Как инженер, вы знаете, как важно быть точным, точным и надежным.
Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, насколько простой шарикоподшипник способствует этим важным качествам в широком диапазоне технических применений? Шариковые подшипники используются во всем: от автомобилей до космических кораблей, медицинских устройств и роботов.
Они позволяют деталям свободно двигаться и уменьшают трение между движущимися и неподвижными частями.
Независимо от того, являетесь ли вы новым студентом инженерного факультета или опытным инженером, который хочет узнать больше, эта статья познакомит вас с миром шарикоподшипников и объяснит, почему они так важны во многих областях техники.
Так что пристегните ремни и начнем это интересное путешествие в мир шарикоподшипников.
Введение в шарикоподшипники
Формальное определение:
Подшипник качения допускает свободное движение между подвижными и неподвижными частями посредством шариков, зажатых между наружным и внутренним кольцами.
Шариковые подшипники являются важной частью многих отраслей промышленности, таких как транспорт, электроника, производство и процесс превращения бумаги в различные типы бумаги.
Задача шарикоподшипника — уменьшить трение и выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки.
Это достигается за счет использования по крайней мере двух гонок, чтобы удерживать шары на месте и передавать нагрузки через шары.
В большинстве случаев одна обойма закреплена, а другая прикреплена к движущемуся узлу или валу.
Когда внутреннее кольцо вращается, шарики катятся по внутренней дорожке качения.
Внешнее кольцо, с другой стороны, остается неподвижным.
Это перекатывающее движение снижает трение и делает движение плавным.
Как работают шарикоподшипники
Идея подшипника проста: лучше катиться, чем скользить.
Подшипники уменьшают трение за счет использования гладких металлических шариков или роликов и гладких металлических поверхностей как внутри, так и снаружи подшипника.
Эти шарики или ролики «несут» вес, что позволяет устройству легко вращаться.
Большинство шарикоподшипников изготавливаются из четырех частей:
- Большое внешнее кольцо (или неподвижная внешняя дорожка качения).
- Внутреннее кольцо меньшего размера (или вращающаяся внутренняя дорожка качения), прикрепленное к вращающемуся узлу или валу.
- Ряды шариков застряли между дорожками качения двух колец.
- Клетка или перегородка, которая удерживает шары на месте и не дает им соприкасаться друг с другом.
Распространенные типы шарикоподшипников
В зависимости от того, как они сделаны, существует два типа шарикоподшипников:
- Типы Conrad: эти подшипники имеют один ряд шариков между двумя дорожками качения.
Они могут выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки, но величина осевой нагрузки, которую они могут воспринимать, обычно ограничена.
Типы с максимальной грузоподъемностью: эти подшипники имеют больше шариков, чем подшипники Conrad, поэтому они могут выдерживать более высокие нагрузки в радиальном направлении.
Но они не так хорошо справляются с осевыми нагрузками.
Шариковые подшипники также можно разделить на три типа в зависимости от того, какой вес они могут удерживать.
- Радиальные подшипники: эти подшипники воспринимают нагрузки, перпендикулярные оси вращения.
- Упорные подшипники: эти подшипники воспринимают нагрузки, параллельные оси вращения и называемые осевыми нагрузками.
Радиально-упорные подшипники могут одновременно воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки.
Откройте для себя острые ощущения от шарикоподшипников в машиностроении
Все еще трудно понять? Немного изменю точку зрения:
Хотите сделать свою инженерную работу более интересной? Хотите сделать свой последний проект более интересным? Что ж, мы знаем, что делать: забыть о сложных алгоритмах, новых материалах и передовых технологиях.
Нет, старый добрый шариковый подшипник — это все, что вам нужно, чтобы действительно встряхнуть все вокруг.
Да, те крошечные сферы, которые позволяют свободно перемещаться между частями, которые движутся, и частями, которые не движутся.
Звучит скучно, не так ли? Ну, ты ошибаешься.
Потому что, как мы скоро узнаем, шарикоподшипники могут быть самой иронией захватывающей части в мире машиностроения.
Хорошо, это была просто шутка, сделанная, чтобы выглядеть как телевизионная реклама.
Теперь вернемся к объяснению.
Компоненты и типы шарикоподшипников
Типы шарикоподшипников
Шариковые подшипники представляют собой механические узлы, состоящие из частей качения и, в большинстве случаев, из внутренних и внешних колец.
Их можно использовать для валов, которые вращаются или движутся прямолинейно.
Cуществуют различные виды шарикоподшипников, и каждый из них имеет свои особенности и области применения.
- Радиальные шарикоподшипники.
Cамый распространенный тип шарикоподшипника — с глубокой канавкой.
У них есть глубокие канавки для дорожек качения, а внутреннее и внешнее кольца имеют дуги окружности, которые немного больше, чем шарики.
Такая конструкция позволяет подшипникам выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки и работать на высоких скоростях, при этом воспринимая ограниченные осевые нагрузки, осевые нагрузки или и то, и другое.
Радиальные шарикоподшипники можно использовать во многих различных устройствах, например, в вентиляторах, двигателях, промышленных машинах, автомобильных колесах и бытовых инструментах.
Шариковые подшипники с радиально-упорными.
Шарикоподшипники с угловым контактом хороши для комбинированных нагрузок, когда необходимо передавать как радиальные, так и осевые усилия.
Они предназначены для работы как с радиальными, так и с осевыми нагрузками, что делает их идеальными для ситуаций, когда оба типа нагрузок распространены.
Эти подшипники могут воспринимать большую силу в одном направлении, а некоторые однорядные подшипники предназначены для установки парами, чтобы получить от них максимальную отдачу.
Они часто используются в насосах, компрессорах, электродвигателях, сельском хозяйстве, химической промышленности, промышленности общего назначения, коммунальных услугах и многих других промышленных применениях.
- Шариковые подшипники, которые выравниваются сами.
Лучшим способом поглощения радиальных усилий являются самоустанавливающиеся шарикоподшипники.
Они имеют два ряда шариков и дорожку качения для всех шариков на внешнем кольце.
Эта уникальная конструкция позволяет подшипнику самовыравниваться и компенсировать любую несоосность между валом и корпусом.
Это снижает вероятность того, что несоосность приведет к повреждению.
Cамоустанавливающиеся шарикоподшипники часто используются в таких вещах, как печатные станки, текстильное оборудование и сельскохозяйственные инструменты.
- Моментные шарикоподшипники.
Упорные шарикоподшипники предназначены для работы с нагрузками, которые толкают в том же направлении, что и ось подшипника.
Они могут выдерживать осевые нагрузки, потому что у них есть вращающаяся часть, которая представляет собой шарик или цилиндр.
В большинстве случаев эти подшипники используются в автомобильных трансмиссиях, аэрокосмических системах и станках.
- Шариковые подшипники из керамики.
Керамические шарикоподшипники изготавливаются так же, как и стальные шарикоподшипники, но вместо стальных шариков в них используются шарики из керамического нитрида кремния (Si2N4).
Керамические шарикоподшипники лучше стальных во многих отношениях, в том числе тем, что их легче катить, потому что их поверхности более гладкие, а их размеры более однородны.
Они также более долговечны, поскольку тверже стали и теряют меньше энергии из-за меньшего трения, что позволяет оборудованию работать более эффективно и дольше.
Керамические шарикоподшипники часто используются в высокопроизводительных устройствах, таких как аэрокосмическая промышленность, гоночные автомобили и промышленное оборудование высокого класса.
Компоненты шарикоподшипников
Шариковые подшипники состоят из трех основных частей: внутреннего кольца, наружного кольца и того, что катится.
Движущейся частью является либо шарик, либо ролик, и он движется по дорожке качения или по дорожке, проложенной во внешнем и внутреннем кольцах.
Фиксатор шариков или сепаратор удерживает шарики от трения друг о друга, поэтому они могут свободно двигаться.
Шариковые подшипники удерживают шарики на месте и передают нагрузки через них, используя как минимум две дорожки качения для удержания шариков на месте.
Одна обойма соединена с вращающейся частью (например, вал или ступица), а другая зафиксирована (например, корпус).
Шариковые подшипники имеют очень низкое трение, потому что они используют трение качения вместо трения скольжения.
Кольца и шариковые подшипники изготовлены с высокими допусками и округлостью, и они много полируются, чтобы сделать вращение плавным.
Это снижает крутящий момент или сопротивление вращению, вызванное трением.
То, для чего используется подшипник, также влияет на его ширину.
Например, подшипники с тонким сечением используются, когда места мало.
Разница в диаметре и ширине между внешней и внутренней дорожками сведена к минимуму.
Это дает возможность делать небольшие конструкции.
Производство и техническое обслуживание шарикоподшипников
Производство шарикоподшипников
Шариковые подшипники являются важными частями многих промышленных машин и вращающихся инструментов, таких как автомобильные колеса, шпиндели станков и насосы.
Большинство шарикоподшипников изготавливаются из высокоуглеродистой хромистой стали, которую также называют хромистой сталью, потому что она недорогая и служит долго.
Но подшипники также могут быть изготовлены из таких материалов, как нержавеющая сталь, керамика, пластик или даже стекло.
Шариковые подшипники изготавливаются в процессе, который включает в себя такие этапы, как формование, резка, промывка, размагничивание, термообработка, шлифовка, хонингование, притирка и сборка всего вместе.
Первый шаг — нарезать проволоку или стержень на небольшие кусочки.
Количество материала, необходимого для заготовки, немного больше, чем нужно для готового шарикоподшипника.
Затем заготовка превращается в шар через серию этапов шлифовки и полировки.
После этого шарики обрабатывают теплом, чтобы они стали крепче.
Последними этапами являются шлифовка и притирка, которые придают им окончательный размер и отделку.
Обычно сепаратор для шариков изготавливается из тонкой стали, но в настоящее время в некоторых подшипниках используются сепараторы из формованного пластика, поскольку они дешевле и вызывают меньшее трение.
Но пластиковые сепараторы чаще используются в приложениях с низкой нагрузкой и низкой скоростью, в то время как стальные сепараторы по-прежнему широко используются во многих промышленных приложениях.
Нержавеющая сталь AISI 440C, а также другие виды нержавеющей стали, керамики и стекла также используются для изготовления шариков подшипников.
Керамические шарики хороши для использования в средах, которые очень агрессивны или имеют очень высокие температуры.
Различные типы пластика хорошо или очень хорошо противостоят коррозии, но они хороши только для низкой нагрузки и низкой скорости.
Техническое обслуживание и замена шарикоподшипников
Проблемы с подшипниками и выходы из строя случаются довольно часто, но их можно остановить или устранить, приняв некоторые меры.
Шариковые подшипники обычно имеют проблемы со смазкой, высокими температурами, загрязнением, неправильным обращением и установкой, перегрузкой, несоосностью, плохой посадкой и коррозией.
Чтобы избежать этих распространенных проблем, вы должны смазывать машину так, как говорит вам производитель.
Уплотнения следует часто проверять, чтобы убедиться, что они не сломаны и не работают.
Убедитесь, что вал и корпус подшипника правильно выровнены, чтобы избежать смещения.
Убедитесь, что подшипник хорошо сидит на валу нужного размера.
Проверки технического обслуживания должны проводиться на регулярной основе, чтобы обнаружить любые проблемы до того, как они усугубятся.
Несколько звуков и признаков могут помочь вам понять, сломан ли шарикоподшипник.
Наиболее распространенным признаком является грубый скрежещущий звук, исходящий от ступичного подшипника, который меняется в зависимости от скорости движения автомобиля.
Другие звуки включают гудение, урчание или рычание, которые становятся громче, когда автомобиль ускоряется или поворачивает.
Плохой подшипник колеса также может издавать такие шумы, как чириканье, скрип или рычание, которые повторяются циклично.
Помимо того, как это звучит, есть и другие признаки неисправного шарикоподшипника.
Некоторые из них — слишком большой люфт, когда колесо раскачивается из стороны в сторону, автомобиль слишком болтается, руль тянет, а машина перегревается.
Когда подшипник сильно изношен и вот-вот выйдет из строя, вы также можете заметить, что автомобиль плохо управляется или что шины изнашиваются в разных местах.
Cколько стоит замена шарикоподшипника, зависит от марки и модели автомобиля, где он находится и сколько берет механик.
Cам подшипник обычно стоит от 50 до 200 долларов, в зависимости от типа и качества (на момент написания статьи).
В зависимости от того, насколько сложна работа и сколько механик берет за час, затраты на рабочую силу могут добавить к общей стоимости от 100 до 200 долларов.
Кроме того, если замена меняет способ выравнивания автомобиля, может потребоваться дополнительная услуга выравнивания, которая может стоить от 60 до 100 долларов.
Eсли у вас нет большого опыта ремонта автомобилей, не стоит пытаться заменить шарикоподшипник самостоятельно.
Преимущества и области применения шарикоподшипников
Шариковые подшипники широко используются в технике, когда требуется плавное и точное движение.
Cнижение трения и повышение эффективности
Cамым большим преимуществом шарикоподшипников является то, что они уменьшают трение и делают работу более эффективной.
Шариковые подшипники имеют более низкий коэффициент трения, чем подшипники скольжения, а значит, им требуется меньше энергии для работы.
Это делает их идеальными для высокоскоростного использования в таких отраслях, как машиностроение, автомобили и космические путешествия.
Поскольку меньше трение, меньше тепла от контакта между поверхностями.
Это означает, что подшипники изнашиваются меньше и служат дольше.
Улучшенная производительность и долговечность
Шариковые подшипники могут улучшить работу оборудования и продлить его срок службы, когда они используются в нем.
Они предотвращают износ оборудования, уменьшая трение и вибрацию, которые со временем могут повредить его.
Поскольку шарикоподшипники уменьшают износ, они также снижают потребность в техническом обслуживании и замене оборудования, что экономит время и деньги.
Шариковые подшипники также менее подвержены поломкам, поскольку их конструкция равномерно распределяет нагрузку по телам качения.
Применение шарикоподшипников
Шариковые подшипники используются в широком спектре инженерных задач, включая, помимо прочего:
Шариковые подшипники используются в различных частях автомобилей, таких как двигатели, трансмиссии и колеса.
Шариковые подшипники используются в двигателях, шасси и системах управления самолетов в аэрокосмической промышленности.
Шариковые подшипники используются в станках, насосах и электродвигателях в машиностроении.
В робототехнике шарниры и приводы изготавливаются на шарикоподшипниках.
- Медицинское оборудование: шарикоподшипники используются в различном медицинском оборудовании, таком как стоматологические бормашины и аппараты МРТ.
Петли на шарикоподшипниках
Шариковые подшипники также используются в строительстве, особенно в виде шарикоподшипниковых петель.
Cкрытые подшипники между шарнирами этих петель облегчают открытие и закрытие дверей с меньшим трением.
Это особенно полезно для более тяжелых дверей, например, у входа или закрывающихся автоматически.
Петли на шарикоподшипниках — это прочные петли, которые, как правило, служат дольше, чем обычные петли.
Это делает их лучшим выбором для коммерческого использования, где важна долговечность.
Что такое подшипник? Типы подшипников и как они работают?
Cовет: включите кнопку подписи, если она вам нужна. Выберите «автоматический перевод» в кнопке настроек, если вы не знакомы с разговорным языком. Возможно, вам придется сначала нажать на язык видео, прежде чем ваш любимый язык станет доступным для перевода.
Заключение
Когда мы заканчиваем изучение шарикоподшипников, стоит задуматься о том, насколько эти маленькие детали изменили мир машиностроения.
Они могут выглядеть как маленькие, обычные детали, но многие из машин и устройств, которые мы используем каждый день, не будут работать без них.
Шариковые подшипники — невоспетые герои современной техники.
Они используются во всем, от двигателя вашего автомобиля до движений хирургического робота.
Поэтому в следующий раз, когда вы увидите шарикоподшипник, остановитесь на мгновение и подумайте, насколько он помог сделать наш мир технологическим чудом.
И пока вы продолжаете раздвигать границы возможного в своей собственной инженерной работе, пусть простой шарикоподшипник напомнит вам о том, насколько мощными могут быть даже самые маленькие и, казалось бы, наименее важные детали.
Поделись…
