У генераторах, двигунах внутрішнього згоряння і т. д. застосовуються підшипники ковзання. Це деталі, які здатні передавати крутний момент, забезпечуючи нормальну роботу механізмів. Підшипники володіють певною конструкцією. Це забезпечує певний набір технічних і експлуатаційних характеристик деталі. Особливості конструкції підшипників ковзання, їх різновиди, переваги та недоліки будуть розглянуті далі.
Загальні відомості
Підшипники ковзання (ГОСТ 3189-89) являють собою найдавніший вид подібних деталей. Вони застосовуються в якості елемента обертових деталей для передачі поступального руху. Це основна складова опори вала, яка забезпечує процес його обертання в процесі ковзання цапфи по поверхні підшипника.
Представлена деталь сприймає осьові і радіальні навантаження, які були прикладені до валу. Від якості цього елемента конструкції залежить правильна робота агрегату.
Існує суттєва різниця підшипників кочення і ковзання. Перший з названих варіантів характеризується наявністю такої конструкції, яка забезпечує розподіл навантаження між безліччю елементів кочення. Вони укладені всередині корпусу. Підшипник ковзання ж сприймає навантаження при виникненні ковзання. Але в обох різновидах деталей правильна робота може бути забезпечена тільки при наявності якісної мастила.
Розглядаючи різницю підшипників кочення та ковзання, варто відзначити, що вартість їх помітно відрізняється. Це пояснюється ступенем навантаження, яку можуть витримати ці деталі. Так, підшипник кочення коштує дорожче, так як він може працювати при більш високих швидкостях. Він володіє більш досконалою конструкцією.
Підшипник ковзання коштує відносно недорого. При цьому він застосовується в багатьох галузях людської діяльності. Такі різновиди конструкцій застосовують там, де використання підшипників кочення неможливо або невигідно:
- У виробах, в яких вали працюють в умовах підвищеної вібрації і ударів. Наприклад, це можуть бути двигуни внутрішнього згоряння, молоти, прокатні стани, інше.
- У конструкції валів великого діаметру. Це може бути система гідротурбін, прокатних станів і т. д.
- У високошвидкісних агрегатах, наприклад, центрифугах.
- У пристроях високої точності, наприклад, опори механізмів телескопів, мікроскопів, шпинделі верстатів та інше.
- У побутовій техніці, тихохідних машинах і механізмах, приладах, які працюють у воді або агресивному середовищі.
- В пристроях з малим розміром валів, наприклад, в годиннику, хронометрах і т. д.
Конструкція
Як побудований підшипник ковзання? Основними елементами його конструкції є корпус, в якому знаходиться спеціальний вкладиш. Процес їх виготовлення регламентований Дсту.
Корпус підшипника ковзання може бути роз’ємним або цільним. У першому випадку для з’єднання основи та кришки здійснюється за допомогою болтів, гвинтів або клинів. Якщо ж корпус цілісний, він може бути суцільнолитим або зварним. Вибір залежить від умов експлуатації. Литі різновиди витримують велике навантаження.
Так як на цілісні корпуси діє поперечне зусилля, для продовження їх терміну експлуатації кришка і підстава забезпечуються спеціальними координаційними поверхнями.
Вкладиші підшипника ковзання можуть мати регульований і нерегульований зазор. Роботу конструкції забезпечують один або кілька клинів масляного типу. У нероз’ємних підшипниках вкладиші виготовлені у вигляді втулок.
У сучасних агрегатах підшипники мають порівняно невелику довжину. Це дозволяє знизити жорсткість вала. Також вимоги до зазору в посадці стали не такими жорсткими. Він може бути мінімальним у короткому підшипнику. В цьому випадку не виникає небезпеки заклинювання, заїдання рухомих частин конструкції при перекосі.
Розглядаючи, як побудований підшипник ковзання, варто відзначити, що короткі різновиди конструкцій мають і деякі недоліки. У них швидше закінчується змазка. Якщо її вчасно не додати, конструкція вийде з ладу. Але зате в них будуть менші проміжки. В коротких підшипниках відведення тепла від тертьових поверхонь краще. Якщо ж довжина велика, застосовується самоустановлювальні конструкція. Вона дозволяє усунути перекоси при їх появі.
Мастило конструкції
Розглядаючи конструкцію підшипників ковзання, варто відзначити, що одним з важливих елементів є змазка. Як вже було сказано, вона складається з корпусу і втулки. Опорна частина вала називається цапфой. Вона (як і форма робочої поверхні конструкції) може бути сферичної, циліндричної або плоскою. Якщо цапфа знаходиться на кінці вала, це шип. Якщо ж вона розташована в середині, це шийка.
Обов’язковим елементом конструкції є змазує пристрій. Воно поставляє масло або інший матеріал з відповідними якостями в зазор, утворений між валом і втулкою. Змащення дозволяє конструкції обертатися з невеликим опором. Якщо цей матеріал закінчиться, деталь вийде з ладу через перегрів, який виник у процесі тертя. Також будуть руйнуватися робочі поверхні.
Мастильні матеріали можуть мати різний вигляд. Найчастіше це консистентні матеріали, що володіють високою в’язкістю. У процесі роботи підшипника вона нагрівається, стає більш плинною. Це пояснює якісне ковзання рухливих елементів.
Щоб підвищити безпеку застосування подібних конструкцій, промислові підшипники стали забезпечувати особливої мастилом. Вона являє собою твердий пористий матеріал. Це порошкоподібна змазка, яка відрізняється довговічністю і високою якістю. Вона забезпечує тривалий термін експлуатації підшипників.
Це система самосмазки конструкції. Вона виготовлена за технологією порошкової металургії. У процесі роботи підшипника з цього матеріалу виділяється олія. Їм спочатку просочується тверда фракція. Коли система не діє, вона остигає. Олія усмоктується назад. Втрати олії зводяться до мінімуму. Це особливо важливо при експлуатації промислових підшипників. На них діють значні навантаження, тому до якості мастила тут висувають підвищені вимоги. При використанні подібної системи на підшипнику вказують, що він самозмащувальний.
Різновиди конструкцій
Розглядаючи класифікацію підшипників ковзання, можна відзначити, що вони відрізняються за різними ознаками. В першу чергу розрізняють представлені деталі по конструкційним особливостям. Вони можуть бути розбірними і нерозбірними. По області застосування підшипники можуть бути побутовими і промисловими. Вони відрізняються розмірами, принципом роботи і установки.
Крім того, представлені у продажу підшипники відрізняються матеріалом корпусу і втулки. Як вже було сказано, відрізняється і мастильний склад усередині системи. Ще однією класифікацією є відмінність деталей за принципом сприйманого навантаження. Згідно з цією характеристикою розрізняють три основних типи підшипників ковзання:
- Наполегливі. Вони сприймають осьові сили, які спрямовані паралельно осі цапфи. Такі конструкції часто називають підп’ятниками.
- Радіальні. Такі конструкції призначені для роботи в умовах радіальної навантаження. На вісь цапфи у цьому випадку діє перпендикулярна навантаження.
- Радіально-упорні. Універсальний тип конструкції. Вони сприймають як осьові, так і радіальні навантаження.
В залежності від характеристик представлених приладів, визначається і їх область застосування.
Вибір виробника
Розглядаючи особливості конструкції підшипників ковзання, варто зазначити, що вона може дещо відрізнятися в залежності від підходів до виробництва. Їх виготовляють з різних матеріалів. Від цього залежить область застосування і термін експлуатації виробів.
Сьогодні одним з найбільших вітчизняних виробників представлених деталей є Тамбовський завод підшипників ковзання. Тут застосовують найсучасніші технології виготовлення конструкцій з біметалу. Компанія спеціалізується на виробництві підшипників ковзання для двигунів тракторів, автомобілів, тепловозів, комбайнів, судів, а також для компресорів великих виробництв. Виготовлення продукції виконується на сучасному обладнанні відомих зарубіжних компаній.
Продукція заводу використовується в двигунах транспортних засобів:
- ГАЗ.
- М-412.
- ВАЗ.
- ЗАЗ.
- ЯМЗ.
- ЗІЛ.
Також представлений великий вибір підшипників для двигунів тракторів. Втулки для колінчастого вала мають розміри:
- Ширина – 14-102 мм.
- Діаметр – 24-135 мм.
- Товщина – 1,5-6,1 мм.
Активно співпрацюючи з виробниками різних транспортних засобів і агрегатів, Тамбовський завод постійно вдосконалює конструкції підшипників. Це дозволяє задовольнити зростаючі вимоги покупців.
Крім цього, виробника на вітчизняному ринку представлений великий вибір підшипників ковзання інших виробників, наприклад, ТОВ «Дайдо Металл Русь», Zollern Company і т. д. Присутність на ринку конкуренції призводить до постійного вдосконалення конструкцій, сприяє застосуванню нових матеріалів, технологій в процесі виготовлення підшипників.
Переваги і недоліки
Існує ряд достоїнств і недоліків підшипників ковзання. До позитивних характеристик конструкції можна віднести:
- Проста конструкція, тому вартість цього різновиду деталей відносно невисока. Для малонавантажених і тихохідних машин підшипник виготовляють у вигляді простої втулки.
- Надійність в процесі експлуатації. Підшипники ковзання застосовують навіть у високошвидкісних приводах. При цьому конструкція у них досить надійна, що дозволяє експлуатувати таку деталь протягом тривалого часу.
- Здатні приймати і витримувати великі динамічні навантаження. Конструкція не боїться ударів, вібрацій. Це пояснюється великою площею робочої поверхні, яка приймає навантаження. Шар мастила надає демпфуючий ефект. Він розташовується між вкладишем і валом, що також значно продовжує термін експлуатації виробу.
- Підшипники видають при роботі низький рівень шуму. На будь-якій швидкості система функціонує практично беззвучно.
- Радіальні розміри порівняно невеликі.
- При використанні роз’ємних конструкцій можна встановлювати на шийки валів складної форми, наприклад, колінчастого вала. При цьому не потрібно демонтувати зубчасті колеса, шківи та інші деталі, які розміщені на інших цапфах.
Конструкція підшипників ковзання має і певні недоліки:
- У процесі експлуатації проводиться постійний контроль системи. Це пояснюється необхідністю присутності в конструкції мастила. В іншому випадку може статися перегрів системи. Якщо мастило перестане надходити до елементам, які труться, відбудеться його поломка.
- Осьові розміри досить великі. Це необхідно для збільшення робочої площі робочої поверхні конструкції. Вона сприймає навантаження.
- В період пуску спостерігаються значні втрати потужності через тертя. Таке може статися при використанні неякісної або невідповідному мастила.
- Експлуатаційні витрати порівняно високі. Це пояснюється необхідністю застосування великої кількості мастила. Також проводиться зупинка агрегатів для проведення чищення і охолодження системи. Це призводить до простоїв обладнання.
- Система в період пуску впливає на знос поверхні цапфи. Це особливо помітно при використанні неякісної мастила.
Матеріали вкладишів
Поруч специфічних якостей відрізняються підшипники ковзання. Матеріали підшипників ковзання повинні задовольняти ряд вимог. Вони повинні:
- Бути зносостійкими і характеризуватися високою опірністю до заїдання при неправильній мастилі. Особливо це помітно в період старту, розгону і гальмування.
- Бути стійкими до крихкого руйнування, яке може виникнути із-за ударів. Також матеріали повинні бути наділені високою опірністю втоми.
- Мати низький показник тертя.
- Мати високим значенням теплопровідності.
- Характеризуватися низьким коефіцієнтом розширення при підвищенні температури.
Втулка – це змінна деталь підшипника ковзання. Вона повинна виготовлятися з міцних, високоякісних матеріалів. Саме вкладиші зношуються в конструкції швидше всього. Вони беруть на себе основні навантаження. Якби зношувалася цапфа, її заміна і відновлення коштували б на порядок дорожче. Тому до її якості висувають підвищені вимоги.
Чим твердіше поверхню цапфи, тим надійніше механізм. Тому ця частина підшипника зазвичай зміцнюється або гартується. Вкладиші ж можуть бути як металевими, так і неметалічними. В окрему категорію виділяють металокерамічні втулки.
Металеві різновиди матеріалів – це бронза, бабіти, сплави алюмінію, цинку, спеціального антифрикційного чавуну. Вибір матеріалу залежить від області застосування підшипника, особливостей його експлуатації.
Металеві вкладиші
З різних металів і сплавів можуть виготовлятися підшипники ковзання. Матеріали підшипників ковзання відповідають вимогам стандартів. Для виготовлення втулок можуть застосовуватися такі метали:
- Бронза. Цей тип вкладишів застосовують при великих навантаженнях, а також середніх швидкостях обертання. Найвищим антифрикційним ефектом в цій групі мають олов’яні сплави бронзи. Якщо цей метал поєднувати з алюмінієм або свинцем, цапфа буде швидко зношуватися. Тому подібні сплави монтують тільки на загартовані різновиди опорної ділянки вала. Сплави бронзи і свинцю застосовують у тому випадку, якщо на конструкцію діють ударні навантаження.
- Баббитовый сплав. Він створений на основі олова або свинцю. Цей матеріал використовують для виготовлення втулок у відповідальних конструкціях, які працюють в сильно або середньо навантажених умовах. Це один з кращих антифрикційних металів, так як він стійкий до заїдання, відмінно прирабатывается на своєму сайті. Але його міцність невелика. Тому бабіт заливається тонким шаром на тверду основу втулки з чавуну, сталі або бронзи.
- Чавун. Застосовуються антифрикційні різновиди матеріалу. Вони підходять для використання в тихохідних маловідповідальних механізмах.
Металокераміка
Змінна деталь підшипника ковзання може виготовлятися з металокераміки. Цей матеріал виготовляють в процесі пресування і спікання міді і заліза в порошкоподібному вигляді. В склад додається графіт, свинець та олово.
Це пористий матеріал, який попередньо насичують розплавленим маслом. Це дозволяє системі довго працювати без заміни мастильного матеріалу. Вкладиші з металокераміки застосовують у тихохідних машинах, в місцях, куди важко підвести мастило.
Неметалеві вкладиші
Втулки можуть бути виготовлені з неметалевих матеріалів. Для цього застосовуються спеціальні антифрикційні пластмаси. Також у цих цілях можуть бути використані древеснослоистый пластик і гума. Такі різновиди вкладишів стійкі до заїдання, невибагливі до мастильним складам. Вони добре підлаштовуються у вузлі. Область застосування цих підшипників специфічна. Так як змащувати систему можна практично водою, це дозволяє використовувати підшипник в харчовій промисловості та ряді інших галузей.
