Подшипники скольжения для автомобилей

Детали машин

Подшипники скольжения

Общие сведения

Как упоминалось в предыдущей статье, подшипники являются опорами валов и осей, воспринимая нагрузки, приложенные к валу или оси, и передавая их на корпус машины. Иногда подшипники используются в качестве опор для деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на валу или оси.

В зависимости от вида трения, возникающего в подшипнике, они делятся на подшипники скольжения и качения.
В зависимости от направления воспринимаемой нагрузки подшипники бывают:

• радиальные – воспринимающие радиальные силы, т. е. перпендикулярные оси цапфы;
• упорные – воспринимающие осевые силы (параллельные оси цапфы); упорные подшипники иногда называют подпятниками;
• радиально-упорные – способные воспринимать и радиальные, и осевые силы.

Особенности конструкции подшипников скольжения

В большинстве случаев подшипники скольжения состоят из корпуса, вкладышей и смазывающих устройств. Конструкции подшипников скольжения разнообразны и зависят от конструкции машины. В простейшем виде подшипник скольжения представляет собой втулку (вкладыш), встроенную в станину машины (рис. 1).
На рис. 2 и рис. 3 подшипники имеют отдельный корпус, который крепится к станине машины.

Основным элементом подшипника скольжения является вкладыш 1, который устанавливают в корпус подшипника (рис. 3) или непосредственно в станине или раме машины (рис. 1). Рабочая поверхность вкладыша в сочетании со смазочным материалом (или без него) обеспечивает минимальное трение между деталями, имеющими взаимное перемещение в механизме.

Подшипники скольжения делят на разъемные (рис. 2) и неразъемные (рис. 3).

Неразъемные (глухие) подшипники применяют при малой скорости скольжения и работе с перерывами (механизмы управления) в цапфах, где их монтаж не вызывает затруднений.

Разъемные подшипники имеют основное применение в общем машиностроении и особенно в тяжелом машиностроении. Их основное достоинство – удобство монтажа на цапфу и возможность установки в труднодоступных для сборки участках валов и осей.

При большой длине цапф, когда возможен существенный перекос осей при монтаже или во время работы машины, применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 4). Сферические выступы вкладышей позволяют им самоустанавливаться, компенсируя тем самым перекосы цапф от деформации вала или неточности монтажа, обеспечивая равномерное распределение нагрузки по длине вкладыша.

Подпятники (упорные подшипники) устанавливаются на цапфах с целью восприятия осевой нагрузки, действующей на вал. Пример конструкции подпятника (упорного подшипника скольжения) показан на рис. 5.

Достоинства и недостатки подшипников скольжения

К достоинствам подшипников скольжения можно отнести следующие свойства:

1. Простота конструкции (для тихоходных и малонагруженных машин подшипники скольжения выполняются в виде обычной втулки), относительно малая стоимость изготовления.

2. Надежная работа в высокоскоростных приводах (подшипники качения в этих устройствах имеют малую долговечность).

3. Способность воспринимать значительные динамические нагрузки (удары, вибрацию) вследствие больших размеров площади рабочей поверхности, воспринимающей нагрузку, и высокой демпфирующей способности масляного слоя между валом и вкладышем.

4. Низкий уровень шума во время работы (работают практически бесшумно на любой скорости).

5. Сравнительно малые радиальные размеры (рис. 1).

6. Разъемные подшипники скольжения допускают установку на шейки валов сложной конфигурации (например, коленчатых валов), при этом не требуется демонтаж деталей (шкивов, зубчатых колес и т. п.), размещенных на других цапфах вала.

Недостатки подшипников скольжения:

1. В процессе работы требуют постоянного контроля из-за высоких требований к наличию смазочного материала и опасности перегрева; перерыв в подаче смазки может привести к отказу подшипника.

2. Имеют сравнительно большие осевые размеры для увеличения рабочей площади поверхности, воспринимающей нагрузку.

3. Значительные потери на трение в период пуска и при некачественной смазке.

4. Относительно высокие эксплуатационные расходы из-за большого расхода смазочного материала, необходимости его очистки и охлаждения.

5. Влияние на износ поверхности цапфы, особенно в период пуска или при некачественной смазке.

Область применения подшипников скольжения

Подшипники скольжения широко применяются в машиностроении и приборостроении, когда применение подшипников качения невозможно или нецелесообразно:

• для валов машин с ударными и вибрационными нагрузками (двигатели внутреннего сгорания, механические молоты и др.);
• для коленчатых валов, когда по условиям монтажа необходимо использовать разъемные подшипники;
• для валов очень больших диаметров, для которых подшипники качения не изготавливают;
• для высокоскоростных валов, когда подшипники качения непригодны из-за малого ресурса (центрифуги и т. п.);
• при очень высоких требованиях к точности и равномерности вращения (шпиндели станков и т. п.);
• в тихоходных и малонагруженных машинах, бытовой технике;
• при работе в агрессивных средах, в которых подшипники качения непригодны;
• при высоких требованиях к бесшумности работы машины.

Материал вкладышей подшипников скольжения

Материалы, используемые для изготовления вкладышей подшипников скольжения должны обладать следующими свойствами:

• иметь достаточную износостойкость и высокую сопротивляемость заеданию при несовершенной смазке (периоды пуска, разгона, торможения);
• иметь высокую сопротивляемость хрупкому разрушению при действии ударных нагрузок и достаточное сопротивление усталости;
• иметь низкий коэффициент трения;
• обладать высокой теплопроводностью;
• иметь низкий коэффициент температурного расширения.

В процессе работы машины изнашиваться должны вкладыши, а не цапфы вала, поскольку замена или восстановление вала значительно дороже замены вкладышей. Подшипники скольжения работают тем надежнее, чем выше твердость поверхности цапфы, поэтому цапфы валов, как правило, закаливают и упрочняют.

Вкладыши подшипников скольжения бывают металлические, металлокерамические и неметаллические.

Металлические вкладыши выполняют из бронзы, баббитов, алюминиевых и цинковых сплавов, антифрикционных чугунов.

Бронзовые вкладыши широко используют при средних скоростях и больших нагрузках.
Наилучшими антифрикционными свойствами обладают оловянные бронзы марок БрО10Ф1, БрО4Ц4С17 и др.
Алюминиевые и свинцовые бронзы вызывают повышенный износ поверхностей цапф, поэтому их устанавливают только на закаленные цапфы. Свинцовые бронзы используют при знакопеременных ударных нагрузках.

Вкладыши с баббитовой заливкой используют для подшипников в ответственных конструкциях при тяжелых и средних режимах работы (дизели, компрессоры и т. п.).
Баббит – сплав на основе олова или свинца – является одним из лучших антифрикционных материалов для подшипников скольжения. Он хорошо прирабатывается в узле, стоек против заедания, но имеет невысокую прочность. Поэтому баббит заливают лишь тонким слоем на рабочую поверхность вкладыша, выполненного из стали, чугуна или бронзы. Лучшими считаются высокооловянные баббиты марок Б88, Б83.

Чугунные вкладыши из антифрикционных чугунов (например, марки АЧС-1 и др.) применяют в малоответственных тихоходных машинах и механизмах.

В массовом производстве вкладыши штампуют из стальной ленты, на которую наносится тонкий антифрикционный слой из баббитов, оловянных сплавов или неметаллов (фторопласт и др.).

Металлокерамические вкладыши изготовляют прессованием и последующим спеканием порошков меди или железа с добавлением графита, олова или свинца. Особенностью этих материалов является их пористость, которую используют для предварительного насыщения горячим маслом. Вкладыши, пропитанные маслом, могут долго работать без подвода смазочного материала.
Металлокерамические вкладыши применяют в тихоходных механизмах и в местах, труднодоступных для подвода смазки.

Для вкладышей из неметаллических материалов применяют антифрикционные пластмассы (марки АСП), древеснослоистые пластики, резину и др. Эти материалы устойчивы против заедания, хорошо прирабатываются, неприхотливы к смазочному материалу (могут работать при смазывании водой), что имеет существенное значение для подшипников насосов, гребных винтов, пищевых машин и т. п.

Характер и причины отказов подшипников скольжения

Работа подшипников скольжения сопровождается абразивным изнашиванием вкладышей и цапф, заеданием и усталостным выкрашиванием.

Абразивное изнашивание возникает вследствие попадания со смазочным материалом абразивных частиц и неизбежности граничной смазки при пуске и останове машины.

Заедание возникает при перегреве подшипника. При установившемся режиме работы температура подшипника не должна превышать допустимую для материала вкладыша и сорта используемого масла. С повышением температуры материал вкладыша расширяется, а вязкость масла снижается. Разжижение масла приводит к тому, что масляная пленка местами разрывается, возникает зона металлического контакта между вкладышем и цапфой, где под действием молекулярных сил образуются мостики микросварки, приводящие к глубинному вырыванию материала.
В результате происходит заедание цапфы в подшипнике и, как следствие, вкладыши расплавляются или полностью захватываются разогретой цапфой и проворачиваются в корпусе.

Усталостное выкрашивание поверхности вкладышей происходит редко и встречается при пульсирующих нагрузках и работе подшипника в режимах несовершенной смазки.

Источник статьи: http://k-a-t.ru/detali_mashin/29-podshipniki_skoljenia-1/index.shtml

Классификация подшипников скольжения: как устроен подшипник, применение, достоинства и недостатки

В статье поговорим о том, как устроены подшипники качения (шариковые) и скольжения для валов, а также о разнице, отличиях устройств, достоинствах и недостатках конструкций. Эти детали используются во всех сферах деятельности (машиностроении, транспорте, сельском хозяйстве, медицине, быту и промышленности), этим обусловлена актуальность темы.

Что такое представляет из себя деталь

Этот механизм снижает трение при вращении оси в проушине. Аналогичные устройства использовались человечеством со времен неолита, когда люди впервые употребили жир для смазывания осей. Примером этого может служить гончарный круг. Египтяне при строительстве и орошении земли широко применяли все виды блоков и смазывали маслом, водой все вращающиеся детали. Позднее стали использовать деготь, графит, воск для смазки осей колес.

Современные детали – это уже совсем другие высокотехнологичные изделия.

В статье вы можете найти общие сведения о подшипнике скольжения и увидеть фото, как выглядит механизм.

Классическое устройство – это две втулки, плотно подогнанные друг к другу с высокой степенью обработки поверхностей. Для скольжения между плоскостями добавляется смазочный материал, или один из элементов делают из скользкого вещества, например, графита или фторопласта.

Классификация и виды подшипников скольжения

На предприятиях изготавливают три типа узлов, исходя из материала изготовления; размеров втулок, колец; типов вкладышей; конструктивных особенностей:

1. линейный с цилиндрическим стержнем. Это опора, которая действует в прямолинейном направлении и обеспечивает работу при больших перемещениях и значительных нагрузках;
2. сферический. Он запускает процесс трения на маленькой скорости и допускает небольшой перекос в оси. В основном он используется в изделиях с колебательным движением (качение).
3. упорный. Опора с таким подшипником еще называют подпятником. Она применяется в машинах, где изначально задана определенная жесткость (паровой двигатель, турбина).

Классификация по способу подачи смазки и ее вида

Изделия классифицируют по следующим параметрам:

1. По форме отверстия. В зависимости от целей эксплуатации, просветы подшипников бывают: со смещенным центром (для монтажа вала); с поверхностью, которая сдвинута в сторону; с одной или несколькими плоскостями).
2. По направленности реакции (осевые, продольные и комбинированные).
3. По конструкции (неразъемные, разъемные для необходимости монтажа, встроенные, когда элемент является частью агрегата).
4. По регулировке (без настройки и с функцией изменения внутреннего зазора при выработке).
5. По виду материала для скольжения (гидростатические, гидродинамические, газостатические, газодинамические и с твердой смазкой).

Как работает гидростатический подшипник скольжения – принцип действия, особенности работы

Часто эту деталь еще называют гидравлической. Она служит для обеспечения многолетней работы изделия, широко используются во всех сферах производства из-за надежности и простоты строения.

Состоит из двух деталей: внешнего и внутреннего кольца. Пространство между осью и корпусом постоянно нагнетается смазывающей жидкостью. Часто в этом отверстии находятся вкладыши из более мягких материалов. Например, на таких опорах лежит коленвал автомобиля.

В маркировке основная цифра отражает диаметр вала в милимметрах. Остальные буквы и цифры – это обозначения особенностей конструкции и условия эксплуатации.

Все изделия этого типа обязаны соответствовать установленным стандартам, от этого зависит их номенклатура.

Подшипники скольжения, выходящие с конвейера, проходят проверку на качество, соответствующее ГОСТу.

Мы приведем таблицу основных стандартов:

Норматив	Какой ГОСТ регулирует
Сокращения и условные обозначения	7904-1
Параметры для расчета	4378-4
Стандарты для втулок из медных сплавов	4379-2006, 29201-91
Конструкттивные особенности и подшипниковые материалы	4378-1
Размеры и типы колец	28801-90
Размеры керамических втулок	2795-2001
Размеры и виды втулок, типы спекаемых материалов	24833-81
Определения и термины для подшипников механизмов и машин	18282-88

Согласно этим нормативам, можно определить их правильную маркировку и особенности. Но несмотря на все различные варианты, все они обладают одинаковыми достоинствами.

Преимущества гидродинамического узла вращения:

• Длительный срок эксплуатации.
• Рассчитан на большие нагрузки.
• Имеет среднюю скорость вращения.

• Для правильной работы необходимы дополнительные устройства: насос для создания давления, поддон для сбора отработанного масла.
• Как следствие – это усложняет конструкцию агрегата.

Гидродинамические подшипники скольжения

Этот вид выгодно отличается от первого, потому что технологическая жидкость нагнетается в пространство внутри трущихся деталей за счет вращения вала.

Особенностью работы подшипника является то, что чем больше частота вращения вала, тем качественнее становится смазочный слой между вращающимися сферами. При этом, на малых оборотах резко возрастает трение. Как следствие – происходит износ детали.

• Большие обороты вращения.
• Длительный эксплуатационный срок.
• Высокие нагрузки.

К недостаткам можно отнести:

• Невозможно применять на низких оборотах.
• Серьезные требования к качеству вещества для смазки.

Газостатический тип подшипника скольжения

• Обеспечивает высокие обороты вращения вала.
• Фактическое отсутствие износа в линейных режимах работы.
• Не требует специально разработанных смазок.

К недостаткам подшипников скольжения этого класса относятся:

• Плохие характеристики в переходных режимах (пуск, остановка).
• Узкая сфера использования.
• Высокие требования к качеству исполнения, монтажа и создания условия работы.
• Невозможность использовать в агрегатах с большими нагрузками на оси.
• Полное отсутствие осевого ограничения.

Давайте рассмотрим строение подшипника скольжения, из чего он состоит (втулка, корпус), материалы, необходимые для изготовления на схеме:

На рисунке цифрами обозначены элементы строения механизма:

• 1 – это втулка.
• 2 – материал, пропускающий газы.
• 3 – канал подачи давления.
• 4 – корпус.
• 5 – запорная втулка для герметизации.

На схеме не обозначена цапфа, а вкладыш складывается из пористой вставки и втулки.

Через статичное кольцо с проходами подается газ под давлением, который проникает в промежуток между цапфой и корпусом. Необходимо выбрать целесообразную конфигурацию канавок с внутренней стороны окружности (вкладыша) и давление поступающего газа. Чтобы плоскости вкладыша и цапфы не соприкасались надо правильно выставить режим оборотов и нагрузки.

При повышении оборотов соприкосновение между этими материалами будет по времени сокращено до периода разгона, что приведет к меньшему износу. Подшипниковый узел возможно заставить работать тише, с меньшими вибрациями при больших оборотах. Задачей инженеров является добиться создания устойчивой воздушной подушки между быстро вращающимися плоскостями.

Газодинамические

Этот тип узла является принципиальным аналогом гидродинамического. При высоких оборотах внешний воздух затягивается внутрь в пространство между осью и корпусом. За счет создания воздушной подушки получаются зазоры в подшипниках скольжения , что минимизирует трение.

Устройство, как и у всех остальных узлов состоит из:

• Корпуса.
• Движущейся втулки.
• Проставки, позволяющей нагнетать и удерживать воздушный слой.

Область использования такого подшипника весьма ограничена. Потому что эффективная работа узла возможна только при высоких скоростях. Нагрузка на оси также небольшая. В технике применяется еще один тип – радиальный подшипник скольжения.

Преимущества данной конструкции:

• Очень низкий коэффициент трения.
• Не требуется специальных материалов для смазки (основой является воздух).
• Отсутствие компрессорных установок.
• Высокие обороты вращения.

• Узкий диапазон работы (эффективно показывает себя при определенных скоростях).
• Малое количество циклов запуска и остановки.
• Низкая нагрузка на ось.
• Полное отсутствие осевых ограничений.

Где используется подшипник скольжения с твердой смазкой, для чего он нужен, область применения и назначение

Инженеры уже давно обратили внимание на свойства некоторых веществ, которые снижают трение. Такими скользкими материалами являются: графит, чугун, бронза и их совместные вариации. В случаях, когда требуются большие усилия на ось, при небольших интервалах нагрузки подшипниковый узел с твердой смазкой является самым удобным решением. Например, втулка в стартере.

Механический компонент состоит из:

• Обоймы, которая может быть сделана как из скользящего, так и из конструкционного вещества.
• Вращающиеся детали.
• Возможны варианты, когда скольжение достигается при помощи втулки, движущейся относительно и обоймы и вала.

Главным условием исправной работы является соприкосновение в узле двух материалов, имеющих минимальный коэффициент трения при соприкосновении. Например: сталь с графитом; чугун с бронзой; сталь с фторопластом. Элементом, обеспечивающим низкое трение, являются частицы от узлов, появившиеся в результате стирания. Чешуйчатая структура графита создает эффект множества прокладок, скользящих относительно друг друга.

Посадка подшипников скольжения без смазки требует определенных условий, достаточно простых допусков.

• Предельная простота, как в изготовлении, так и в монтаже.
• Выдерживает очень высокие нагрузки.
• При длительном хранении не теряет свои функциональные свойства.
• Возможно исполнение как осевого, так и продольного подшипника.
• Высокий температурный диапазон работы.

• На вращении маленький ресурс работы.
• Узкая сфера применения.
• Плохие характеристики по перегреву.

Смазка для сменных деталей подшипников скольжения

Для определенного вида изделия требуется своя смазочная жидкость, которая обеспечивает работу всего узла и отвечающая за надежность и безотказность всей опоры.

Материал подбирают по совместимости цветных металлов и их сплавов из которых сделаны вкладыши и втулки. Также очень важно учитывать параметры динамических и статистических нагрузок на опоры. Некорректно подобранная жидкость может просто изменить свою структуру (стать жидкой, что ведет к подтеканию узла) или ее может вытолкнуть с места при трении.

Смазка бывает нескольких видов:

• Жидкая. В ее основу могут входить синтетическое или минеральное масло, силикон. В керамических конструкциях роль смазочного материала может играть вода.
• Твердая (из графита).
• Газообразная.
• Консистентная (пластичная) – литол, солидол, циатим.

Как выбрать смазку

Очень важно правильно подобрать смазочный материал. Ведь от этого зависит надежность и долговечность работы механизма. Он должен защитить металл от коррозии, от загрязнений и смягчить нагрузку при ударе. Тогда изделие сможет стабильно работать в критических нестандартных ситуациях.

Почти 35 процентов машин ломаются из-за неправильного подбора жидкости.

Необходимо точно следовать техническим характеристикам данного узла, произвести расчет по скорости, нагрузке, температурным колебаниям, размерам детали.

При выборе смазке необходимо учитывать такие требования:

• В каких климатических условиях будет производиться работа.
• Какую нагрузку будет нести опорный узел.
• Будет ли эта деталь соприкасаться с пищей.
• Минимальное и максимальное значение рабочей температуры. При высоких нагрузках и больших оборотах поверхности нагреваются, что приводит к нарушению свойств скользящего слоя. Также негативно влияют экстремально низкие значения (в условиях крайнего севера).

Мы приводим таблицу, которая подскажет вам, чем смазать подшипник скольжения.

Условные обозначения пластических смазок

Код обозначения марки пластической смазки	Марка смазочного материала	Код обозначения пластической смазки	Марка смазочного материала
—	ЦИАТИМ-201	С18	ВНИИНП-233
С1	ОКБ-122-7	С20	ВНИИНП-274
С2	ЦИАТИМ-221	С21	ЭРА
С3	ВНИИНП-210	С22	СВЭМ
С4	ЦИАТИМ-221С	С23	ШРУС-4
С5	ЦИАТИМ-202	С24	СЭДА
С6	ПФМС-4С	С25	ИНДА
С7	ВНИИНП-221	С26	ЛСД-3
С8	ВНИИНП-235	С27	ФАНОЛ
С9	ЛЗ-31	С28	CHEVRON SRI-2
С10	№158	С29	РОБОТЕМП
С11	СИОЛ	С30	ЮНОЛА
С12	ВНИИНП-260	С31	ЛИТИН-2
С13	ВНИИНП-281	С32	№158М
С14	ФИОЛ-2У	С33	ФИОЛ-2МР
С15	ВНИИНП-207	С34	ШРУС-4М
С16	ВНИИНП-246	С35	BERUTOX FE 18 EP
С17	ЛИТОЛ-24	С36	ВН-14

Подшипники скольжения или качения: чем отличаются и что лучше

Изделия, которые подразумевают повороты, снабжаются деталями для качения или скольжения, в зависимости от того какая сила на них будет распространяться, и какой импульс будет подаваться.

Принцип устройства подшипника качения выглядит так. Он состоит из двух колец, между которыми сделана специальная выдолбленная дорожка. Она заполняется элементами, которые будут постоянно находиться в движении. Эти компоненты, в основном, состоят из металлических шариков разного диаметра. Альтернативным решением считаются другие формы, такие как иголки и цилиндр.

Подшипники скольжения и качения трудны в ремонте и восстановлении дефектов, так как в большинстве случаев они бывают несъемными, их расчет и сборка – дело рук профессиональных токарей, потому что зазор между втулкой и осью бывает минимальным. Чтобы вам не приходилось часто менять их на новые, держите детали в надлежащем виде, а именно следите за состоянием смазки, храните при положительных температурах в закрытом помещении.

Определить, какие подшипники лучше, невозможно. Так как сфера использования их различная. Одни лучше применять при больших оборотах и значительном напряжении, вторые более эффективно справляются с малой частотой вращения. При этом следует учитывать размеры втулок, внутреннего и внешнего кольца, диаметр вращающихся элементов (шариков, роликов, иголок, цилиндров). При выборе правильной модели инженеры всегда опираются на нормативные акты (СНИП, СанПиН и ГОСТ).

В нашей статье мы подробно рассказали какие бывают подшипники скольжения, критерии работоспособности и их хранение с помощью смазочных материалов. Рекомендуем вам заказывать опорные узлы в интернет-магазине «Подшипник Моби» – большой ассортимент и качественные детали.

Источник статьи: http://podshipnik.mobi/klientam/blog/klassifikatsiya-podshipnikov-skolzheniya-kak-ustroen-podshipnik-primenenie-dostoinstva-i-nedostatki.html