbook for Electric Motors, 2020
NSK Technical Report: Bearing Failures and Their Causes, 2021
Теория и расчёт подшипников качения. Перель Л.Я., Филатов А.А. — М.: Машиностроение, 2019

Купить подшипники по выгодной цене

Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий выбор подшипников. Выберите необходимые компоненты для вашего проекта и приобретите их у нас с гарантией качества и надежной доставкой.

Заказать сейчас