Подшипники
Подшипник — это техническое устройство, являющееся частью опоры, которое поддерживает вал, ось или иную конструкцию, фиксирует положение в пространстве, обеспечивает вращение, качание или линейное перемещение (для линейных подшипников) с наименьшим сопротивлением, воспринимает и передаёт нагрузку на другие части конструкции.
Опора с упорным подшипником называется подпятником.
Содержание |
[править] Виды подшипников
Подшипники качения
Подшипники скольжения
Гидростатические подшипники
Гидродинамические подшипники
Аэростатические (газостатические) подшипники
Аэродинамические (газодинамические) подшипники
Магнитные подшипники
Подавляющее большинство используемых подшипников это подшипники качения и подшипники скольжения.
[править] Подшипники скольжения
Самый дешевый вариант подшипника, представляет собой обычно бронзовый вкладыш или втулку. Самосмазывающиеся пористые бронзовые втулки получают методами порошковой металлургии.
Подшипники скольжения можно увидеть например при разборке вентилятора. В качестве подшипника можно использовать текстолит, фторопласт, ось изготавливается из стали. Поверхности должны быть предельно ровными.
[править] Подшипники качения
[править] Прочие подшипники
В тех случаях, когда скорость вращения высока, или технические требования таковы, что их нельзя удовлетворить подшипниками скольжения или качения используют подшипники иного принципа.
[править] Подшипники с газовой смазкой
В подшипниках с газовой смазкой зазор между трущимися поверхностями (5-20 мк) заполняется газом (в частном случае воздухом). По принципу действия подшипники с газовой смазкой делятся на аэродинамические (автоматические газовые подшипники) и аэростатические (газовые подшипники принудительного действия).
Принцип действия аэродинамических подшипников показан на фиг. 46. При отсутствии вращения (фиг. 46, а) цапфа опирается на внутреннюю поверхность подшипника, при вращении (фиг. 46, б) воздух всасывается из атмосферы, захватывается цапфой и вгоняется в клиновой зазор между цапфой I подшипником, создавая воздушную подушу с повышенным давлением, приподнимая цапфу и отделяя ее от подшипника.
Принцип действия аэростатических подшипников основан на введении через систему отверстий воздуха под давлением (0,5 — 8 кГ/см2) в зазор между цапфой и подшипником. При этом цапфа отделяется слоем сжатого воздуха от подшипника. Схема распределения нагрузки и положение цапфы в аэростатических подшипниках показаны на фиг. 47.
Без радиальной нагрузки цапфа расположена концентрично (фиг. 47, а), при наличии радиальной нагрузки — эксцентрично (фиг. 47, б).
При вращательном движении применяют комбинированный принцип действия подшипников. Воздух под давлением подается до достижения скорости ~ 500—600 об/мин (подшипник работает как аэростатический), после этого подача воздуха прекращается и подшипник работает как аэродинамический.
Особенности аэродинамических и аэростатических подшипников. Аэродинамические подшипники имеют небольшую несущую способность, которая увеличивается с возрастанием скорости. Несущая способность аэростатических подшипников выше и не зависит от скорости движения. По экспериментальным данным удельная нагрузка для аэродинамических подшипников не превышает 0,7 кГ/см2 площади проекции подшипника, а в аэростатических подшипниках до 3,5 кГ/см2.
Для аэродинамических подшипников нужны специальные устройства, обеспечивающие разгон их до скорости 500 — 600 об/мин, после чего они работают автоматически. Аэростатические подшипники начинают работать с момента начала подачи сжатого воздуха, при любом числе оборотов, но требуют непрерывной и надежней подачи воздуха под давлением.
Достоинства подшипников с газовой смазкой.
1. Высокая скорость вращения — теоретически неограниченная, практически до 150 000 об/мин (гироскопы — 60 000, электродвигатели — 10 000—30 000, центрифуги — 20 000—150 000). Скорость ограничивается качеством применяемых материалов и точностью обработки трущихся поверхностей.
2. Малые потери на трение. Момент трения в начале движения не увеличивается.
3. Износ трущихся поверхностей практически отсутствует.
4. Подшипники могут работать в широком диапазоне температур.
5. Широкие возможности выбора материалов для трущихся поверхностей.
6. Простота конструктивного оформления опор.
7. Бесшумность.
8. Исключена возможность загрязнения подшипников и окружающей среды.
Недостатки подшипников с газовой смазкой.
1. Малая несущая способность.
2. Необходимость изменения зазора в зависимости от нагрузки и рабочего давления воздуха (аэростатические подшипники). Трудность регулировки зазора.
3. Необходимость устройств для запуска и остановки аэродинамических подшипников и устройств для подвода и фильтрации воздуха (аэростатические подшипники).
4. Повышенные требования к геометрическим размерам трущихся поверхностей (цилиндричность, плоскостность и т. д.) и к чистоте их обработки.
5. Необходимость принятия мер для поддержания устойчивой работы подшипников при высоких скоростях. Борьба с вибрациями, вызванными неточным изготовлением и балансировкой вращающегося вала, борьба с явлением самовозбуждения колебаний вала скоростным вихрем и другими видами вибраций.
Подшипники с газовой смазкой применяют в механизмах с большим числом оборотов (высокоскоростные шлифовальные головки, ультрацентрифуги, гироскопические приборы, прядильные веретена, электродвигатели, холодильные машины и др.), в точных механизмах (весы, элементы счетных машин, прецизионные измерительные инструменты, динамометры и др.), а также в механизмах с плоскими направляющими для транспортировки тяжелых изделий с минимальным тяговым усилием, малыми скоростями и большой точностью (до 1 мк).
Конструкция элементов подшипников с газовой смазкой.
Схемы различных типов аэростатических подшипников с расположением отверстий для подвода воздуха показаны на фиг. 48. В плоских направляющих отверстия располагают вдоль краев поверхности, в цилиндрических и конических подшипниках — по окружности (по одному или несколько рядов), а в сферических подшипниках — по окружности в один ряд.
[править] Гидростатические подшипники и подпятники
Принцип работы гидростатических опор тот же, что аэростатических. Масло под давлением через систему отверстий подается в центральную камеру, а затем в зазор между цапфой и подшипником, или пятой и подпятником. Гидростатические опоры обладают большой грузоподъемностью при минимальном трении, зависящем от вязкости применяемых масел.
Схематическое изображение гидростатического подшипника для радиальной нагрузки показано на фиг. 57, а и гидростатического подпятника на фиг. 57, б.
[править] Магнитные подшипники
Принцип действия магнитных опор-подпятников основан на силовом взаимодействии двух постоянных магнитов, один из которых закреплен в неподвижной части прибора, а другой в подвижной.
Схема магнитной опоры показана на фиг. 58. Магниты 1 и 2, взаимодействуя между собой в осевом направлении, поддерживают постоянно в одном положении подвижную часть прибора на весу. Центрирование и предотвращение от поперечного смещения подвижной системы обеспечивается графитовыми втулками 3, в которые входят полированные тонкие цапфы 4, выполненные из нержавеющей или хромистой стали. Магнитные опоры создают малый момент трения, не требуют смазки и ухода в течение длительного времени, противостоят ударам и не подвержены влиянию изменений температуры и влажности. Недостатком магнитных опор является их дороговизна, связанная с точностью их изготовления и сборки.
Схема магнитных опор в электросчетчике показана на фиг. 59. Узел диска 1 поддерживается в осевом направлении за счет сил взаимодействия двух кольцевых постоянных магнитов 2 и 3, выполненных из бариевого феррита. Зазор между магнитами 0,5 мм. На полуосях 4 вращаются графитовые втулки 5, запрессованные в ось подвижной системы. Схема устройства разгрузки подшипников баланса часов с помощью магнитных опор показана на фиг. 60. Баланс 1 имеет трубчатую ось 2 с двумя каменными втулками 3, через которую проходит тонкая стальная проволока 4. Вес баланса уравновешивается силой взаимодействия двух магнитов 5 и 6.
Существуют также активные магнитные подшипники, в которых удерживающее магнитное поле создается обмотками и регулируется через систему обратной связи, фиксирующей реальное положение оси.
[править] Важные замечания
Подшипники качения нельзя бить, иначе останутся вмятины на канавках и шарики при движении будут греметь. По этой же причине при напрессовке или снятии подшипника нельзя прикладывать усилие так, что бы нагрузка шла через шарики.
Также нельзя обтачивать внешние или внутренние кольца для удобства монтажа, это вызовет нагрев, и подшипник «поведет», срок его службы резко сократится.
[править] Источники
http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%BE%D0%B4%D1%88%D0%B8%D0%BF%D0%BD%D0%B8%D0%BA
Справочник Приборостроение и средства автоматики под ред. Гаврилова А.Н. Москва 1964
