для чего нужен упорный подшипник
Упорный подшипник
Содержание статьи
Роль подшипника в механизме
Выточки на валу, предназначенные для установки на них опорных элементов, называются шипами – отсюда и название «подшипник». Точность взаимного расположения деталей (например, шестерен) обеспечивается подшипниками, являющимися опорами валов, и, соответственно остальных элементов конструкции.Но иногда механизм испытывает более осевые, чем радиальные нагрузки, в связи с чем требуется установка деталей, обеспечивающих работу машины при больших осевых нагрузках. Места (выточки) на валу в таких случаях называются «пятой», а подшипник, воспринимающий осевые нагрузки вала – «подпятник». Но в последнее время в технической литературе это слово вышло из употребления, и подобные элементы называются упорными подшипниками.
Следует отметить, что практически все подшипники, используемые в технике, способны работать как при радиальной, так и при осевой нагрузках. Примером тому могут служить ступичные подшипники автомобилей. Но при большой осевой нагрузке вала применение радиально-упорных подшипников, в силу их конструкции, будет нецелесообразным, так как, в силу своей конструкции, они будут быстро изнашиваться и разрушаться.
Виды упорных подшипников
База упорных подшипников представлена в нашем каталоге подшипников.
Радиально-упорный подшипник
Как видно из рисунка, восприятие продольных усилий подобными подшипниками будет приводить к увеличению площади контакта между их составляющими (кольца, шарики), что вызовет повышенное трение, а, следовательно, к сильному нагреву, а впоследствии и перегреву подшипника, что вызовет разрушение как элементов качения (они могут быть и коническими), так и «дорожек» колец подшипника.
Упорный подшипник
Шариковые подшипники
На фотографии изображён «классический» упорный подшипник, в его максимально простом варианте. Ряд шариков, разделённых сепаратором, вставляется между двумя кольцами и, будучи установленным на вал какого-либо механизма, воспринимает его осевую нагрузку, при этом обеспечивая вращение механизма. То есть ряд шариков зажимается между обоймами, и, как видно из фото, такой подшипник не приспособлен для работы, если вал подвержен радиальному воздействию.
Сепаратор может быть, как штампованным, так и изготовленным инструментальным способом. Более того, иногда шарики укладываются вплотную, без сепаратора. Но такие подшипники предназначены для тяжело нагруженных тихоходных машин.
Упорные шариковые подшипники используются в тяжёлом машиностроении и металлургической промышленности, поэтому, вследствие больших нагрузок, могут, для снижения потерь на трение в механизмах и увеличения срока службы, иметь несколько рядов тел качения.
Но далеко не всегда размеры упорного подшипника столь велики – они определяются расчётной нагрузкой, которую будет испытывать механизм.
Например, выжимной подшипник муфты сцепления, который тоже рассчитан на работу в продольном направлении, то есть относится к упорным, имеет сравнительно малые размеры.
На фото ниже изображён выжимной подшипник, который человек удерживает в руке:
Изображение выбрано таким образом, чтобы легко было оценить размеры предмета, что называется, «в масштабе».
Также упорный подшипник – неотъемлемая деталь в автомобилях с подвеской MacPherson – он играет роль опоры амортизаторной стойки. Как правило, он имеет корпус с демпфером и крепёжными элементами (болты, шпильки).
Несмотря на небольшой, как правило, размер самого подшипника, заключённый в корпус, он имеет внешне немалый вид:
Роликовые упорные подшипники
Применение в качестве тел качения в упорных подшипниках роликов оправдано при очень больших осевых нагрузках на вал. Но в то же время при выборе между шариковым и роликовым упорными подшипниками следует принимать в расчёт больший коэффициент трения роликов. Это отрицательно влияет на КПД машины. Кроме того, частично сокращается максимальная скорость вала, что для некоторых механизмов является важным критерием при расчёте его рабочих характеристик.
Пример однорядного роликового упорного подшипника:
Роликовые упорные подшипники, так же, как и шариковые, выпускаются во многих вариантах. Кроме того, ролики могут быть коническими, цилиндрическими и даже «бочкообразными».
ГОСТ на упорные шариковые подшипники
Выпуск одинарных и двойных упорных шариковых подшипников регламентируется ГОСТом 7872-89.
В основном ГОСТ состоит из таблиц размеров упорных подшипников.
Первые 17 таблиц указывают точные размеры каждой марки подшипника. В последующих (по 24-ю включительно) даны статические и динамические характеристики грузоподъёмности каждой марки подшипника.
Также ГОСТ оговаривает марку стали, предназначенной для изготовления продукции.
Опорно упорный подшипник
Предназначенные для восприятия осевых нагрузок опорные и упорные подшипники это распространенные во многих сферах человеческой деятельности опоры валов и осей. Их можно встретить в редукторах, задвижках, поворотных устройствах, центрах металлообрабатывающих станков, буровых установках, турбинах. Эти детали могут использовать в работе как скольжение, так и качение. Рассказывая, что такое опорно упорный подшипник, нужно сразу отметить, что два типа деталей имеют разные эксплуатационные особенности. На шариковый или роликовый узел может действовать большая нагрузка, но скорость его вращения будет ограниченной. Это связано с тем, что конструкция такой опоры качения не рассчитана на большие центробежные силы и при высокой частоте может начаться ее разрушение. Если турбина или стойка вращаются с большой скоростью, применяют упорные подшипники скольжения, в которых нет шаров и роликов, способных рассыпаться под действием перегрузок.
Устройство опорно упорного подшипника
Наибольшее распространение в современной механике получил опорно-упорный подшипник скольжения. Это деталь, состоящая из наружного кольца, в которое вставлен вкладыш из материала с низким коэффициентом трения. Этот тип опор хорошо подходит для случаев, когда вал вращается с большой частотой, но его трудно назвать идеальным с точки зрения надежности и простоты обслуживания. Поверхность вкладыша быстро стирается, что требует регулярной замены этого элемента. Кроме этого, корпус узла должен быть постоянно наполнен смазочным материалом, дефицит которого вызывает повышение температуры и, как итог, неисправность детали. Несмотря на эти минусы, опорно упорный подшипник турбины чаще всего использует именно принцип скольжения.
Менее капризными, но более дорогостоящими является опорно упорный подшипник качения. Этот вид опор состоит из колец, внутреннего (тугого) и наружного (свободного), тел качения и сепаратора. Способность детали воспринимать нагрузки зависит от использованных в нем элементов. Шариковые модели воспринимают строго осевой тип нагрузки и не могут самоустанавливаться. Выпускают однорядные и многорядные модели, а также детали для разнонаправленных осевых сил.
Большей функциональностью обладают роликовые изделия. Эти детали могут производиться в самоустанавливающемся исполнении и компенсировать перекосы вала до 4 градусов. Такие опоры допускают и приложение небольших радиально направленных сил. Роликовые опорные подшипники делятся на три основных типа:
• Конические опорные, способные выдерживать большие нагрузки, а также работать при вибрациях и ударных воздействиях;
• С цилиндрическими роликами. Производятся для очень больших нагрузок и небольших частот вращения;
• Со сфероконическими роликами. Могут работать с большими осевыми и ограниченно с радиальными силами, а также обладают способностью к самоустановке.
На рабочие характеристики, в том числе грузоподъемность опоры, в значительной степени влияет тип сепаратора. Этот элемент может быть цельным, литым, в каждой ячейке которого находится отдельный шарик или ролик, а также легким, штампованным из листового металла. Для работы с большими нагрузками, а также там, где присутствуют вибрации и высокие скорости, лучше подходит литое исполнение. Штампованные сепараторы проще в производстве и значительно удешевляют деталь, но не могут сравниться по надежности с цельными. При высокой скорости вращения перегородки из тонкого металла сминаются и позволяют телам качения сгруппироваться. Это приводит к заклиниванию опоры и выходу из строя всего узла вращения.
Особенности опорно упорных подшипников
Подшипник упорный размеры которого могут быть от нескольких миллиметров до десятков сантиметров, маркируют в соответствии с ГОСТ или международным стандартом ISO. Для указания характеристик чаще используется передняя часть свободного кольца, но бывает и так, что маркировка на изделии отсутствует. Это признак высокоточной прецизионной опоры, которую маркируют только на упаковке, чтобы избежать неровностей на кольцах детали.
Монтаж опорно упорных подшипников – сложная и ответственная задача. Так как внутреннее кольцо устанавливается на вал внатяг, важно знать точные размеры и посадочные допуски детали. При установке действует ряд обязательных к выполнению правил:
• Все поверхности должны быть идеально гладкими и чистыми;
• Посадка тугого кольца выполняется воздействием по всей длине его окружности;
• Для правильной установки применяют гидравлический или механический пресс, обеспечивающий плавную и равномерную нагрузку;
• Запрещены удары по кольцам и валу;
• Не допускается передача усилия с одного кольца на другое через тела качения.
Большую роль в эксплуатации таких опор, особенно в механизмах, где вал вращается с большой скоростью, играет качество смазки. Специалисты рекомендуют тщательно придерживаться рекомендаций производителя подшипника по марке, свойствам и периодичности замены смазки.
Как купить качественные опорно упорные подшипники
Надежность и срок службы опорно упорного подшипника зависят не только от качества использованных при их изготовлении материалов, но и от соблюдения технологии изготовления и точности отдельных элементов. Поэтому рекомендуется приобретать продукцию известных брендов, способных обеспечить соблюдение высоких требований к производству: NSK, SKF, KOYO, TIMKEN, FAG. Продукты всех этих торговых марок, а также многих других авторитетных мировых брендов вы сможете приобрести в нашем специализированном интернет-магазине подшипников.
Мы предлагаем оригинальную продукцию с официальной гарантией со склада в г. Москва по ценам рекомендованным производителями. Все наши подшипники имеют официальную гарантию от производителя на всей территории России. Мы готовы отправить как один подшипник, так и крупную оптовую партию в любой регион страны, а также в Беларусь и Казахстан.
Применение упорных подшипников
Упорные подшипники широко применяются в различных отраслях, несмотря на количественное преобладание радиальных и радиально-упорных моделей. Все потому, что упорные подшипники выполняют специфичную роль в механизмах — передают осевое вертикальное вращение или повороты при большой статической нагрузке.
Отличительной особенностью упорного подшипника является поперечное расположение контактной поверхности, перпендикулярно поворотной оси. Такие конструкции чаще всего представляют собой разъемные кольца или съемное кольцо, а в случае подшипников скольжения — форма подпятника, опорного кольца, кольцевых сегментов, гребенок.
Шариковые упорные подшипники производятся в соответствии с ГОСТ 7872-89. Материалы для производства упорных тонкостенных подшипников скольжения типа вкладышей, втулок, колец, подбираются согласно ГОСТ 228813-90.
Применение упорных подшипников качения и скольжения
При конструировании машин и механизмов, конструкторы используют преимущества разных видов подшипников качения и скольжения максимально выгодно, согласно назначению, нагрузкам и скорости вращения. Упорные подшипники качения менее требовательны к смазыванию и применяются там, где нужен более скоростной и плавный ход.
В автомобилях и мототранспорте упорные подшипники применяются в подвеске в качестве опоры аммортизаторной стойки и в выжимном блоке сцепления. Небольшие упорные подшипники качения находят применение в поворотных столах станков, поворотных платформах конвейеров, в электрогенераторах, домкратах, широко распространены в робототехнике, строительной и сельскохозяйственной технике.
Одинарные подшипники, с одним рядом качения, способны вращаться толко в одном направлении, в то время, как сдвоенные, через независимое промежуточное кольцо, вращаются в обоих направлениях.
Роликовые цилиндрические подшипники способны воспринимать большие нагрузки, чем шариковые, но рассчитаны на более низкую скорость вращения, требуют больше смазки, при этом их ход более жесткий и при работе выделяется больше шума и тепла. Такие модели находят применение в центрифугах, мешалках пищевой и химической промышленности.
Роликовые конические упорные подшипники предназначены для более жесткого осевого центрирования в металлургическом оборудовании: обжимных станах, станах толстолистовой прокатки и станах горячей прокатки. Упорные роликоподшипники способны выдерживать высокие осевые нагрузки при средних и низких частотах вращения.
Сферические или сфероконические упорные подшипники обладают не только высокий грузоподъемностью и устойчивостью к радиальной нагрузке, но и способны компенсировать осевое отклонение, перекос вала на угол до нескольких градусов. По сути, это устойчивые к вибрации упорно-радиальные модели. Такие подшипники устанавливаются на высокие вертикальные поворотные опоры, шасси, используются в мобильной подъемно-транспортной технике.
Упорные подшипники качения больших диаметров и опорно-поворотные устройства, работающие по тому же принципу, применяются в конструкции поворотных механизмов манипуляторов, авто-, железнодорожных-, башенных кранов, ветрогенераторов.
Игольчатый упорный подшипник отличается от аналогичных моделей качения компактностью поперечного сечения. В такой модели пространство между поворотными частями минимизируется за счет применения игловидных роликов малой высоты. Если дорожки качения могут быть выполнены н деталях вращения, то игольчатый подшипник без колец занимает места не более, чем упорное кольцо скольжения.
Упорные подшипники скольжения или подпятники, способны функционировать в жидкой среде и в условиях сверхтяжелых нагрузок в крупногабаритных механизмах. Такие подшипники модно встретить в насосах, на воздушных и водных судах, в турбинах и гидрогенераторах.
Конструкции и материалы упорных подшипников постоянно модернизируются и улучшаются. Применение тех или иных материалов и сплавов обеспечивает торцевым контактным поверхностям поворотных деталей подвижность в определенных условиях эксплуатации: при больших перепадах температур, сочетании радиальной и статической нагрузок, сверхтяжелых отягощениях, отсутствии смазки. В различных отраслях промышленности, упорные подшипники устанавливаются в промышленном оборудовании с гидравлическими, гидродинамическими, электромагнитными системами вращения.
Для чего нужен упорный подшипник
Назначение
Упорные подшипники предназначены для восприятия как радиальных нагрузок, т.е. нагрузок, действующих перпендикулярно оси вала, закреплённому в подшипниках, так и преимущественно нагрузок, действующих вдоль оси вала в одном или в двух направлениях.
Название подшипников подчёркивает, что, прежде всего, они предназначены для работы с осевыми нагрузками.
Также говорят ещё о радиальных (Радиальные подшипники), радиально-упорных и упорно-радиальных подшипниках (Радиально-упорные подшипники).
Независимо от названия, любой подшипник воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки.
Названия лишь подчеркивают, какая из нагрузок – радиальная или осевая (упорная), является основной. В данном рассматриваются упорные (упорно-радиальные) подшипники.
Конструкции и исполнения
Выбор типа, исполнения и пр. подшипника для конкретного механизма является сложной задачей. В её решении могут оказать существенную помощь методики и автоматизированные системы расчёта подшипников, которые предлагают компании – производители подшипников.
ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений» выделяет следующие типы упорных (упорно-радиальных), таблица УП-1.
Таблица УП-1. ГОСТ 3189-89 «Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений».
Тип подшипника
Обозначение по ГОСТ 3189-89
Упорный или упорно-радиальный шариковый
Упорный или упорно-радиальный роликовый
Одинарные и двойные упорные шарикоподшипники
Одинарные упорные шарикоподшипники, рисунок УП-1, рисунок УП-2, А), состоят из колец, на плоских поверхностях которых проложены дорожки качения. Тела качения – шарики.
Практически не противостоят радиальным нагрузкам.
Кольцо, насаженное на вал, внутреннее кольцо, называют тугим кольцом упорного подшипника.
Наружное кольцо ещё называют свободным кольцом.
Двойные упорные шарикоподшипники (рисунок УП-2, Б) содержат третье, центральное, кольцо, являющееся свободным. Используется два ряда шариков.
Для компенсации несоосности и монтажных погрешностей может использоваться сферическое подкладное кольцо, устанавливаемое под свободное кольцо.
Рисунок УП-1. Упорный одинарный шариковый подшипник.
Рисунок УП-2. Упорный одинарный шариковый подшипник, А) и упорный двойной шариковый подшипник Б),
в разрезе.
Упорные подшипники с цилиндрическими роликами
Такие подшипники (рисунки УП-3 и УП-4) способны воспринимать более высокие осевые нагрузки, чем шариковые сравнимых габаритных размеров. Это связано с тем, что пятна контакта тел качения и колец имеют линейную форму, и, соответственно, большую площадь, чем в упорных шариковых подшипниках.
Обладают высокой жесткостью и слабо чувствительны к ударным нагрузкам.
Практически не противостоят радиальным нагрузкам.
В стандартном исполнении предполагается отсутствие радиальных нагрузок и наличие осевой нагрузки, действующей в одном направлении.
Выпускаются однорядные и двухрядные упорные подшипники с цилиндрическими роликами.
Используются стальные штампованные сепараторы, а также стальные или латунные, полученные механической обработкой.
Рисунок УП-3. Упорный роликовый подшипник однорядный с цилиндрическими роликами.
Рисунок УП-4. Кольцо, ролики и сепаратор упорного подшипника однорядного с цилиндрическими роликами.
Упорные конические роликоподшипники
Такие подшипники (рисунок УП-5) способны воспринимать более высокие осевые нагрузки, чем шариковые сравнимых габаритных размеров. Это связано с тем, что пятна контакта тел качения и колец имеют линейную форму, и соответственно, большую площадь, чем в упорных шариковых подшипниках.
Выпускаются также упорные роликовые конические двойные подшипники, рисунок УП-6.
Роликовые конические подшипники обладают высокой жесткостью и слабо чувствительны к ударным нагрузкам.
Подшипники этого типа воспринимают как осевые, так и радиальные и нагрузки.
Используются стальные штампованные сепараторы, а также стальные или латунные, полученные механической обработкой.
Рисунок УП-5. Упорный подшипник с коническими роликами.
Рисунок УП-6. Упорный подшипник с коническими роликами двойной в разрезе.
Упорные сферические роликоподшипники
На свободном кольце подшипников этого типа имеется дорожка качения «сферической» формы. В качестве тел качения используются ролики бочкообразной формы, устанавливаемых под углом к плоскости колец, рисунок УП‑7.
Рисунок УП-7. Упорный сферический подшипник самоустанавливающийся.
Подшипники этого типа являются самоустанавливающимися. Они отличаются высокой осевой грузоподъемностью и в то же время могут воспринимать средние радиальные нагрузки.
Подшипники этого типа воспринимают как осевые, так и радиальные и нагрузки.
Используются стальные штампованные сепараторы, а также стальные или латунные, полученные механической обработкой.
О классификации подшипников
Многообразие типов, исполнений, размеров делает систематизацию и классификацию подшипников сложнейшей задачей.
Основными ГОСТами, связанными с подшипниками, являются:
1. ГОСТ 520-2011. Подшипники качения. Общие технические условия (ISO 492:2002, NEQ
ISO 199:2005, NEQ).
Этот ГОСТ ссылается также на следующие стандарты по подшипникам качения:
ГОСТ 831, ГОСТ 832, ГОСТ 3478, ГОСТ 4252, ГОСТ 4657, ГОСТ 5377, ГОСТ 5721, ГОСТ 6364, ГОСТ 7242, ГОСТ 7634, ГОСТ 7872, ГОСТ 8328, ГОСТ 8338, ГОСТ 8419, ГОСТ 8545, ГОСТ 8882, ГОСТ 8995, ГОСТ 9592, ГОСТ 9942, ГОСТ 18572, ГОСТ 20531, ГОСТ 23179, ГОСТ 23526, ГОСТ 24696, ГОСТ 24850, ГОСТ 27057, ГОСТ 27365, ГОСТ 28428.
2. ГОСТ 3189-89. Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений.
Этот ГОСТ ссылается также на следующие стандарты по подшипникам качения:
ГОСТ 520-2002, ГОСТ 832-78, ГОСТ 3395-89, ГОСТ 3478-79, ГОСТ 4060-78, ГОСТ 5377-79, ГОСТ 5721-75, ГОСТ 7872-89, ГОСТ 24310-80, ГОСТ 24696-81, ГОСТ 24810-81, ГОСТ 24850-81, ГОСТ 28428-90.
Большое внимание стандартизации подшипников уделяет Международная организация по стандартизации – ISO.
Ряд ведущих производителей подшипников предлагают свои системы классификации, являющиеся расширением классификации ISO.
В качестве примера в таблице УП-2 приведены соответствия наименований, применяемых в РФ, и компаниями SKF, Швеция, FAG, Германия, для одинарных и сдвоенных упорных шарикоподшипников и упорно-радиальных сдвоенных.
Таблица УП-2. Соответствия наименований упорных подшипников.
РФ, ГОСТ 3189-89
SKF, Швеция
FAG, Германия
Как работает подшипник
Подписка на рассылку
Как работает подшипник скольжения
Подшипник скольжения, по большому счету, работает по принципу вращающейся втулки. Основу конструкции такого подшипника составляют два стальных кольца, третий элемент ― вкладыш из антифрикционного материала, обеспечивает нужные свойства скольжения. Сопряженные контактные поверхности образуют контактные пары с различными характеристиками.
Сферическая контактная поверхность позволяет шарнирному подшипнику скольжения направлять вал со значительными отклонениями от соосности и углом относительно корпуса. Устойчивость к сильной вибрации, ударам при высокой радиально-осевой нагрузке делают сферические подшипники скольжения незаменимыми в узлах определенной конструкции на транспорте и в промышленности.
Как работают шариковые подшипники
Шариковые подшипники качения создают минимальное трение благодаря точечному контакту. Для удержания и направления шариков, они скрепляются сепаратором, а на кольцах выполняются дорожки. От глубины дорожек, их размещения друг относительно друга, зависит способность восприятия осевой нагрузки и то, к какому функциональному типу относится подшипник: радиальному или радиально-упорному. Если дорожки расположены друг напротив друга без смещений, значит это радиальный подшипник, который воспринимает быстрое и очень быстрое вращение без осевой нагрузки. Если дорожки смещены под углом 10-40 градусов, значит подшипник радиально-упорный и предназначен для быстрого вращения с односторонней осевой нагрузкой.
Двухрядные подшипники качения воспринимают вращение в обоих направлениях, обладают большой грузоподъемностью. Подшипники с общей наружной сферической дорожкой способны самоустанавливаться под действием центробежной силы, и компенсировать отклонения вала на угол 1-3 градуса.
Как работает роликовый подшипник
Роликовый подшипник устроен аналогично шариковому, только имеет роликовые тела качения. Ролики цилиндрической, сферической, конической, сфероконической формы образуют линейный контакт с дорожками качения, благодаря чему, помимо высокой скорости вращения, выдерживают большое статическое отягощение. Подшипники с цилиндрическими роликами предназначены для высокой радиальной нагрузки. Сферические ролики устанавливаются в радиальных самоустанавливающихся моделях. Радиально-упорные и упорно-радиальные подшипники с коническими роликами воспринимают высокую осевую одностороннюю нагрузку. Сфероконические ролики позволяют самоустанавливаться при высокой осевой и радиальной нагрузке.
Как работает упорный подшипник
Упорные подшипники устанавливаются в вертикальные опоры вращения для восприятия высокой осевой нагрузки при медленном вращении. Шариковые или роликовые тела в них размещаются горизонтально. Одинарные упорные подшипники рассчитаны на повороты в одну сторону, а двойные (двухрядные) ─ в обе. Упорные подшипники с цилиндрическими и игольчатыми роликами являются самыми компактными по высоте поперечного сечения, могут выполняться без колец.