Подшипники позволяют достичь ровного движения с низким трением между двумя поверхностями. Движение может быть как вращательным, так и линейным. Линейные подшипники рассматриваются в разделе линейных направляющих.

Основные типы подшипников, используемых при вращательных движениях – подшипники скольжения и подшипники качения. Устройство подшипника каждого типа отличаю свойственные ему особенности, которые определяют применимость его в разных случаях.

Самый древний тип подшипников – это подшипники скольжения, которые воспринимают нагрузку в процессе скольжения. В подшипниках качения нагрузка действует на множество элементов качения, заключенных в подшипнике. В обоих случаях для долгого срока службы подшипника необходимо соответствующее смазывание. Обычно подшипники скольжения стоят дешевле, чем подшипники качения таких же размеров, но подшипники качения выдерживают большие нагрузки и могут работать при более высоких скоростях.

Подшипники, воспринимающие нагрузку, направление которой перпендикулярно оси называются радиальные. Подшипники, воспринимающие нагрузку, направленную параллельно оси называются упорными.

Устройство подшипника скольжения не сложно – обычно это посаженный наглухо цилиндр, чаще стационарный, который заключает в себе и поддерживает движущийся элемент, который обычно называют валом. Подшипники скольжения также называют втулками скольжения.

В подшипниках качения нагрузку принимают на себя элементы качения, это могут быть шарики или ролики. Доступны роликовые подшипники для работы с радиальной и осевой нагрузками или их комбинации. Эти подшипники состоят из одного или двух колец шариков или роликов, расположенных между внутренним и наружным кольцами, таким образом, мы получим однорядные или двухрядные подшипники. Дорожки качения на внутреннем и наружном кольце направляют тела качения. Сепаратор используется, чтобы элементы качения держались на равных расстояниях друг от друга. Между телами качения и дорожками качения может быть зазор, чтобы компенсировать расширение материала при нагревании.

Классификация подшипников по типам на верхнем уровне базируется на виде трения – качения или скольжения. Подшипники качения делятся по типу тел качения на шариковые и роликовые. Шариковые подшипники бывают радиальными, упорными и радиально-упорными, в зависимости от нагрузки, для которой они предназначены. Роликовые подшипники классифицируются по форме роликов – цилиндрические, конические и т.д.

Подшипники качения

Обычно шариковые подшипники стоят дешевле, чем роликовые подшипники сходных размеров и обычно они используются для малых и незначительных нагрузок. У этих подшипников маленькая площадь контакта между дорожками и телами качения. Такая конструкция позволяет им работать на высоких скоростях с минимальным разрушением от усталости и меньшим нагревом, чем роликовые подшипники.

Радиальные шариковые подшипники

Два основных типа радиальных шариковых подшипников – это подшипники с канавкой для ввода шариков и подшипники без канавки.

Кроме того выпускаются специальные подшипники для специфических применений, например двухрядные подшипники, которые могут выдерживать более высокие радиальные нагрузки.

Другой тип – это самоустанавливающийся роликовый подшипник, позволяющий компенсировать несоосность между валом и корпусом.

Радиально-упорные подшипники

Эти подшипники созданы, чтобы выдерживать комбинированную нагрузку. Отношение радиальной и осевой нагрузки зависит от угла контакта между дорожками качения и осью подшипника.

Упорные подшипники

Упорные подшипники главным образом принимают упорную нагрузку и обеспечивают осевое положение вала. Этот тип подшипников отличается от других тем, что расстояние между кольцами перпендикулярно оси вращения. Упорные подшипники обычно состоят из двух дорожек качения, плоских или с углублением для тел качения, которые разделяет сепаратор с телами качения.

Роликовые подшипники

В роликовых подшипниках поверхность соприкосновения тел качения с внутренним и наружным кольцом больше, они в общем случае выдерживают большие нагрузки, чем сравнимые по размеру шариковые подшипники. Роликовые подшипники выдерживают нагрузки от средних до тяжелых и способны выдерживать ударные нагрузки. Они меньше подвержены деформации, чем шариковые подшипники, потому что давление на ролики при соприкосновении при равной нагрузке меньше из-за увеличенной зоны контакта.

Роликовые подшипники делятся на цилиндрические, игольчатые, сферические и конические.

Отдельно выделяют подшипниковые узлы, когда подшипник поставляется вмонтированным в корпус.

Более подробную информацию о каждом типе подшипников Вы можете найти в соответствующих разделах сайта.

Разнообразные виды подшипников позволяют спроектировать и воплотить важные и сложные устройства, приборы, что делает данные элементы незаменимыми при многочисленных видах работ. Чтобы правильно их использовать и всегда подбирать нужный вид этих креплений, следует знать их особенности.

Шариковые подшипники

Подшипники шарикового типа являются наиболее распространенными и популярными среди аналогичных изделий. В данных элементах шарики представляют собой тела качения. Они помещаются в специальные сепараторы, которые предварительно отштампованы по правильной форме. Данные элементы способны передвигаться по разработанным для них дорожкам, которые полностью располагаются во внутренней части колец.

Шариковые подшипники часто выпускаются радиального типа. Они способны воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки. У них есть яркое отличие от упорных подшипников, так как они достаточно быстроходны, что обеспечивается интенсивной частотой вращения элементов.

Особенности радиальных подшипников

Радиальные подшипники шарикового типа часто применяются в технике бытового назначения. Обычно их делают частью разнообразных электродвигателей, редукторов, работающих на высоких скоростях, а также оборудования для медицинских целей или нарезания дерева. Они способны предотвратить смещение вала, который пребывает в постоянном движении. Обычно он перемещается в двух разнообразных направлениях, если вести аналитическое сравнение с позиции корпуса изделия. Подшипник по размерам может сильно отличаться от своих "собратьев", однако оптимальные параметры в диаметре составляют около 100-150 мм.

Роликовые цилиндрические подшипники

Телами качения у данных типов подшипников являются специальные цилиндрические ролики, которые обязательно помещают в сепараторы путем закручивания. Роликовый подшипник необходим тогда, когда есть необходимость выдерживания больших радиальных нагрузок. Это касается тех случаев, когда осевые нагрузки на объект не осуществляются. Быстроходность роликовых подшипников ниже, чем шариковых, однако разница незначительная. Подшипники роликового типа обязательно требуют координации осей мест, на которые осуществляется посадка. Когда данный фактор обеспечить невозможно, появляется кромочное давление на дорожки, осуществляющие качение, что оказывает негативное влияние на качество данных подшипников.

Если ролики у подшипников довольно короткие, могут присутствовать дополнительные конструкционные особенности. Это зависит от того, каким именно образом расположены внешние и внутренние кольца борта. По стандартам производства данных подшипников официально предусматривается 8 разновидностей таких устройств. Иногда используется роликовый подшипник, который имеет редкую форму отверстий, напоминающую конус или цилиндр.

Особенности роликовых подшипников

Существуют роликовые подшипники, у которых отсутствует определенное кольцо. Данная конфигурация изделий также является стандартизированной. Данные изделия выпускаются в двух видах, так как некоторые партии производят с помощью штампованного сепаратора, а для остальных применяют массивный. Во втором случае изделия необходимо дополнительно центрировать по кольцу, обладающему двумя бортами.

Роликовый ступичный подшипник

Роликовые подшипники ступичного типа имеют яркое отличие от остальных похожих разновидностей, так как могут совместно выдерживать осевые и радиальные нагрузки. Данное действие осуществляется благодаря тому, что применяются тела качения исключительно конического типа. Обычно по отношению к оси вращения их располагают по заранее высчитанному для конкретного устройства углу.

Осевые нагрузки легко переносятся благодаря углу наклона определенных колец, играющих решающую роль в удержании устройства. Чем больше угол, тем более высокую нагрузку способен выдержать определенный подшипник. При этом наблюдается значительное понижение радиальной грузоподъемности.

Факторы, на которые следует обратить внимание

Роликовый ступичный подшипник имеет небольшую допустимую частоту вращения колец. Это прослеживается в том случае, если сравнивать устройства с цилиндрическими роликами. Когда происходит сравнение со сферическими роликовыми подшипниками, выясняется, что они примерно одинаковы. Конические подшипники всегда можно разделить на две части, а затем собрать в исходное положение. Можно осуществлять монтаж двух колец раздельно, тогда они условно разделяются на внутренние и внешние.

Подшипник, цена которого часто составляет не более 300 рублей, используются в косозубых передачах, работающих по механическому принципу. Обычно они закрепляются на ступицах транспорта, причем как легкового, так и коммерческого назначения. Иногда данные элементы участвуют в конструкции осевых буксов ж/д транспорта.

Упорные шариковые подшипники

Данные устройства являются одной из разновидностей классических шариковых подшипников. Они необходимы только в том случае, если на поверхность будет осуществляться исключительно осевая нагрузка. Для тяжестей, напирающих радиально, они не предназначены.

Если нагрузки будут осуществляться исключительно в одном направлении, можно использовать подшипники однорядного типа, однако перед их приобретением следует убедиться, что они являются упорными. Иногда на подшипники осуществляется нагрузка с обеих сторон. В этой ситуации можно воспользоваться только двухрядными подшипниками, чтобы использовать их не только в удобном направлении, но и долгосрочно. Чтобы определить точный тип устройства, следует знать номер подшипника, который выглядит так: 2312.

Для создания упорных подшипников можно пользоваться сепараторами практически любого типа. Чаще всего применяются штампованные или массивные виды подшипников. Также производят изделия из листовой или обычной стали, иногда их делают бронзовыми. Шариковый подшипник отлично подходит для конструкции домкратов или разнообразных вертикальных валов.

Упорные роликовые подшипники

Это распространенный вид вспомогательных устройств. Такой подшипник, цена которого составляет от 80 до 400 рублей, способен выдерживать большие нагрузки, если они исключительно осевого типа. Имеют значение дополнительные детали. Часто обращают внимание на номер подшипника, который, например, может выглядеть как 180305, что означает его закрытый с двух сторон тип. Существуют три основных разновидности данных устройств:

С использованием цилиндрических роликов. Они способны выполнять работы при минимально возможных скоростях, при этом отлично справляются с огромной нагрузкой.
С коническими роликами в составе конструкции. Способны выдержать не только максимальные нагрузки осевого типа, но и удары. Есть возможность использовать данные устройства при высоких скоростях вращения, при этом и износостойкость достаточна для того, чтобы заявлять об их надежности.
Со сфероконическими роликами. Они способны легко выдерживать не только осевые нагрузки, но и справляться с повышенными радиальными. У них есть функция самостоятельной установки, что всегда облегчает труд рабочих и позволяет сэкономить время на строительстве, гарантировать отличный результат.

Роликовые упорные подшипники используются не очень часто, однако практически незаменимы в высокомощных генераторах упорного тока, нагруженных валах, отличающихся вертикальным расположением. Данные устройства отличаются пониженной быстроходностью. Сепараторы должны производиться из стали, которая сформирована из цветного металла.

Шарнирные подшипники

Данный тип подшипников обычно применяется при необходимости воспроизведения технологии скольжения. Кольца в данных устройствах обладают сферической поверхностью, что всегда обеспечивает отличную возможность для скольжения.

Данные виды подшипников и являются связующим звеном, так как способны передавать любые типы нагрузок, в том числе и комбинированные, на различные соединения и механизмы, причем как на неподвижные, так и на подвижные конструкции.

Соединение является подвижным по той причине, что одно кольцо постоянно перемещается, если сравнивать его со вторым. Следует помнить, что скорость скольжения характеризуются невысокими показателями, что следует учитывать при использовании данных деталей.

Подшипники часто помогают осуществить важные работы, оборудовать разнообразные механизмы или спроектировать сложные устройства, поэтому надобность в них не иссякает. Часто разнообразные виды подшипников нуждаются в смазке, однако этот аспект не всегда обязателен, поэтому перед установкой или обработкой описанных деталей следует изучить их особенности.

В мире насчитывается около 100 000 наименований и модификаций подшипников. Производством подшипников разного качества и стоимости занимается более 1000 заводов под разными торговыми марками. По основным конструктивным особенностям и направлению восприятия нагрузки (соответственно ГОСТ) подшипники условно делятся на 11 типов. Классификация по ISO несколько отличается.

Классификация и описание подшипников.

1. Радиальные однорядные шариковые подшипники.

Это тип подшипника, у которого самый широкий спектр применения. Рассчитан на восприятие радиальной нагрузки. Выдерживает небольшие осевые нагрузки. Этот тип подшипника имеет хорошие скоростные качества, но плохо работает при возникновении перекоса валов. Внутренний диаметр может быть от миллиметра (наручные часы) до метра. Нагрузочная способность радиального шарикового подшипника по сравнению с другими типами аналогичного габарита небольшая.

Мировыми лидерами по выпуску качественного шарикового подшипника считаются компании NSK (Япония) і SKF (Швеция). В Украине производством радиальных шариковых подшипников занимаются Винницкий и Харьковский подшипниковые заводы.

2. Радиальные двухрядные шариковые подшипники.

Прототипом этого подшипника является однорядный шариковый подшипник.Главная особенность конструкции – наличие сферической поверхности на внешнем кольце, что позволяет ликвидировать главный недостаток однорядного шарикового подшипника – невозможность работы при перекосе или изгибе валов. Этот тип широко применяется в сельхозтехнике и других отраслях промышленности, где применяются длинные и тонкие валы при небольших нагрузках. В 1907 году этот тип изобрел основатель шведской компании SKF Свен Вингквист. Подшипник назывался VOLVO (в то время это название принадлежало SKF). Этим изобретением Свен Вингквист разрешил проблему передачи мощности от одной паровой машины на ткацкие станки по всему цеху. В Украине этот тип ограниченных типоразмеров изготавливают на Харьковском подшипниковом заводе.

3. Радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами.

Телом качения в этом типе является ролик. Площадь взаимодействия с внешней и внутренней обоймами намного больше, чем в шариковых подшипниках. Как следствие, роликовые подшипники имеют большую нагрузочную способность. Конструктивным недостатком этого типа считается полное отсутствие восприятия осевой нагрузки и при работе с перекосом валов подшипник выходит из строя за короткий промежуток времени. Второй недостаток данной конструкции – плохая работа при больших скоростях вращения. В механических узлах этот тип применяется в паре с другими типами подшипников, которые принимают осевую нагрузку на себя. Радиальные роликовые подшипники используются при малых скоростях вращения и высокой радиальной нагрузке. В Украине этот тип не производится, кроме специализированной номенклатуры на Харьковском подшипниковом заводе для железнодорожного транспорта.

Конструкция двухрядного сферического роликового подшипника объединила в себе все наилучшие технические характеристики двухрядного шарикового подшипника и цилиндрического роликового подшипника. Внутрення поверхность внешней обоймы – сферическая, что позволяет компенсировать перекосы валов. Тело качения – ролик сферической формы. Подшипник хорошо работает при больших радиальных неравномерных нагрузках. Эта конструкция широко применяется в таких отраслях, как металлургия, горнодобывающая промышленность, тяжелое машиностроение. Бесспорным мировым лидером по производству этого типа подшипников являются компании SKF (Швеция) и TIMKEN (США). Компания SKF несколько лет назад запатентовала новую разновидность роликового сферического тороидального подшипника CARB, главной особенностью которого является возможность работы при наличии осевой нагрузки. В Украине подшипники этого типа не производятся. Лидером в странах СНГ по объему производства и качества роликовых сферических подшипников является Минский подшипниковый завод.

Этот тип – аналог радиальных роликовых подшипников. Главное отличие – намного большее соотношение длины ролика и его диаметра (иголка). Восприятие нагрузок — такое же, как и у роликового подшипника. Главное преимущество этого типа – небольшие габариты. В механических узлах, где нет больших радиальных нагрузок и отсутствуют радиальные нагрузки – рекомендуется использование именно этого типа. При этом, габариты узла можно уменьшить в несколько раз. Игольчатые подшипники широко применяются в полиграфии, конвейерных и фасовочных машинах, автомобилестроении. Мировым лидером по производству игольчатых подшипников можно считать немецкую компанию INA (Shafleer Group). В Украине игольчатые подшипники не производятся.

6. Радиальные роликовые подшипники с витыми роликами.

Малочисленный тип подшипников. Это аналог цилиндрических роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами. Отличие состоит в наличии спиральной канавки для смазки на теле вращения (ролика) и применении специальных сталей и термообработки во время их производства. Эти подшипники применяются в металлургии при работе в тяжелых и сильно загрязненных условиях.

По своей конструкции радиально-упорные шариковые подшипники похожи на радиальные шариковые подшипники. Главное отличие этого типа – это возможность и необходимость одновременной работы при осевой и радиальной нагрузке. Без одновременного наличия обеих нагрузок работа подшипника невозможна. Эта конструкция обладает такими же скоростными характеристиками, как и обычный радиальный шариковый подшипник. Для одновременной работы при осевых нагрузках с разных сторон, подшипники объединяются в группы (дуплексы, триплексы). Этот тип широко применяется в автомобилестроении, производстве станков.

Изобретателем этого типа (в начале прошлого века) был американский инженер Генри Тимкен, основатель компании TIMKEN. Эта конструкция подшипника способна одновременно воспринимать большую радиальную и одностороннюю осевую нагрузку (для одиночной установки). Желательна работа при одновременном наличии обеих нагрузок. Тело качения в подшипнике – конический ролик. Уже 100 лет компания TIMKEN является ведущим производителем конических роликовых подшипников в мире. Широкое применение эта конструкция нашла в металлургии и тяжелом машиностоении. В Украине конические роликовые подшипники в ограниченной номенклатуре производятся на Луцком подшипниковом заводе (СКФ-Украина).

Упорные шариковые подшипники рассчитаны на работу при осевой нагрузке. Наличие радиальной нагрузки недопустимо. У этой конструкции подшипников прекрасные скоростные качества, но невысокая нагрузочная способность. В Украине упорные шариковые подшипники не производятся.

В отличии от упорных шариковых подшипников телом качения в этой конструкции является ролик. Ролики могут быть цилиндрическими, коническими и сферическими. В зависимости от формы роликов, упорные роликовые подшипники могут компенсировать перекосы и несовпадения осей вала. Упорные роликовые подшипники применяются в тяжелых условиях работы. при больших осевых нагрузках. Основные отрасли использования – металлургия, горнодобывающая промышленность, энергетика. В Украине упорные шарикоподшипники не производятся.

У этого типа подшипника нет тела качения. При работе не происходит кругового вращения. Широкое применение эта группа подшипников нашла в автомобилестроении. Основной производитель шарнирных подшипников на территории СНГ – Саратовский подшипниковый завод.

Несмотря на то, что наш сайт не затрагивает технических характеристик тех или иных устройств, не рассказывает как собрать автомобиль своими руками или как построить деревянный сруб правильно, и посвящен он теме спиннеров для рук, я все же хотел бы затронуть тему основных типов подшипников, тем более, что я обещал эту статью в предыдущей публикации. Итак, предлагаю очень поверхностно рассмотреть какие типы подшипников существуют и более подробно остановиться на том типе, который используется в спиннерах.

Основные типы подшипников

Можно выделить следующие типы подшипников:

шариковые
роликовые (цилиндрические, конические)
игольчатые
упорные (шариковые, роликовые)
двух- и многорядные

Безусловно, эксперты могут не согласиться с такой градацией, но данные типы подшипников максимально понятны для всех.

Шариковые подшипники

Наиболее распространенный тип подшипников. Шариковый подшипник состоит из:

наружного кольца
внутреннего кольца
тел качения (шариков)
сепаратора (в него заключены шарики)

На наружном и внутреннем кольцах есть желоб (беговая дорожка), по которому и катаются шарики. Благодаря точечному контакту между шариками и беговой дорожкой у данного типа подшипников минимальный момент трения, поэтому они могут развивать высокие скорости вращения. Наверное, Вы уже догадались, что в спиннерах используются именно шариковые подшипники. К ним мы еще вернемся немного позже.

Шариковые подшипники

Роликовые цилиндрические подшипники

По сути напоминают собой шариковые подшипники, с той лишь разницей, что в качестве тел качения используются цилиндры, а не шарики. Предназначены для несения высоких радиальных нагрузок при отсутствии осевых. Тип контакта между беговыми дорожками и роликами - линейный, скорость вращения обычно ниже, чем у шариковых.

Роликовый подшипник

Роликовые конические подшипники

Вместо использования цилиндров в качестве тел качения, используются конические ролики (сечением такого ролика будет трапеция). Беговые дорожки на наружном и внутреннем кольцах расположены под углом. Данный тип подшипника воспринимает комбинированные нагрузки (радиальные и осевые).

Роликовый конический подшипник

Игольчатые подшипники

В качестве тел качения используются цилиндрические тела качения - иголки. Отличаются от обычных цилиндрических подшипников прежде всего размером и более низкой себестоимостью. За счет конструктивных особенностей проигрывают в скорости вращения. На сегодняшний день - один из самых востребованных типов подшипников (после шариковых).

Игольчатый подшипник

Упорные шариковые подшипники

Являются разновидностью шариковых подшипников, могут нести воспринимать только осевые нагрузки, радиальные - не могут.

Упорный шариковый подшипник

Упорные роликовые подшипники

Являются разновидностью роликовых подшипников. Используются в тех случаях, когда действуют большие осевые нагрузки.

Упорный роликовый подшипник

Этот тип подшипников включает как шариковые, так и роликовые подшипники. Отличия в том, что в них применяется несколько рядов тел качения.

Двух- и многорядные подшипники

Теперь, когда мы в общем рассмотрели основные типы подшипников, предлагаю вернуться к шариковым подшипникам и рассмотреть их подробнее.

Рассмотрим самые распространенные мифы по поводу подшипников.

Первый «миф»: класс точности

Наибольшее число споров возникает именно по этому вопросу. Что же выбрать? ABEC1, ABEC3, ABEC5, ABEC7 или ABEC9?

ABEC (Annular Bearing Engineering Committee) — комитет по разработке подшипников, являющийся частью Американской ассоциации производителей подшипников (ABMA).

Аббревиатура ABEC используется для указания точности изготовления прецизионных (высокоточных) подшипников.
Не буду терзать Вас сложными техническими вопросами, скажу лишь, что подшипник
608ZZ (тот, что используется в спиннерах для рук) не может иметь класс точности выше ABEC5! Если Вы увидите на таком подшипнике маркировку ABEC7 или ABEC9, то знайте, что это не более чем маркетинговый ход! Да и разница между классами точности исчисляется микронами, поэтому Вы не почувствуете ее ни на скейте, ни на роликах, ни при вращении спиннера. Куда важнее где и кем был произведен подшипник, какая смазка в нем используется, качество материала и т.д.

Второй «миф»: «керамика»

Бытует легенда, что керамические подшипники быстрее, чем их металлические собратья. Это отчасти верно, но нужно четко понимать для каких целей они вам нужны. Керамика по крепости никогда не сравнится с металлом. Использовать керамические подшипники в спиннерах отчасти уместно, хотя и заметить разницу будет не просто, но стоит помнить о том, что керамические подшипники стоят дороже и это отразится на конечной стоимости спиннера. В спиннере за 100-200 рублей не может быть качественного подшипника, тем более керамического.

Третий «миф»: «крепче»

Некоторые люди считают, что закрытые подшипники крепче открытых, за счет дополнительных металлических пластин. На деле это не так, потому что пластина, которая закрывает шарики не касается одного из колец и никакой дополнительной крепости не несет. Закрытый подшипник менее подвержен попаданию грязи внутрь, не более.

Четвертый «миф»: «быстрее»

Однажды в детстве я стал счастливым обладателем роликовых коньков Bauer. После китайских погремушек это был просто “космос” - коньки сами несли меня вдаль, главной проблемой было вовремя остановиться. В коньках стояли подшипники ABEC1 (об этом читайте выше). Но со временем они стали ехать медленнее. Я первым делом начал грешить на подшипники, и в итоге заменил их сразу на ABEC7. Я был полностью уверен в том, что теперь-то я полечу! Каково же было мое удивление, когда после замены скорость не изменилась… В итоге оказалось, что после нескольких лет катаний колеса изрядно стерлись и превратились в “восьмерки” и терлись о раму, из-за чего скорость упала. После смены колес ролики снова полетели, причем и на ABEC1, и на ABEC7. Но вернемся к теме скорости подшипников. Не буду утруждать Вас формулами из физики, скажу лишь, что подшипник 608ZZ может развивать скорость в сотни километров в час! Согласно каталогам производителей этот подшипник может совершать более 30 тысяч оборотов в минуту, или 500 оборотов в секунду. Становится ясно, что таких характеристик более чем достаточно для использования подшипника в спиннере.

Вообще, чем меньше подшипник, тем быстрее он может вращаться. Именно для подшипников маленького размера имеет смысл применять такое понятие, как класс точности (или так называемый ABEC, о котором можно прочитать выше).

Отдельным пунктом стоит упомянуть гибридные подшипники

“Гибридные подшипники имеют кольца из шарикоподшипниковой стали и тела качения из нитрида кремния (Si3N4). Помимо того, что гибридные подшипники являются отличными электроизоляторами, они способны работать на повышенных частотах вращения и в большинстве случаев имеют больший ресурс по сравнению с однотипными цельностальными подшипниками.” Данная фраза взята из спецификации одного из именитых производителей подшипников. Конечно же, речь идет о более серьезном использовании подшипников, нежели в спиннерах, но все же можно уяснить некоторые вещи: керамический или гибридный подшипник в первую очередь используют как изолятор электрического тока, для спиннера эта особенность бесполезна. Ресурс в данном конкретном случае также не играет никакой роли. Несмотря на это, гибридные подшипники являются “золотой серединой” при использовании в спиннерах: они относительно недорогие и развивают высокую скорость вращения.

В качестве эпилога

Я надеюсь, что у читателей появилось понимание того, какие типы подшипников существуют и чем отличаются шариковые подшипники. Не стоит смотреть на класс точности, по крайней мере верить только в него, не стоит надеяться на керамические подшипники, или их гибридных собратьев. Главное - это фабрика, которая произвела подшипник: качество материалов, оборудование. Разница между продукцией завода, производящего десятки тысяч подшипников в день для тяжелой промышленности и автомобильных концернов, и поделками из подвала с кустарным оборудованием где-то в средней Азии - колоссальна. Также важны условия хранения, например, в сыром помещении подшипник может заржаветь. А керамический подшипник из Китая за 50 центов (а то и дешевле) может плохо крутиться. Поскольку, мы занимаемся, в том числе, и производством спиннеров, то подробно изучили все нюансы, связанные с качеством сырья и комплектующих, а также с самим технологическим процессом. Помимо самого подшипника на качество вращения спиннера влияет точность обработки отверстия под него. Небольшое отклонение в допусках/посадках и подшипник встанет с усилием, а значит сильно потеряет в скорости вращения. Интернет-магазин glam-flash качественно отбирает все товары, полностью проверяет их работоспособность, надежно упаковывает и отправляет товар по всей стране. Вы вправе вернуть товар без объяснения каких-либо причин в 14-дневный срок. Всего два условия: товар должен иметь товарный вид и мы не вернем Вам деньги за доставку, потому что пользуемся услугами курьерских служб. Читайте наши обзорные статьи, анонс будет позже!

Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников и некоторыми другими нюансами. Будет полезна студентам ВТУЗов и, возможно, молодым специалистам.

Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.

Постоянный адрес статьи:

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения , замечания и комментарии на электронном адресе: Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!

Старый вариант статьи: http://www.snr.com.ru/e/about_bearings/about_bearing.htm

Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

Рисунок 1 - Подшипники выполняют функции опор осей и валов

Рисунок 2 - Подшипник линейного перемещения

В настоящее время широко находят применение подшипники:

контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качени я и скольжения ;

бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники .

По виду трения различают:

подшипники скольжения , в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

подшипники качения , в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

Рисунок 3 - Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

Рисунок 4 - Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала , непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;

граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки ;

сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности , жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;

газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа , трение минимально.

Таблица 1 - Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки	Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки
	В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS 2 и WS 2 ; В виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS 2 / C , WS 2 / C , TiC / C и наноалмаза; В виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a - C : H ), аморфного углерода (a -С), нитрида углерода (C 3 N 4 ) и нитрида бора (BN ); В виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B 4 C , Al 2 O 3 , SiC , Si 3 O 4 , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN , В виде чешуйчатых пленок из MoS 2 и графита; В виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, В виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, В виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, В виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; Углерод; Полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, Жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), Керамика и металлокерамика.
Жидкостная	Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая; - гидростатическая смазка; - смазка под высоким давлением.
Тонкопленочная	Смешанная смазка (полужидкостная); Граничная смазка.
	Газодинамическая смазка

Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.

	б)

а)	в)
г )

а - внешний вид,

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)

Рисунок 5 - Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

допускают высокую скорость вращения;

позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;

экономичны при больших диаметрах валов;

возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);

допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.

а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Рисунок 6 - Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive ) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделейв широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD ( 0,8-дюймовые )

Таблица 2 - Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD	Требования к подшипнику	Подшипник качения	Гидродинамический подшипник		Типичное применение
Требования к HDD	Требования к подшипнику	Подшипник качения	из твердого металла	из пористого материала*	Типичное применение
Большой объем хранения данных	Однократные биения				Персональный компьютер, сервер
Большой объем хранения данных	Высокие скорости вращения
Низкий уровень шума	Низкий уровень шума				Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)
Низкое потребление тока	Низкий крутящий момент
Устойчивость к ударам	Устойчивость к ударам				Мобильные компьютеры (ноутбуки)
Безотказность	Устойчивость к заклиниванию				Все компьютеры
Жесткость	Жесткость

Примечание:

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);

необходимость в непрерывном смазывании;

неравномерный износ подшипника и цапфы;

применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;

относительно высокая трудоемкость изготовления.

Рисунок 7 - Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

а)

б)

в)

г) д)

а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами ,

д - с бочкообразными роликами

Примечание: приведены только некоторые виды тел качения

Рисунок 8 - В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Рисунок 9 - Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Таблица 3 - Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника	Высокая частота вращения	Восприятие перекоса
Тип подшипника	Высокая частота вращения	Восприятие перекоса	радиальная	осевая	комбинированная
Шариковый радиальный
Шариковый радиальный двухрядный сферический
Радиально-упорный однорядный шариковый
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")
Шариковый с четырехточечным контактом
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец
Радиальный игольчатый
Сферический роликовый
Конический роликовый
Упорный шариковый
Упорный с коническими роликами
Упорно-радиальный роликовый сферический

Примечание:

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;

в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;

экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

простота обслуживания и замены;

меньше расход смазочного материала;

невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;

простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.

а)

б)

в)

г)

д)

e )

а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом, и/ или смазыванием, и/или работойна высоких частотах вращения

Рисунок 10 - Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

повышенная чувствительность к неточности установки;

высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Рисунок 11 - Магнитный подшипник

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Рисунок 12 - Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

Электростатические;

на постоянных магнитах;

активные магнитные;

LC- резонансные;

индукционные;

кондукционные;

диамагнитные;

Сверхпроводящие;

Магнитогидродинамические.

Рисунок 13 - Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника ( АМП )

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Рисунок 14 - Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

относительно высокая грузоподъемность;

высокая механическая прочность;

возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...


а)	б)

а - схема компрессора с подшипниками качения,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Рисунок 15 - Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой , что , например , позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :

Турбокомпрессоры и турбовентиляторы;

Турбомолекулярные насосы;

Электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);

Турбодетандеры;

газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;

инерционные накопители энергии.

Рисунок 16 - Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Рисунок 17 - Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

Русское слово “подшипник ”, судя по названию, образовано от корня “шип” и приставки “под”. То есть подшипник - это нечто расположенное “под шипом”. Вот что говорит на этот счет классический словарь “Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля”, содержащий много старинных и первоначальных значений тех или иных русских слов.

ПОДШИПНЫЙ - то, что под шипом. Подшипник м. в машинах, та часть подушки, на коей лежит шип оси или вала, упорная подкладка, на коей ось обращается.

ШИП - вообще, всякая насаженная, вставленная, припаянная или оттянутая ковкою часть вещи, для вставки в гнездо, для захвата, задержки и пр.

ШИПНИК - м. подшипник или гнездо, куда вкладывается шип оси.

Говоря современным инженерным языком, речь идет о гнезде или втулке, куда вставляется цапфа вала или оси (шип) и там вращается. Первоначально использовались втулки (подшипники скольжения), затем распространились подшипники качения. Однако название осталось, так как подшипник – по-прежнему деталь, которая располагается “под шипом”.

а - внешний вид ступицы колеса телеги,
б - конструкция ступицы колеса телеги

Рисунок 18 - На примере конструкции ступицы колеса телеги, которые широко использовались в России почти до середины XX века, можно понять, откуда произошло слово “подшипник” – нечто расположенное “под шипом”

В английском языке, например, слово “bearing ” (“подшипник”) берет свое начало от “to bear” в смысле “поддерживать” и “нести нагрузку”. То есть bearing - это нечто поддерживающее и несущее нагрузку от вращающейся оси.

Нередко слово “подшипник” пишут как “потшипник” , “подшибник” , “потшибник” , то есть с явной орфографической ошибкой. Это связано с тем, что при произношении согласные “б” и “п”, “д” и “т” довольно близки по звучанию. Поэтому, если человек незнаком с орфографией слова “подшипник” и не знает его происхождения, то старается применить правило “как слышится - так и пишется”. Но в данном случае применять такое правило нельзя.

Подшипники используются в различных уголках мира, и это слово звучит довольно часто из уст инженеров и техников. Однако “подшипники” на разных языках пишутся и звучат по-разному.

Таблица 4 - Слово “подшипники” на некоторых языках мира

Язык	Написание	Транскрипция на английском	Как звучит на русском
Английский	Bearings	[ be:ərɪŋs]	Бэрингс
Арабский	محامل	[ maha:məl ]	махамэль
Голландский	Lagers		Лагхес
Испанский			родамьентос
Итальянский	Cuscinetti		Кушинетти
Китайский	轴承
Корейский	베어링		Пёрин
Немецкий			вальтслагэ
Португальский	Rolamentos		Роламентос
Русский	подшипники		подшипники
Французский	Roulements << Наверх 1 ) Albert Kascak , Robert Fusaro & Wilfredo Morales. Permanent Magnetic Bearing for Spacecraft Applications. NASA/TM-2003-211996; 2) Ball and Roller Bearings. Сat. №2202. NTN, 2001; 3) Care andMaintenanceof Bearings. Сat. № 3017. NTN; 4) Henrik Strand. Design, Testing and Analysis of Journal Bearings for Construction Equipment. Department of Machine Design. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2005; 5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ; 6) Kazuhisa Miyoshi. Solid Lubricants and Coatings for Extreme Environments: State-of-the-Art Survey. NASA, 2007 ; 7) Needle Roller Bearings. Cat.№ 2300-VII/E. NTN; 8) Needle Roller Bearing Series General Catalogue. IKO; 9) NTN Technical Review №71. April 2004. OSAKA, JAPAN; 10 ) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др. DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC BEARING SYSTEM FOR THE HTR-10. 2nd International Topical Meeting on HIGH TEMPERATURE REACTOR TECHNOLOGY . Beijing, CHINA, September 22-24, 2004; 11) Linear Motion Rolling Guide Series General Catalogue , IKO ; 12 ) Precision Rolling Bearings. Cat .№ 2260-II/E. NTN; 13 ) Spherical Plain Bearings. Сat.№5301-II/E. NTN; 14) Torbjorn A. Lembke. Induction Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2003 ; 15 ) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 2001; 16) Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003 ; 17 ) Орлов П.И. Основы конструирования/Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1988; 18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003 ; 19) Толковый словарь живого великорусского языка Владимира Даля.