Шариковые втулки (линейные подшипники) – система линейного перемещения, использующаяся вместе с цилиндрической направляющей для обеспечения неограниченного прямолинейного движения. Шарики в зоне нагрузки наружного кольца находятся в точечном контакте с цилиндрической направляющей. Это способствует осуществлению прямолинейного движения с минимальным сопротивлением трению, а также позволяет достигнуть точного и плавного хода, несмотря на маленькую допустимую нагрузку.
Виды подшипников скольжения
Одним из факторов дающих возможность опорам скольжения эффективно конкурировать с шарикоподшипниками является конструктивное разнообразие, позволяющее успешно решать множество задач.
Их классификация включает следующие виды подшипников скольжения:
- по типу воспринимаемой нагрузки опоры для компенсации радиальных, осевых, комбинированных усилий;
- разъемные и неразъемные;
- в зависимости от типа движения для линейных перемещений или вращения;
- по типу трения с сухим, полусухим, полужидким, жидким, граничным, газовым трением;
- еще одна классификация, основанная на способе трения, выделяет гидростатические и гидродинамические, а также газостатические или газодинамические разновидности;
- по материалам металлические и из неметаллов;
- особые виды, например, сферические самоустанавливающиеся, самосмазывающиеся, сегментные.
Опоры радиальные обычно представляют собой антифрикционные втулки, зафиксированные в отдельных корпусах либо запрессованные в конструкционные элементы.
При выполнении корпуса из антифрикционного материала, например, серого чугуна он сам становится радиальной опорой. (Вариант б).
При использовании втулки с буртом мы получаем комбинированную опору, способную воспринимать кроме радиальных сил и небольшие осевые нагрузки. Бурт также упрощает монтаж втулки. На приведенном рисунке втулка 1 компенсирует нагрузку радиальную и осевое усилие, направленное вправо, со стороны вала 5. Фиксация втулки в корпусной детали 4 осуществляется винтом-гужоном 3. В зону канавки 2 подводится смазка.
Для компенсации больших осевых сил используются упорные подшипники.
Обычно подшипник скольжения упорный для вертикального вала называется подпятником. На иллюстрации показан упорно-сферический подпятник, воспринимающий вертикальную силу при перекосе вала.
Обычно используются неразъемные подшипники.
Нередко, например, для валов коленчатых возникает необходимость в разъемных подшипниках скольжения. Они позволяют значительно упростить сборку, а иногда являются единственным вариантом монтажа. Такая опора имеет разборный корпус. Основание и крышка корпуса стянуты гайками на шпильках. Вкладыш также состоит из двух половин. Подвод смазки производится через масленку, отверстие в крышке и каналы вкладыша.
Для компенсации перекоса вала используется сферический подшипник скольжения. Их выпускает, например, SKF. Шаровый подшипник скольжения допускает поворот втулки со сферической наружной поверхностью в соответствующем посадочном месте корпуса.
В сложных рычажных системах, шарнирных параллелограммах сложно добиться строгой параллельности расположения опор. В таких случаях часто используют шарнирный подшипник скольжения. Это разновидность сферического подшипника с соединением внешнего, внутреннего колец по сферической поверхности. Они выдерживают значительные радиальные и двухсторонние осевые усилия. В основном в них используется пара трения сталь – сталь со смазкой. Обычно применяется высокохромистая сталь типа ШХ с фосфатированием и нанесением дисульфида молибдена. Такое сочетание материалов отлично работает при больших нагрузках, выдерживает удары.
В пищевой индустрии, медицине и других условиях, где нежелательна смазка применяют пару трения с внутренним хромированным кольцом и покрытием контактной поверхности наружного кольца политетрафторэтиленом с усилением сеткой арматурной из сплава меди. Такие подшипники используют чаще в механизмах, реализующих повороты рычагов. Существуют стандартизованные серии шарнирных подшипников GE или ШС, ШЛ, ШП сталь-сталь, ШН сталь-металлофторопласт, ШЕ сталь-органоволокнит. Помимо материалов пар трения они различаются наличием и расположением точек подвода смазки, размещением канавок.
Технические условия на шарнирный подшипник скольжения приведены в ГОСТ 3635-78.
Шарикоподшипник
В качестве тела, обеспечивающего покачивание, в этом типе деталей используются шарики, свободно перемещающиеся по дорожкам. Применяются для вращающихся конструкций, в которых не нужно сильное трение между двумя движущимися частями.
Описание
Узел состоит из 2 колец, изготовленных из стали. Вместе они образуют некое «ложе» для шариковых тел. При этом внутренняя часть устройства фиксируется на валу, а наружная – на опоре. При всей простоте конструкции, они широко распространены в промышленности.
Разновидности
Какие бывают типы подшипников с шариковыми телами, можно предположить исходя из общей классификации. Как и большинство деталей качения их разделяют на: радиальные, упорные и с 4-х точечным контактом. Особенность последних заключается в способности воспринимать нагрузку в двух направлениях оси или одновременную комбинированную и осевую с одной стороны.
Применение
Разные виды применяют в электродвигателях и различной бытовой технике, в станках для обработки дерева, в медицинском оборудовании, станочных шпинделях и насосах. Шариковые с 4-х точечным контактом широко распространены в редукторах.
Таблица размеров
Каталог шариковых подшипников по размерам призван помочь в поиске оптимального технического решения. Подбор подшипников по размерам, таблица которых содержит бесценную информацию о таких параметрах изделий, каковыми являются величина диаметра внутреннего (внешнего) кольца, ширина изделия и т. п. , обеспечивает не только правильный выбор комплектующих, но и быстрый подбор аналогов. Таким образом, можно утверждать, что использование таблицы размеров подшипников качения является достаточно важным фактором в обеспечении бесперебойности рабочего процесса.
Области применения линейных подшипников и их виды
В продаже представлены три типа линейных опор, которые удовлетворяют все потребности современной техники:
• Шариковые втулки;
• Направляющие профильного типа;
• Направляющие с телескопическим принципом.
Востребованы также такие разновидности этих опор как шлицевые втулки. Пока еще не слишком распространены магнитные и высокоточные подшипники на основе гидростатических сил, спрос на которые постепенно увеличивается в наукоемких отраслях деятельности человека. Все компоненты, из которых состоит линейный подшипник, делятся на две основные группы.
В первую входят детали узла, совершающие перемещение: каретка, шариковая или роликовая, втулка с телами качения или разрезного типа, сепаратор.
Вторая – это элементы, относительно которых происходит перемещение: вал, рельс, линейная опора. Устройство опорного узла может являться как сложным, так и предельно простым. В зависимости от типа и назначения изделия, оно может поставляться как в виде готового продукта, так и состоять из отдельных компонентов для сборки на месте.
Стандарты размеров подшипников охватывают очень широкий диапазон, и у нас в стране не составит труда отыскать как миниатюрный узел для привода 3D-принтера, так и массивную деталь для заводского манипулятора сборочного конвейера.
Подшипники скольжения
Основная задача таких деталей – обеспечивать свободное трение между двумя сопряженными участками. Использовать их можно как для подвижных, так и для неподвижных поверхностей, что значительно увеличивает функциональные возможности применения.
Разновидности опорных узлов скольжения
Этот тип узловой части может быть разъемным и целостным. Первый состоит из двух вкладышей, установленных в полуотверстия основания и крышки. Они могут иметь толстую или тонкую стенку относительно наружного диаметра. Толщину определяет используемый материал. Например, тонкостенные чаще всего делают из легкой малоуглеродистой стали. Конструкция неразъемного предполагает особую сборку, при которой в детали высверливается отверстие, в которое запрессовывается металлическая втулка.
Разновидности
Наиболее распространенной является классификация, основанная на способности восприятия нагрузки по направлению. В этом случае устройства разделяют на 3 группы:
- Радиальные – принимающие перпендикулярную нагрузку с оси.
- Упорные – берут на себя весь груз.
- Радиально-упорные – сочетают свойства тех и других.
Существуют и еще несколько вариантов разделения узлов, но они являются скорее второстепенными.
Смазки подшипников скольжения
Этот вид призван обеспечивать свободное трение между двумя частями конструкции. Для нормальной работы используется один из 4-х типов смазочных материалов:
- Жидкие – различные синтетические и минеральные масляные жидкости для металлических опор или вода для неметаллических.
- Пластичные – изготавливаются из базового масла и загустителя.
- Твердые – используются в условиях сухого и граничного соприкосновения. В качестве материала чаще всего выбирается графит и дисульфид молибдена.
- Газообразные – требуются, когда конструкция работает под слабой нагрузкой, но в жарких условиях и с большим количеством оборотов.
Преимущества и недостатки
Среди плюсов можно выделить их высокую надежность при работе на большой скорости и небольшие размеры. Что касается минусов, то отметим необходимость постоянной регулировки количества смазки, пониженный КПД и производство из дорогих материалов.
Где применяются устройства
Сфера применения приборов широка. Довольно часто их используют в высокоскоростной аппаратуре, паровых и турбинных установках, в оборудовании систем навигации и других точных приборах.
Конструкция подшипников
В современной промышленности применяются подшипники, имеющие в основе различные устройства конструкций:
— подшипники качения;
— подшипники скольжения;
— гидростатические подшипники;
— гидродинамические подшипники;
— газостатические подшипники;
— газодинамические подшипники;
— магнитные подшипники.
Наибольшее распространение получили подшипники качения и скольжения. Они имеют небольшую себестоимость, несложное надежное устройство и множество различных вариантов исполнения. В конструкции этих видов обойма подшипника выполняет основную роль, поскольку воспринимает основную динамическую нагрузку вращения. Обойму составляют сочетание колец и связующих динамических элементов, обеспечивающих их беспрепятственное вращение. Внутренняя обойма подшипника — это внутреннее кольцо с сепаратором или контактным вкладышем.
Внутренняя обойма игольчатого подшипника состоит из сепаратора, фиксирующего игольчатые ролики, она крепится в наружном кольце. Внутреннего кольца при этом может вообще не быть.
Габариты наружного кольца определяют посадочную нишу, например, наружная обойма подшипника генератора запрессовывается прямо в переднюю крышку корпуса.
Дальнейшую типологию подшипников качения определяет форма тел качения, которая напрямую связана с назначением подшипника и теми нагрузками, которые он должен воспринимать. Тела качения в подшипниках:
• шариковые (стальные или керамические);
• роликовые сферические (стальные);
• роликовые цилиндрические (стальные или керамические);
• роликовые конические, сфероконические (стальные);
• роликовые игольчатые (стальные).
Важный конструктивный элемент подшипника качения — сепаратор, удерживает и направляет тела качения. В бессепараторных моделях тела качения удерживаются кольцами. Основные варианты исполнения сепараторов — это облегченные штампованные или массивные механически обработанные.
К прочим конструктивным признакам подшипников можно отнести:
• угол контакта между кольцами и телами качения, который определяет тип преобладающих воспринимаемых нагрузок;
• число рядов тел качения (один, два, четыре) позволяют вращаться в одном или обоих направлениях и увеличивать нагрузку;
• наличие сферической дорожки качения на наружном кольце, которая позволяет самоустанавливаться (компенсировать незначительный перекос);
• форма внутреннего посадочного отверстия, соответствующего валу: цилиндрическая или коническая и даже квадратная;
• сдвоенная/гибридная конструкция, предусматривающая промежуточное кольцо, или совмещенные ряды качения разных типов;
• элементы фиксации на корпусе: канавка, паз, крышка, фланец.
Совокупность вариантов конструктивных исполнений определяет типологию подшипников:
шариковый — радиальный;
сферический;
конический радиально-упорный;
игольчатый и т.д.
Дополнить конструкцию может торцевое уплотнение подшипника, выполняющее защитную роль. К уплотнениям относятся стальные шайбы, бесконтактные и контактные армированные пыльники из синтетического каучука и фторкаучука.
