Подшипники скольжения и качения

Вот, например, подшипники – одно из важнейших изобретений для всего человечества. За каждодневной суетой мы не замечаем, как они крутятся и вертятся, облегчая нашу жизнь. Эти скромные труженики, несмотря на кажущуюся простоту конструкции, несут на себе огромную нагрузку. Без них нам из-за силы трения пришлось бы постоянно заниматься бесконечным ремонтом всей той техники и механизмов, что нас окружают. А при сегодняшнем темпе жизни у многих от этого уж точно шарики за ролики заедут.

Вот, например, подшипники – одно из важнейших изобретений для всего человечества. За каждодневной суетой мы не замечаем, как они крутятся и вертятся, облегчая нашу жизнь. Эти скромные труженики, несмотря на кажущуюся простоту конструкции, несут на себе огромную нагрузку. Без них нам из-за силы трения пришлось бы постоянно заниматься бесконечным ремонтом всей той техники и механизмов, что нас окружают. А при сегодняшнем темпе жизни у многих от этого уж точно шарики за ролики заедут.
Как говорит нам «Википедия», подши́пник (от «под шип») – сборочный узел, который является частью опоры или упора и поддерживает вал, ось или иную подвижную конструкцию с заданной жесткостью. Он фиксирует ее положение в пространстве, обеспечивает вращение, качение с наименьшим сопротивлением, принимает и передает нагрузку от подвижного узла на другие части конструкции.
История его появления окутана мраком даже не веков, а тысячелетий! Первые каменные подшипники скольжения были найдены в раскопках эпохи неолита. Использовались они, если верить ученым, в сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах. Простейшие подшипники отметились в истории Древнего Египта, стран Азии и Древней Греции. Да что там – в этой истории засветился даже великий Леонардо да Винчи: в оставшихся после его смерти эскизах в числе прочих гениальных задумок был найден и подшипник. А другой известный ученый Галилео Галилей описал подшипник в клети, или, по-современному, с сепаратором. Однако подлинно ключевым моментом в их использовании стал конец XVII века. Именно в это время в Англии начали впервые изготавливать подшипники качения из металла. Самый старый из известных был установлен в опоре ветряка мельницы, построенной в 1780 году. В этой же стране получили в 1787 году и первый патент на конструкцию подшипника качения, однако потребовалось еще почти сто лет, чтобы было начато их серийное производство на заводе Фридриха Фишера во Франкфурте-на-Майне в Германии.

Кто-то скажет: а что это мы говорим только о подшипниках качения, совершенно не упоминая при этом другие их типы? Дело в том, что все остальные типы подшипников применяют в современном машиностроении лишь в том случае, если подшипник качения поставить невозможно или нецелесообразно из-за условий работы, например, из-за ударных или вибрационных нагрузок. В этом случае инженеры обращают свой взор на подшипники скольжения.
Диапазон применения подшипников скольжения значителен благодаря их способности работать на сверхвысоких скоростях и при больших нагрузках, включая вибрационные и ударные, однако здесь требуется постоянный контроль количества смазки. Допускается установка разъемных подшипников на шейки коленчатых валов, демонтаж других деталей при ремонте не требуется. Есть возможность регулировать зазор и обеспечить максимально точную установку оси вала. Однако КПД подшипников скольжения не самый высокий в связи с большими потерями от трения и невозможностью работы без постоянного смазывания. Зачастую они производятся из цветных металлов, что увеличивает их себестоимость.

Подшипник скольжения состоит из корпуса с отверстием, где расположено смазочное приспособление, а также втулки из антифрикционного материала. Вал вращается благодаря предусмотренному между ним и отверстием втулки зазору. Чтобы обеспечить эффективную работу подшипника, зазор тщательно рассчитывается. В отличие от подшипников качения, в которых используется смазка с минимальным расходом и без необходимости постоянного смазывания, подшипники скольжения зависимы от качества и количества смазочного материала. В зависимости от конструкции и условий эксплуатации трение скольжения бывает жидким, пластичным (граничным), сухим и газообразным. Смазка – одно из основных условий надежной работы подшипника. Благодаря слою жидкой смазки (минеральные и синтетические масла, для неметаллических подшипников – вода) отсутствует непосредственное соприкосновение поверхностей вала и подшипника. Пластичный смазочный материал (на основе литиевого мыла и кальция сульфоната) в виде пленки делает возможным соприкосновение подшипника и вала. Газовая прослойка ( различные газы, азот) между валом и подшипником вообще такой возможности не допускает. При использовании твердого трения скольжения смазка не требуется, применяются твердые материалы – графит, дисульфид молибдена, – а соприкосновение подшипника с валом происходит по всей длине либо на участках значительной протяженности.

А теперь вернемся к нашим «шарикам и роликам», то есть подшипникам качения. Конструкция классического подшипника качения состоит из двух колец, их еще часто называют обоймами, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора. Обоймы имеют на обращенных друг к другу поверхностях выточенные канавки. Одна из них, внутренняя, плотно насажена на ось вала и вращается вместе с ним. Вторая обойма, наружная, неподвижно закреплена в корпусе механизма. Между кольцами находятся шарики или ролики, изготовленные из специальной стали. Они при вращении катятся по канавкам в обоймах. Чтобы тела качения не сбегались в одну кучу и вращались на одинаковом расстоянии друг от друга, их разделяет сепаратор.
Подшипники качения в работе показывают отличные эксплуатационные характеристики, они абсолютно неприхотливы в обслуживании. Безусловно, срок их службы ограничен из-за высоких скоростей и больших нагрузок, включая ударные и вибрационные, которые действуют на такие подшипники необратимо. Процесс их замены достаточно прост, однако необходимо соблюдать точность установки, иначе выйдет из строя весь узел. Помимо массовости производства, которая дает высокую степень взаимозаменяемости, отсутствие нужды использовать дорогостоящие цветные металлы делает себестоимость производства подшипников качения невысокой. А возможность производить подшипники практически любых габаритов в осевом направлении расширяет диапазон их применения.
Чтобы, помимо типа, узнать, что за подшипник качения находится в ваших руках, нужно посмотреть его маркировку. В ней зашифрованы параметры, которые показывают рабочие диаметры изделия (внутренний и внешний) и конструктивные особенности. Все эти данные закодированы в наборе цифр и буквенных символов. Порядок кодировки и детальная расшифровка описаны в ГОСТах на подшипниковую продукцию. Так, кодировка шариковых и роликовых подшипников однорядных приведена в ГОСТ 3189-89.
Условное обозначение подшипника наносят на торцы колец клеймением, травлением или электроискровым способом, на наружную поверхность наружного кольца – электрохимическим травлением. В ряде случаев, а именно для миниатюрных и прецизионных подшипников, условное обозначение на кольца не наносят. Их записывают в сопроводительной документации и на упаковке.
Условное обозначение подшипников качения состоит из основного условного обозначения и дополнительных знаков. Основное условное обозначение характеризует основное исполнение подшипника:
с кольцами и телами качения из подшипниковой стали ШХ15; класса точности 0 по ГОСТ 520; с сепаратором, установленным для основного конструктивного исполнения согласно отраслевой документации. Основное условное обозначение подшипника по ГОСТ состоит обычно из 7 цифр. Порядок расположения знаков в нем соответствует одной из следующих схем. Подшипники с внутренним диаметром от 10 мм и более, исключая подшипники с внутренним диаметром 22; 28; 32; 500 мм и более: 7654321 (порядок цифр считается справа налево): 7 XXXXXX – серия ширин; X 65 XXXX – конструктивная разновидность; XXX 4 XXX – тип подшипника; XXXX 3 XX – серия диаметров; XXXXX 21 – внутренний диаметр подшипника. Подшипники с внутренним диаметром до 10 мм, исключая подшипники с внутренним диаметром 0,6; 1,5; 2,5 мм: 7654321 (порядок цифр считается справа налево): 7 XXXXXX – серия ширин; X 65 XXXX – конструктивная разновидность; XXX 4 XXX – тип подшипника; XXXX 3 XX – цифра 0; XXXXX 2 X – серия диаметров; XXXXXX 1 – внутренний диаметр подшипника.
Кроме того, в обозначении могут быть предусмотрены дополнительные знаки слева и справа от основного обозначения.

Дополнительные знаки слева:

321 (порядок цифр считается справа налево): 3XX – ряды момента трения (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9); X2X – группы радиальных зазоров (0, 1, 2, нормальная, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 – по ГОСТ 24810-2013. 6, нормальная, 7, 8 – по ОСТ ВНИПП.006-00. 1, 0, 2, 3, 4 – по РТМ 37.006.309); XX1 – классы точности по ГОСТ 520 (нормальный (0), 6, 5, 4, Т, 2).

Дополнительные знаки справа:

123 (порядок цифр считается слева направо): 1. Ю, Ю1, Ю2, … – материал нержавеющая сталь; Р, Р1, Р2, … – материал теплостойкая сталь; Я, Я1, Я2, … – материал редкоприменяемый; Г, Г1, Г2, … – сепаратор из черных металлов; Б, Б1, Б2, … – сепаратор из безоловянной бронзы; Л, Л1, Л2, … – сепаратор из латуни; Е, Е1, Е2, … – сепаратор из полимерных материалов; 2. К, К1, К2, … – обозначение конструктивных отличий; 3. У, У1, У2, … – специальные технические требования (ужесточения) по геометрии, покрытиям и т. д.; 4. Т, Т1, Т2 – температура отпуска колец; 5. С, С1, С2, … – смазочные материалы; 6. Ш, Ш1, Ш2, … – требования к уровню шума (вибрации).

Итак: в последнее время шильдик «Сделано в России» многими воспринимается скорее с опаской, и ничего хорошего от российских товаров и компонентов не ждут. Безусловно, на рынке встречаются как добросовестные, так и недобросовестные предприятия. В своей новой рубрике мы готовы изучать тему выпуска компонентов, дабы развеять слухи и домыслы об отечественных производителях. Сегодня мы с вами вместе с ОАО «ОК-Лоза» погрузились в мир подшипников, однако на очереди у нас стоят и другие компоненты узлов, агрегатов и машин, без которых современная жизнь была бы просто невозможна.