- Определение основных параметров
- Учет рабочих условий
- Монтаж и обслуживание
- Применение в различных отраслях
- Инструменты подбора
Шариковые подшипники благодаря простоте конструкции и универсальности использования широко применяются в узлах вращения бытовых устройств и промышленного оборудования. Расчет подшипниковых узлов производят на стадии конструирования с учетом рабочих условий машин и механизмов, однако иногда возникает необходимость подобрать шариковый подшипник самостоятельно. Большое разнообразие размеров, типов и конструктивных вариантов делают подбор шариковых подшипников непростой задачей.
Определение основных параметров
Конструкция шарикоподшипников (малая площадь контакта шариков и вала, небольшие размеры подшипников) создает минимальное трение сопрягаемых поверхностей узла вращения и обеспечивает плавное вращение вала, высокую скорость вращения и небольшую грузоподъемность.
Одной из основных характеристи к шарикового подшипника являются посадочные размеры, измеряемые в миллиметрах:
- диаметр внутреннего кольца (d) равен диаметру посадочного места вала (оси);
- диаметр внешнего кольца (D) измеряется по диаметру наружного кольца подшипника;
- ширина подшипника (B) – расстояние между торцами наружного кольца.
Внимание! Если геометрия вала (оси) отличается от круговой (шестигранник, квадрат), за внутренний диаметр подшипника принимается величина, равная диаметру вписанной окружности.
Жесткого регламента для подбора шариковых подшипников не установлено, однако для эффективной работы узлов вращения с шариковыми опорами нужно учитывать несколько основных параметров.
Тип и характер нагрузки
Направление сил, действующих на подшипник, определяет тип нагрузки:
- радиальная действует перпендикулярно оси вала – появляется при натяжении ремня шкива, веса вращающихся деталей механизмов (центрифуги или рабочего колеса вентилятора);
- осевая направлена вдоль оси подшипника и возникает при работе резцов и сверл шпинделей, давления червяка на червячный редуктор;
- комбинированная сочетает осевую и радиальную нагрузки и наблюдается в конических зубчатых передачах, в осях автотранспорта.
Шариковый подшипник из-за особенностей конструкции и небольших размеров не предназначен для работы с перегрузками, поэтому характер нагрузки тоже имеет значение: постоянная, переменная, вибрационная или ударная.
Скорость подшипника
Для стабильной работы подшипникового узла имеет значение скорость, измеряемая в оборотах в минуту:
- Номинальная (мгновенная) скорость, с которой шариковый подшипник вращается в течение длительного времени, должна быть больше скорости вращения вала и рассчитана на относительно легкий режим работы.
- Предельная скорость (наибольшая частота вращения, за пределами которой расчетная долговечность не гарантируется, определяет начальный момент разрушения подшипника) – для механизмов, работающих с частой сменой направления вращения вала и в режиме «пуск-остановка», превышение предельной скорости шарикового подшипника приводит к сокращению срока службы.
Точность
Для шариковых подшипников, нередко работающих на высоких скоростях, для уменьшения трения, нагрева, вибрации и шума важно максимальное соответствие фактических размеров нормам ГОСТ.
Класс точности показывает степень отклонения размеров колец (внешнего/внутреннего диаметров и ширины) от номинальных значений, определяемых документацией на конкретный тип подшипника. Чем меньше цифра (0, 6, 5, 4, 2) класса точности, тем выше качество изготовления и, соответственно, стабильность работы шарикоподшипника:
- подшипники нормальной точности 0 и высокой 6 используются в большинстве современных механизмов;
- подшипники классов 5 и 4 применяют при большой частоте вращения вала и повышенных требованиях к точности вращения (в шпинделе высокоскоростных станков с ЧПУ);
- подшипники класса точности 2 используют в высокотехнологическом медицинском оборудовании, аэрокосмической технике.
Учет рабочих условий
При подборе оптимального типа подшипника немаловажны условия эксплуатации, от которых зависит надежность и скорость работы оборудования:
- Рабочая температура шариковых подшипников находится в диапазоне от –30° до +120°C. Для иных температурных режимов используют термостойкие высокотемпературные подшипники, стабильно работающие при температуре выше 120°C, и низкотемпературные, которые применяют при температурах ниже 30°C.
- Подшипники, работающие в агрессивных средах (щелочи, кислоты, повышенная влажность) изготавливают из нержавеющей стали и термопластичных полимеров. Такие подшипники выпускают с уплотнениями, которые препятствуют попаданию жидкостей внутрь и замедляют вымывание смазки.
Справка. В аномальных условиях (высокие и низкие температуры, агрессивная среда, вода) устойчиво работают керамические и гибридные подшипники.
Монтаж и обслуживание
Качественный монтаж и своевременное обслуживание во многом способствует продлению срока службы и стабильной работе шарикового подшипника.
Перед началом монтажных работ необходимо подготовить рабочее место (очистить от мусора, пыли, металлических опилок), найти монтажные инструменты, смазку, ветошь, средства очистки (бензин Б-70, нефрас, индустриальное масло).
Правила установки:
- Приготовленный к монтажу подшипник распаковывают, при необходимости проводят расконсервацию. Для удаления консервационной смазки шарикоподшипник промывают в минеральном масле, нагретом до 90°C, затем плоской кистью из натуральной щетины в масляно-бензиновом растворе (содержание масла 6–8%). Смазку с подшипников закрытого типа удаляют смоченной бензином ветошью или безворсовой салфеткой.
- Хранить расконсервированный подшипник более двух часов, а также касаться его голыми руками запрещается – монтаж подшипника следует проводить в термозащитных маслостойких перчатках.
- Проверяют подшипник визуально: убеждаются в отсутствии коррозии, выбоин, заусенцев, видимых повреждений шариков, сепаратора, колец. У закрытых подшипников осматривают целостность защитных шайб и уплотнений.
- Проверяют легкость хода – подшипник удерживают за внутреннее кольцо, запускают вращение внешнего кольца от руки: движение колец относительно друг друга должно быть равномерным, без резких остановок.
- Непосредственно перед монтажом проверяют прямолинейность оси вала, состояние торца и посадочной поверхности вала, монтажные отверстия корпуса механизма – на них не должно быть глубоких царапин, коррозии, вмятин и заусенцев.
- Очищают бензином, тщательно просушивают и смазывают тонким слоем смазки посадочные поверхности вала и корпуса механизма.
- Монтаж шарикоподшипника проводят одним из двух способов:
- механическим, при котором подшипник аккуратными ударами через вспомогательную втулку (диаметр отрезка трубы равен внутреннему диаметру подшипника) напрессовывают на вал.
- Внимание! Если подшипник одновременно монтируют на вал и в и в корпус, то одинаковые усилия прилагают к торцам обоих колец.
- горячей посадки, при котором подшипник нагревают, выдерживая около 20 минут в ванне с горячим (80–90°C) минеральным маслом. Затем сразу же, не давая остыть, надевают на вал и с легким усилием продвигают до упора.
Внимание! Торец подшипника с заводским клеймом должен быть установлен с наружной стороны.
Подшипники плавающих опор закрепляют на валу установочными гайками, торцевыми шайбами, пружинными кольцами. В фиксирующих опорах подшипники устанавливают враспор, оставляя между торцом крышки зазор, чтобы не заклинило при тепловом расширении вала.
После установки подшипник смазывают и проверяют (проворачивая рукой) плавность хода вала – он должен двигаться равномерно и легко. После запуска механизма вновь установленный подшипник издает тихий равномерный звук – свист, стук, сильная вибрация сигнализируют о неправильном монтаже, неверном подборе подшипника или его повреждении.
Во время эксплуатации шариковых подшипников периодически проверяют работоспособность подшипникового узла и проводят техническое обслуживание:
- визуально контролируют состояние колец подшипника, шариков, сепаратора – при отслаивании покрытия, заусенцах, коррозии или деформации любого из элементов конструкции подшипник меняют;
- проверяют отсутствие посторонних шумов, скрипов и вибрации;
- контролируют температуру подшипника – при сильном нагреве удаляют избыток смазки, проверяют плотность посадки на валу, отсутствие деформаций;
- у открытых подшипников проверяют цвет и вязкость смазки – при изменении цвета или загустении следует промыть подшипник и заново нанести смазочный слой;
- у закрытых подшипников визуально оценивают целостность уплотнений, очищают от пыли.
Сравнение типов подшипников
Воспринимаемая нагрузка – основной параметр, по которому классифицируют шариковые подшипники:
- Радиальные способны достигать крайне высоких скоростей вращения, благодаря чему находят свое применение в узлах с радиальной (перпендикулярной оси вращения) нагрузкой, однако могут выдержать незначительную осевую нагрузку. Такие подшипники имеют самый большой размерный ряд и более массовое применение, чем другие типы шариковых подшипников.
- Упорные используют лишь для осевой нагрузки. Их устанавливают в сильно нагруженных малоскоростных узлах, например, в опорно-поворотных устройствах экскаваторов. Скорость вращения упорных подшипников низкая – они не вращаются, а проворачиваются.
- Радиально-упорные и упорно-радиальные отлично выдерживают комбинированную нагрузку (осевую и радиальную) за счет особенностей конструкции внешнего и внутреннего колец. Нагрузка, указанная в названии первой, – основная, для которой предназначен подшипник.
Количество рядов шариков в подшипниках тоже следует учитывать при подборе. Отличие между однорядными и двух-, трех-, четырёхрядными шариковыми подшипниками заключается в воспринимаемых нагрузках: многорядный подшипник способен выдерживать большую нагрузку, чем аналогичный по диаметрам колец однорядный. Многорядные подшипники более устойчивы к перекосу внешнего и внутреннего колец, но скоростные характеристики двух-, трехрядных подшипников хуже, чем у однорядных, которые более популярны благодаря высокой скорости и меньшей цене.
Следует обратить внимание на такую категорию шариковых подшипников, как самоустанавливающиеся подшипники. Конструкция сферической дорожки качения позволяет подшипнику автоматически корректировать свое положение при перекосах или смещениях оси вращения вала. В условиях, где ось вращения вала подвержена вибрации, устанавливают сферические подшипники.
Применение в различных отраслях
Разнообразие типов и размеров шариковых подшипников, способных продолжительно работать с высокими скоростями и незначительными внешними нагрузками, делает их востребованными в любой сфере жизнедеятельности человека:
- Медицинская отрасль – высокотехнологичное диагностическое оборудование (томографы, рентгеновские аппараты), стоматологическое и хирургическое оборудование, производство лекарственных препаратов и инструментов.
- Тяжелая и легкая промышленность – дерево- и металлообрабатывающие шпиндельные станки, текстильное производство.
- Энергетика – роторы электродвигателей малой и средней мощности, ветрогенераторы, центробежные насосы.
- Машиностроение – конвейерные и сборочные линии.
- Автомобильный транспорт – рулевое управление, системы охлаждения, топливные системы, ротор и генератор электродвигателя.
- Электронная промышленность – компьютеры, видео и оргтехника.
- Пищевая промышленность – хлебопекарные печи, сепараторы, промышленные миксеры, фасовочные машины.
- Бытовые приборы (стиральные машинки, системы кондиционирования, вентиляторы, холодильники, кухонная техника).
Инструменты подбора
Самый удобный и простой инструмент для подбора подшипников по конструкции и габаритным размерам – таблицы. Зная размеры диаметров колец и ширину подшипника, можно определить его номер, либо по номеру подшипника узнать точные размеры внешнего и внутреннего диаметров.
Справка. Номер подшипника по ГОСТ – цифровое основное условное обозначение, состоящее из кодов серии ширин, конструктивной разновидности, типа подшипника, серии наружных диаметров и кода внутреннего диаметра.
Кроме того, в таблицах каждому российскому обозначению соответствует международная кодировка, используемая зарубежными производителями подшипников.
Для получения более подробных сведений о характеристиках шарикового подшипника существуют программы для подбора подшипников онлайн, например, «Интерактивный инженерный каталог (IEC)» компании SKF или приложение «Подшипники качения. Электронный справочник», в котором по номеру можно получить нужную информацию о выбранном подшипнике.