Все, що треба знати про підшипники

Все, що треба знати про підшипники, від історії винаходу до класифікації, недоліків та різновидах

Повна інформація про підшипники, як створювалися і де застосовуються

Сьогодні без функціональних підшипників складно уявити сучасні механізми та агрегати. Без них не обійтись у виробництві різних запчастин і вузлів. Підшипник абсолютно незамінний в переважній більшості обертових деталей різних вузлів, частин та механізмів. Вони застосовуються як в мініатюрній техніці побутового призначення, так і в гігантських механізмах виробничих промислових комплексах.

Жодне підприємство, виробниче об'єднання, промисловий комплекс не в змозі відмовитися від використання підшипників, попри те, що вони мають обмежений термін дії. Все тому, що у підшипників на сьогоднішній день не існує реальної альтернативи.

У зв'язку з цим ефективність і безперебійність роботи, а відповідно і економічна ефективність кожного підприємства, виробничого об'єднання або промислового комплексу, безпосередньо залежить від своєчасної заміни відпрацювавших своє підшипників.

Історія винаходу та еволюція підшипника

Все нове - це добре забуте старе. Цей безсмертний та не менш геніальний вислів можна сміливо застосувати практично до всіх технологій сучасності. Стосується він і підшипника, незважаючи на те, що з часів його винаходу і до наших днів, він пройшов довгий еволюційний шлях перш ніж прийняв звичну всім нам форму.

Давайте подивимось назад і згадаємо з чого все починалося.

Отже, в 3500 році до н.е. представники відомої єгипетської цивілізації вже у всю користувалися хоч і примітивними, але цілком ефективними опорними підшипниками, але на той час без застосування кульок.

Приблизно в 700-му році до н.е. цивілізація кельтів знала та досить успішно використовувала циліндричні підшипники кочення.

У 330 році до н.е. грецькому військовому інженеру Діаду вдалося створити облогову машину з використанням примітивних підшипників. Вона представляла собою важкий таран, який з легкістю пересувався по роликових напрямних. Таким чином на практиці був застосований основний принцип дії підшипників кочення, тобто тертя ковзання було замінено на тертя кочення, що дозволило машині виконувати поставлені перед нею завдання при використанні не такої вже і значної сили.

У 1490 році н.е. великий геній того часу Леонардо да Вінчі поділився зі світом першими кресленнями підшипника кочення. Це викликало справжній фурор в певних колах, але практичного застосування не знайшло.

У 1794 році Філіп Вогхем запатентував перший аналог сучасного підшипника кочення. На жаль, його зразок так і не був застосований на практиці, так як для повноцінної реалізації ідеї не було відповідних технічних можливостей - ручне полірування кульок не давало необхідної точності.

У 1839 році американський вчений Ісаак Беббіт став винахідником сплаву, завдяки якому стало можливим виробництво кульок для повноцінних підшипників кочення. До складу сплаву входили свинець, мідь, сурма і олово.

Слідом за цим пішов бум технічно обґрунтованих конструкцій шарикопідшипників, багато з яких були запатентовані. А в 1853 році Філіпом Моріцом Фішером був сконструйований перший педальний велосипед, в механізмі якого застосовувалися справжнісінькі підшипники.

Останньою значущою подією для старту широкого розповсюдження та застосування підшипників стало створення Фрідріхом Фішером в 1883 році машини, завдяки якій можна було виробляти шліфування кульок із загартованої сталі. При цьому точність рівня шліфування до цього моменту, перебувала у зоні недосяжності. Створення цієї машини зробило можливим будівництво відомого швейнфуртского підшипникового заводу, завдяки чому підшипники кочення стали використовуватися повсюдно.

З того періоду часу технології виробництва підшипників невпинно удосконалювалися. Зрештою підшипник придбав знайомий нам вигляд, і сьогодні жодне виробництво неможливо уявити без його використання.

Найбільш популярними і затребуваними сьогодні є підшипники кочення та ковзання, і зараз ми поговоримо про них більш детально.

Підшипники кочення, їх різновиди, переваги та недоліки

В основі принципу дії такого підшипника лежить використання сили тертя кочення. Підшипник кочення є конструкцією, що складається з двох металевих кілець з жолобами, між якими розміщені кульки або ролики/голки, зафіксовані всередині сепаратора, встановленого між кільцями. У деяких різновидах таких підшипників він не використовується.

Підшипники кочення класифікують в залежності від:

вида тіл, використовуваних для досягнення кочення - кулькові і роликові/голчасті.
типу навантаження - радіальні, радіально-упорні, упорні, лінійні, а також кулькові гвинтові передачі.
кількості рядів кульок або роликів/голок - однорядні, дворядні, багаторядні.
можливості компенсувати відсутність співвісності вала і втулки - самоустановлювальні та несамоустанавлювальні.

Підшипники кочення володіють такими перевагами:

високим КПД, що досягається завдяки мінімальним втратам від тертя;
у рази, а то і в десятки разів менший момент тертя, ніж в підшипниках ковзання
відсутність необхідності використання дорогих кольорових металів, без яких неможливо ефективне функціонування підшипників ковзання, що позитивно позначається на собівартості виробництва підшипників кочення;
можливість створювати підшипники практично будь-яких габаритів в осьовому напрямку, що розширює діапазон їх застосування;
прекрасні експлуатаційні характеристики і невибагливість в обслуговуванні, відносна простота заміни;
мінімальні витрати мастила;
низька собівартість, що є наслідком масовості виробництва і використовуваних при цьому матеріалів;
високий ступінь взаємозамінності, що позитивно позначається на простоті та швидкості ремонту різних машин і обладнання.

Але є у них і недоліки:

обмежений діапазон застосування - надвисокі швидкості і великі навантаження, включаючи ударні і вібраційні, непідвладні таким підшипникам;
значна маса і габарити в радіальному напрямку;
неможливість створення безшумних підшипників, що викликано похибкою форм;
відносна складність установки підшипникових вузлів;
необхідність дуже точної установки, неточність може вивести вузол з ладу;
при виготовленні невеликих партій підшипників нестандартних типорозмірів значно зростає їх собівартість.

Підшипники ковзання, їх різновиди, переваги та недоліки

Підшипник ковзання складається з корпусу з отвором, в якому розташовується мастильне пристосування, а також втулка з антифрикційного матеріалу (як правило, використовується сплав з кольорових металів). Вал обертається завдяки передбаченому між ним і отвором втулки зазору. Цей зазор ретельно розраховується, щоб забезпечити ефективне функціонування підшипника.

Тертя ковзання в таких підшипниках розділяється на:

Рідинне. Завдяки шару рідкого мастила відсутнє безпосереднє постійне зіткнення поверхонь вала і підшипника. Безпосередній контакт може або бути відсутнім повністю, або бути непостійним - на деяких ділянках.
Граничне. Мастильний матеріал являє собою тонку плівку, а зіткнення підшипника і вала або повне, або зачіпає ділянки значної протяжності.
Сухе. Мастило не застосовується, а зіткнення підшипника з валом відбувається по всій довжині або на ділянках значної протяжності.
Газове. Завдяки наявності газового прошарку між валом і підшипником неможливо безпосереднє їх зіткнення.

Мастило в подібних підшипниках застосовується рідке, пластичне, тверде або газоподібне.

Підшипники ковзання класифікуються залежно від:

форми отвори - одно- і багато-поверхневі; зі зміщенням або без зміщення поверхні; зі зміщенням або без зміщення центру;
напрямків сприйманого навантаження - радіальні, осьові, радіально-упорні;
конструкції - нероз'ємні, роз'ємні та вбудовані;
числа використовуваних масляних клапанів - з одним або декількома;
регульовані – з такою можливістю або без неї.

Підшипники ковзання володіють такими перевагами:

значним діапазоном застосування завдяки здатності нормально функціонувати на надвисоких швидкостях обертання і при великих навантаженнях, включаючи вібраційні і ударні;
економічність при використанні вала значного діаметра;
придатністю для застосування в якості рознімного підшипника (наприклад, колінчастий вал);
можливістю регулювати зазор, що дозволяє встановити вісь вала з максимальною точністю.

Є у них і ряд недоліків:

не найвищий КПД, в зв'язку з помітними втратами від тертя;
неможливість роботи без постійного змащування;
нерівномірність зносу цапфи та самого підшипника;
висока собівартість, тому як при виробництві найчастіше застосовуються кольорові метали;
значна трудомісткість виробництва.

Сподіваємось, що ця стаття допомогла вам та в подальшому, стане в нагоді.