Подшипники

В зависимости от характера относительного перемещения деталей различают трение двух видов: трение скольжения и трение качения.

При трении скольжения поверхность, линия или точка ка­сания одной детали, движущейся по другой, остается все время неизменной. Это наблюдается, например, при перемещении поршня в цилиндре, движении каретки суппорта токарного станка по направляющим станины.

При трении качения детали перекатываются одна по другой без скольжения и поверхности их касаются друг друга только по линии или в одной точке, причем по мере перекатывания де­талей линия или точка касания все время сменяется новой. Это наблюдается, например, при качении катков по рельсам, перекатывании (без скольжения) зубьев колес в зубчатой пе­редаче.

Сопротивление трения качения значительно меньше сопротивления трения скольжения, и износ дета­лей, вызываемый работой силы трения качения, также меньше.

Наиболее характерно проявление работы сил трения в под­шипниках – неподвижных опорах, в которых вращаются шипы (цапфы) валов. По виду возникающего в них трения подшип­ники разделяются на подшипники скольжения и подшипники качения.

Подшипники скольжения. Эти детали называются так потому, что между вращающейся шейкой вала и неподвижной по­садочной внутренней поверхностью подшипника возникает тре­ние скольжения. Первоначальный зазор между шейкой вала и посадочной поверхностью подшипника все больше увеличивает­ся по мере их износа. Скорость нарастания зазора зависит от конструкции подшипника.

В промышленном оборудовании применяются подшипники скольжения разных конструкций. Все их можно разделить на две основные группы: неразъемные и разъемные.

Неразъемные подшипники могут быть нерегулируемыми и ре­гулируемыми. К первым обычно относят втулки и посадочные места под валы в различных корпусах, а также в станинах. Здесь нельзя регулировать величину зазора между шейкой вала и поверхностью, на которую она опирается. В регулируемых подшипниках зазор можно поддерживать постоянным, несмотря на износ подшипника и шейки вала. Для его регулирования необходимо, чтобы эти подшипники имели вкладыши цилиндри­ческой формы внутри и конической снаружи, или же кониче­ской формы внутри и цилиндрической снаружи.

Разъемные подшипники (могут быть с вкладышами и без них) обычно состоят из двух половинок или из нескольких сег­ментов. Эти подшипники допускают регулирование зазора между сопряженными рабочими поверхностями по мере их изнашивания.

На рис. 2, а показаны неразъемные регулируемые подшипники с вкладышами, у которых наружная поверхность коничес­кая. Во вкладышах 4 имеются прорези (в том числе одна сквозная) – наличие их позволяет придавать вкладышам упругость при их сжатии по окружности и обеспечивать лучшее их приле­гание к поверхности шейки вала (шпинделя). На каждом вкладыше с обеих сторон нарезана резьба, на которую навинчивают установочные гайки 1 и 5. Для регулирования величины зазора между вкладышем и шпинделем освобождают одну гайку и подтягивают другую.

В подшипниках с вкладышами, имеющими внутренний конус (рис. 2, б), регулируют зазор гайками 1 и 2.

Для подшипников скольжения характерны следующие недостатки: а) большие потери передаваемой мощности вследствие трения; б) неизбежность развития начального зазора между вкладышем и посадочным местом, специально образуемого для того, чтобы создать масляный слой в пределах этого зазора; в) значительная трудоемкость изготовления подшипников, расход цветных металлов.

Рисунок 2 Неразъёмные регулируемые подшипники: а – цилиндрической формы изнутри и конической снаружи (1 и 5 – установочные гайки, 2 – разжимные болты, 3 – гайки болтов, 4 – вкладыш, 6 – коническая форма разжимного болта, 7 – прокладки), б – конической формы изнутри и цилиндрической снаружи

Подшипники качения. В этих подшипниках шейка вала во время вращения опирается на подвижное посадочное место, в силу чего между их поверхностями возникает трение качения. При этом виде трения потеря передаваемой мощности значи­тельно меньше, чем при трении скольжения.

Подшипники качения более износоустойчивы, чем подшипни­ки скольжения, в то же время они хорошо противостоят вибра­циям. Кроме того, они способны работать при разных скоростях без дополнительной регулировки, не нуждаются в большом количестве смазки, не требуют сложного ухода. Наконец, под­шипники качения характеризуются наименьшими потерями мощ­ности от трения в опорах.

От ремонтника требуется особенно хорошее понима­ние работы подшипников качения. Он должен знать, какие подшипники в каких случаях применяются, каковы принципы регулировки подшипников, в частности в шпиндельных узлах станков, строго выполнять правила демонтажа и монтажа. Пренебрежение всем этим ведет к резкому снижению эксплуа­тационных качеств подшипников.

В зависимости от характера нагрузок, воспринимаемых подшипниками качения, их разделяют в конструктивном отно­шении на три группы: радиальные шарико- и роликоподшипни­ки, упорные шарико- и роликоподшипники, а также радиально-упорные ролико- и шарикоподшипники.

Радиальные шарикоподшипники (рис. 3, а) предназначаются в основном для восприятия радиальных уси­лий, т. е. нагрузок, действующих перпендикулярно к оси вала.

Радиальные роликоподшипники (рис. 3, б) рас­считаны на восприятие радиальных нагрузок большой величины.

Упорные подшипники (рис. 3, в) воспринимают чис­то осевые усилия.

Радиально-упорные подшипники (рис. 3, г и д) предназначены воспринимать комбинированные усилия, т, е. нагрузки, одновременно действующие перпендикулярно оси вала и вдоль нее.

Радиальные и радиально-упорные шарикоподшипники рас­считаны на сравнительно небольшие нагрузки, зато они спо­собны работать при высоких скоростях вращения. Роликовые подшипники, особенно конические (рис. 3, д), наоборот, выдер­живают относительно высокие нагрузки, вместе с тем они плохо работают при больших скоростях вращения.

Подшипники каждого из рассмотренных видов делятся на однорядные, двухрядные и многорядные.

Рисунок 3 Подшипники качения: а – радиальный шарикоподшипник, б – радиальный роликоподшипник, в – упорный шарикоподшипник, г – радиально-упорный шарикоподшипник, д – конический роликоподшипник, е и ж – самоустанавливающиеся ролико- и шарикоподшипники, з – самоустановка подшипника при перекосе вала

Однорядные шарико- и роликоподшипники обычной конст­рукции (рис. 3, а и б) состоят из наружного кольца 1 и внут­реннего кольца 2, в них между дорожками качения 3 помеща­ются элементы качения (шарики или ролики) 4. В подшипниках большинства конструкций элементы качения разделены проме­жуточным кольцом – сепаратором 5, который удерживает их на равном расстоянии друг от друга.

Двухрядные шарико- и роликоподшипники (рис. 3, е и ж) состоят из тех же частей, что и однорядные, но внутреннее коль­цо у них имеет две параллельные дорожки качения, а дорожка качения наружного кольца выполнена в форме сферы. Послед­ним обусловливается название этих подшипников – сфериче­ские. Благодаря сферической форме внутренней поверхности на­ружного кольца происходит свободная самоустановка подшип­ника в нужное положение при небольших временных перекосах вала относительно корпуса подшипника; тем самым предотвра­щается защемление шариков или роликов (рис. 3, з). В связи с этой особенностью сферических подшипников их называют также самоустанавливающимися. Обычные подшипники качения не терпят перекосов вала.

По степени точности основных размеров и точности враще­ния подшипники качения делятся на пять основных классов: Н – нормальный, П – повышенной точности, В – высокой точ­ности, А – прецизионный, С – сверхпрецизионный.

Муфты

В механизмах промышленного оборудования используются различные соединительные муфты. Одни служат для соедине­ния двух соосно расположенных валов или валов, близких к это­му положению, другие муфты – фрикционные – предназнача­ются для временного соединения двух валов или соединения ва­ла с посаженной на нем деталью. Многодисковые фрикционные муфты (см. рис. 4) применяют также для включения и вы­ключения некоторых механизмов.

Рисунок 4 Многодисковая фрикционная муфта

Постоянные соединения валов получают при помощи жест­ких и упругих муфт. Жесткими муфтами соединяют соосно расположенные валы (рис. 5, а). Эти муфты компактны, дешевы, мало изнашиваются. Их, как правило, не ремонтируют, а после износа заменяют новыми. Упругие муфты допускают некоторое отклонение соединяемых валов от соосности, смяг­чают толчки и удары.

Одна из простейших упругих муфт показана на рис. 5, б. Она состоит из полумуфт 1 и 2, причем в одной полумуфте за­креплено четыре или шесть пальцев 3 с насаженными на них кольцами 4 – резиновыми, кожаными или из прорезиненной ткани. Кольца входят в отверстия второй полумуфты, и так как они обладают упругостью, то позволяют осям полумуфт несколь­ко сместиться или перекоситься при работе. Пальцы крепят гай­ками 5.

Рисунок 5 Муфты: а – жёсткая втулочная, б – упругая пальцевая

Фрикционные муфты имеют ряд преимуществ перед рассмотренными выше жёсткими и упругими. Эти преимущества: 1) плавное включение; 2) мгновенное и лёгкое расцепление; 3) простота и удобство регулирования.

Фрикционные муфты по своему устройству делятся на конусные, цилиндрические и дисковые.

Широкое распространение получили электромагнитные муфты.