Устройство и принцип работы подшипников

Примитивные подшипники использовали ещё в Древней Греции — но при всей своей простоте они действовали по тому же принципу, что и современные модели: ролики передвигались в специальных желобках основания. Конструкция была создана для стенобитного орудия в 4-м веке до нашей эры. А прототипы шарикового подшипника появились чуть позднее — в Древнем Риме. И это был уже более сложный механизм, использовавшийся в судостроении.

В XV столетии практику подкрепила теория: математические расчёты и профессиональные чертежи выполнил Леонардо да Винчи. В его подшипнике уже было два кольца — внешнее и внутреннее, а внутри шарики, как и в современных деталях. Проблема была в материале — инженеры средних веков использовали дерево. И только спустя столетия появились первые чугунные дорожки качения.

Конструкция любого подшипника ориентирована на главную задачу — обеспечить плавное движение деталей станка, машины, любых устройств. И при этом требуется минимальное сопротивление. Результат:

• между движущимся и неподвижным элементами уменьшается трение;
• увеличивается срок эксплуатации оборудования;
• возрастает его эффективность.

Вариативность моделей позволяет использовать подшипники в самых различных отраслях — от автомобильного вала до авиационной промышленности.

Типы подшипников

Современный подшипник изготавливается с высокой точностью. Необходимо, чтобы движение выполнялось не только с минимальным трением, но и было бы плавным, беспрерывным. К тому же, учитывается характер нагрузок и общие условия эксплуатации.

Работа промышленного оборудования подразумевает два типа движения — скольжение или вращение. Соответственно, на них и ориентированы оба вида современных подшипников: качения и скольжения. Каждый из этих вариантов включает несколько модификаций в зависимости от конкретной сферы применения.

Сравнение характеристик

Параметры	Скольжения	Качения
Устойчивость к различным типам воздействия	Устойчивы к вибрации и ударным нагрузкам. Могут эксплуатироваться в воде и иных жидких средах. Минимальная пожарная опасность благодаря значительному количеству смазочных материалов.	Не эксплуатируются при высокой влажности. Не теряют рабочие качества при условиях высоких температур. Без проблем справляются с одновременным воздействием комплекса различных видов нагрузок.
Размер	Компактность, маленький радиальный размер.	Более массивны.
Техобслуживание	Чувствительны к качеству и регулярности смазки. Возможно регулирование зазора.	Минимальные требования к ТО.
Срок службы	Дольше не выходят из строя — очень простая конструкция, меньше причин для поломок.	Восприимчивы к внешнему воздействию. Для увеличения срока эксплуатации необходимо обеспечить точную настройку, контролировать нанесение и состояние смазки.
КПД	Ниже.	Выше.
Уровень шума	Небольшой звук заметен.	Минимальный звук, едва слышен.
Стоимость	Цена ниже при покупке, но потребуется регулярное приобретение смазки.	Стоимость выше, но расходы на смазку меньше.

Устройство подшипников

Несмотря на разнообразие моделей, конструкция включает стандартный набор элементов.

1. Качения. Трение передаётся телам качения — шарикам или роликам. У второго типа несущая способность значительно выше. Шарики могут быть установлены в 1 или 2 ряда, такие модели отличаются длительным сроком эксплуатации. Ролики возможны нескольких видов:

• цилиндрические;
• игольчатые;
• сферические/конические.

Тела качения в стандартном варианте приводит в действие внутреннее кольцо. Наружное — неподвижно. Сила трения минимальна. Допустимы различные виды смазки — твёрдая, жидкая, пластичная.

Части подшипника качения:

• Внутреннее кольцо.
• Внешнее кольцо.
• Тела качения.
• Сепаратор.
• Уплотнения.

Шарикоподшипники чувствительны к ударным нагрузкам. Следующая их проблема — достаточно высокий уровень вибрации. Благодаря простой конструкции, беспроблемны в монтаже и при обслуживании.

2. Скольжения. Принцип работы — контакт движущихся поверхностей, которые разделены смазкой.

Из чего состоят подшипники этого типа:

• Корпус.
• Втулка-вкладыш.
• Каналы/карманы для смазки.
• Уплотнения.

Виды смазки — жидкие (наиболее востребованный вариант), твёрдые (при работе с высокими нагрузками), газообразные — для оборудования с максимальными требованиями к точности.

Материал подшипников

Для разных элементов одного подшипника потребуются различные материалы. Высокотвёрдая и износостойкая подшипниковая сталь применяется для тел качения и колец. Нержавеющий коррозионностойкий материал необходим для работы в агрессивной среде.

Используются и керамические шарики — у них вес на треть ниже, чем у стальных, при этом они увеличивают максимальную скорость вращения. Сепараторы могут быть не только металлическими, но и полимерными либо композитными. Один из традиционных вариантов — латунь.

Для роликовых моделей технология изготовления предусматривает закалку при температуре 820–860°. Эта операция значительно увеличивает срок эксплуатации и контактную выносливость детали.

Материалы для подшипников скольжения — баббиты (оловянные, свинцовые), бронза, алюминиевые сплавы, композиты и полимеры.

Для особых условий эксплуатации применяют:

• при работе свыше +150°C — теплостойкая сталь, полимер, керамика.
• при температуре ниже -60°C — керамика, бронза, особая нержавеющая сталь, а для работы до -200°C — фторопласт.
• при необходимости получить электроизоляционные свойства — полностью керамические подшипники или керамическое покрытие на кольцах из оксида алюминия.

Для работы в вакууме используется также керамика плюс специальные смазки, возможны и «сухие» модели.

Значение и виды смазки

От качества и точно подобранного варианта смазки зависит и эффективность работы оборудования, и срок службы подшипника.

Какие функции она выполняет:

• уменьшает трение;
• защищает от коррозии;
• снижает вибрацию и шум;
• отводит тепло от рабочей поверхности;
• практически исключает внешние механические загрязнения.

Результат — оборудование работает максимально эффективно, а износ сокращается до минимума.

Основные виды смазок:

• Пластичные — масло + загуститель + присадки.
• Жидкие — масла с коэффициентом вязкости, соответствующим условиям эксплуатации: рабочей температуре и скорости вращения.
• Специализированные — среди них не только средства, рассчитанные на экстремально высокие или низкие температуры, но и обладающие допуском для работы в пищевой отрасли.

Периодичность смазки также зависит от характеристик подшипника и условий работы — нагрузка, вибрация, температура, запылённость и типоразмер самой детали. По этим критериям диапазон чрезвычайно велик — от ежедневного обслуживания (в условиях сильной вибрации и высокой температуры) до разовой смазки в 12–24 месяцев.

Заключение

Любой тип подшипников, независимо от условий эксплуатации, нуждается в диагностике и своевременном обнаружении проблем. Неисправный подшипник — это поломка всего производственного оборудования.

Какие виды диагностики используются:

• Акустическая.
• Визуальная.
• Тепловая.
• Вибродиагностика.
• Анализ смазки.

Специализированная диагностика включает целый комплекс методов — в том числе термографию и проверку с помощью ультразвука. Анализ смазки проводится в лабораторных условиях. Большинство проблем профессионал выявляет при визуальном осмотре (с помощью лупы или микроскопа). Это позволяет своевременно заметить первые признаки износа — трещины, деформации или выкрашивания на дорожках качения.