9. ПІДШИПНИКИ

 

9.1. Загальні відомості про підшипники кочення

 

Підшипники кочення – це елементи опор осей, валів та інших деталей, що працюють на використанні принципу тертя кочення.

Підшипник кочення складається із зовнішнього 1 та внутрішнього 2 кілець, тіл кочення 3 і сепаратора 4. Внутрішнім кільцем підшипник розміщують на валу або осі, а зовнішнім – у корпусі опори. Відносне обертання внутрішнього кільця відносно зовнішнього забезпечується за рахунок тіл кочення між кільцями. Тіла кочення перекочуються по доріжках кочення (бігових доріжках), які передбачені на зовнішньому та внутрішньому кільцях підшипника. Сепаратор розділяє тіла кочення і утримує їх на однаковій відстані.

Рис. 1

Підшипники кочення стандартизовані і виготов­ляються на спеціалізованих заводах масового виробництва. Підшипники кочення є основними видами опор у машинах. Вони виготовляються близько 20 000 різних типорозмі­рів у діапазоні зовнішніх діаметрів від 1 мм до 3 м і масою від 0,5 г до 7 т.

Переваги підшипників кочення для опор у порівнянні з іншими видами опор.

а)        малі втрати на тертя, що забезпечує високий ККД опор (до 0,99);

б)        висока несуча здатність;

в)        малі габаритні розміри в осьовому напрямі;

г)         незначні витрати мастильних матеріалів;

д)        невисокі вимоги до матеріалу та якості поверхонь цапф валів і осей, що розміщуються у підшипниках кочення.

До недоліків підшипників кочення належать такі:

а)        значні габаритні розміри, що утруднює застосу­вання їх при малих відстанях між осями валів;

б)        обмежений строк служби, при великих навантаженнях та швидкостях;

в)        низька здатність демпфувати ударні навантаження;

г)         підвищений шум при високих швидкостях обертання.

Класифікація, матеріали деталей і точність підшипників кочення. Класифікація. Підшипники кочення поділяють за такими ознаками:

1. За формою тіл кочення підшипники бувають  кулькові та роликові. Основні форми тіл кочення зображені на рис. 2, а – ж.

Роликові підшипники за тією ж ознакою ділять на підшипни­ки: із короткими та довгими роликами (рис. 2, б, в); із витими роликами (рис. 2, е); із конічними роликами (рис. 2, д); із боч­коподібними роликами (рис. 2, е, є) і з голчастими роликами (рис. 2, ж).

Рис. 2

2. За числом рядів тіл кочення – одно-, дво- та чотирирядні.

3. За способом компенсації перекосів вала – несамоустановні та самоустно–вні сферичні. Самоустановні підшипники допускають перекоси кілець до 2–3°, завдяки чому мо­жуть працювати при збільшених деформаціях валів і при неспіввісному розміщенні отворів під підшипники в окремих опорах вала.

4. За радіальними розмірами підшипники кочення з одним і тим же внутрішнім діаметром d ділять на 5 серій діаметрів (надлегка, особливо легка, легка, середня та важка) і на 5 серій ширин (особливо вузька, вузька, нормальна широка,  особливо широка). Співвідношення розмірів підшипників різних серій показано на рис. 3 (а – особливо легка серія;
б – легка; в – легка широка; г – середня; д – се­редня широка; е – важка серія).

Рис. 3. Співвідношення ширин та діаметрів підшипників кочення

5. За напрямом сприйманого навантаження підшипники кочення поділяють на радіальні – сприймають тільки радіальне наван­таження, яке направлене перпендикулярно до осі обертання (деякі радіальні підшипники, наприклад кулькові, можуть сприймати певні осьові навантаження); упорні – сприймають тільки осьове навантаження; радіально–упорні – здатні сприймати ра­діальне та осьове навантаження;  упорно–радіальні–сприймають значне осьове і незначне радіальне навантаження.

Кулькові підшипники ліпше працюють при підви­щених швидкостях обертання і менш чутливі до перекосів. Роликові підшипники  мають більш високу вантажність (приблизно на 70–100 %) порівняно з кульковими.

Усі підшипники кочення мають умовне позначення, яке склада­ється з ряду цифр. Дві перші цифри, рахуючи справа, означають внутрішній діаметр підшипників, до того ж для всіх підшип­ників із внутрішнім діаметром 20 мм і більше ці дві цифри означають частку від ділення діаметра (в міліметрах) на 5. Для підшипників із внутрішнім діаметром до 9 мм перша цифра праворуч показує фактич­ний розмір внутрішнього діаметра, мм. Внутрішні діаметри 10; 12; 15 і 17 мм позначають двома цифрами 00; 01; 02 і 03 відповідно.

Третя цифра праворуч разом із сьомою свідчать про серію підшип­ників всіх діаметрів (d ≥ 10мм): основна з особливо легких серій по­значається цифрою 1, легка–2, середня – 3, важка – 4, легка широка – 5, середня широка – 6 і т. д.

Четверта цифра праворуч показує на тип підшипника: 0 – радіаль­ний кульковий однорядний; 1 – радіальний кульковий дворядний сферичний;
2 – радіальний із короткими циліндричними роликами; 3 – радіальний роликовий дворядний сферичний; 4 – роликовий із довгими циліндричними роликами або голчастий; 5 – роликовий із витими роликами; 6 – радіально–упорний кульковий; 7 – ролико­вий конічний; 8 – упорний кульковий; 9 – упорний роликовий.

П’ята та шоста цифри праворуч, що вводяться не для всіх підшип­ників, характеризують їхні конструктивні особливості.

Цифри 6, 5, 4 і 2, що стоять через знак «тире» перед умовним позна­ченням підшипника, означають його клас точності (2 – найвищий клас точності). Нормальний клас точності позначається цифрою 0, яка не показується.

Приклади позначення підшипників: 318 – внутрішній діаметр
d = 18 · 5 = 90 мм;

3 – середня серія; 0 – радіальний кульковий однорядний підшипник (нулі перед значущими цифрами спереду позначення не записуються);
7216 – внутрішній діаметр 80 мм, лег­ка серія, підшипник роликовий конічний.

Основні параметри стандартних підшипників – розміри, маса, вантажність (статична і динамічна), гранична швидкість обертання – наводяться у спеціальних каталогах підшипників кочення.

Матеріали деталей і точність підшипників кочення. Основний ма­теріал для кілець та тіл кочення підшипників – це підшипникові високовуглецеві хромисті сталі ШХ9, ШХ15 і ШХ15ГС. Твердість після відповідної термообробки кілець і роликів становить 60... 65 HRC, а кульок – 62...66 HRC.

Для основних деталей підшипників кочення великих розмірів ши­роко застосовують цементовані сталі марок 18ХГТ, 12ХНЗА, 20Х2Н4А та інші із твердістю 59...60 HRC.

Сепаратори виготовляють із м’якої вуглеце­вої сталі методом штампування; для високошвидкісних підшипників використовують масивні сепаратори з антифрикційних бронз, латуні, алюмінієвих сплавів або пластмас (текстоліту, поліаміду).

Для роботи в умовах ударних навантажень та ви­соких вимог до безшумності застосовують підшипники з тілами кочення, виготовленими з пластмас (переважно із склопласти­ків). При цьому різко зменшуються вимоги до твердості кілець і їх можна виготовляти з легких сплавів.

Підшипники кочення поділяють на п’ять класів точності (ГОСТ 520–89), які позначаються цифрами (у порядку підвищення точ­ності): 0, 6, 5, 4 і 2.

Точність підшипників кочення в основному харак­теризується:

а) точністю основних розмірів (внутрішнього і зовнішньо­го діаметрів підшипника та ширини кілець);

б) точністю форми вза­ємного розміщення поверхонь кілець;

в) точністю обертання.

Монтаж, змащування та ущільнення підшипників кочення. Конструкція опор кочення, правильне складання і монтаж підшип­ників суттєво впливають на надійність та довговічність роботи під­шипників кочення. Підшипники монтують, щоб забезпечувалось по­трібне радіальне та осьове фіксування вала, але при цьому вони не повинні додатково навантажуватись силами від високих натягів у по­садках кілець, температурних деформацій, перетяжки при монтажі, перекосів кілець.

Забезпечення жорсткості та співвісності посадочних гнізд. Гнізда у корпусах, які призначені для розміщення в них зовнішніх кілець підшипників, повинні бути достатньо жорсткими, бо деформація по­садочних поверхонь може спричинити заклинювання тіл кочення і передчасне руйнування підшипника. Заклинювання може відбутись, коли не забезпечена співвісність посадочних гнізд у корпусі для двох опор вала або співвісність посадочних цапф вала.

У разі виникнення значних труднощів у забезпеченні співвісності посадочних гнізд (наприклад, при неможливості розміщення двох під­шипників вала в єдиному жорсткому корпусі) використовують самоустановні сферичні підшипники. Такі підшипники застосовують також при великих поперечних прогинах осей та валів.

Монтаж підшипників кочення. Для осьового фіксування вала і сприймання опорою осьових навантажень обидва кільця підшипника фіксуються: внутрішнє кільце – на валу, зовнішнє – у корпусі опори.

На рис. 4 показані деякі характерні способи монтажу підшип­ників на валу.

Рис. 4. Монтаж пдшипників

Внутрішні кільця підшипників закріпляють на валах, використовуючи буртики вала і посадку з натягом (рис. 4, а), пру­жинні стопорні кільця      (рис. 4, б), торцеві шайби (рис. 4, в) і круглі спеціальні гайки разом із стопорними шайбами (рис. 4, г). Такий монтаж підшипників на валах використовується для валів, що обертаються відносно нерухомого корпусу.

Монтаж підшипників кочення у нерухомому корпусі може здійсню­ватись за способами, показаними на рис. 5.

За потребою забезпечення осьового переміщення опори вала, на­приклад для компенсації температурних деформацій вала, зовнішнє кільце підшипника не фіксується в осьовому напрямі в корпусі (рис. 5, а). Однобічна фіксація осьового положення вала може здійснюватись однобічним закріпленням зовнішнього кільця підшип­ника буртиком у гнізді корпусу або кришкою підшипника (рис. 5, б, в).

Рис. 5

Двобічне закріплення зовнішнього кільця в гнізді корпусу викону­ється за допомогою буртика або пружинного стопорного кільця та кришки підшипника (рис. 5, г, д). Існують також інші способи мон­тажу та фіксації підшипників кочення у гнізді корпусу.

Особливості монтажу підшипників двох опор вала у випадках використання радіальних, радіально-упорних та упорних підшипників.

Радіальні підшипники застосовують при ра­діальному навантаженні опор і деколи при незначному осьовому на­вантаженні (кулькові радіальні підшипники). На рис. 47, а зобра­жено варіант розміщення вала на радіальних кулькових підшипниках, який використовується для коротких валів

Тут підшипники мають однобічну фіксацію зовнішніх кілець у двох опорах. Невеликий зазор 0,2 – 0,3 мм між зовнішнім кільцем та кришкою передбачають для запобігання заклинюванню тіл кочення при температурному видовжен­ні вала.

Довгі вали розміщують на радіальних кулькових підшипниках за варіантом на рис. 6, б. У цьому варіанті внутрішні кільця двох підшипників мають двобічну фіксацію на валу, зовнішнє кільце одно­го з підшипників зафіксоване у корпусі з двох боків, а зовнішнє кіль­це другого підшипника має можливість переміщуватись у корпусі в осьовому напрямі.

Цим можна запобігти заклинюванню підшипни­ків при температурному видовженні вала. Фіксований із двох боків на валу та в корпусі підшипник сприймає радіальне і осьове наванта­ження, а вільно розміщений у гнізді корпусу підшипник (плаваюча опора) – тільки радіальне навантаження (напрями навантаження по­казані стрілками). Підшипник плаваючої опори повинен бути наванта­женим меншою радіальною силою.

Схеми монтажу роликових радіальних підшипників в опорах валів залежать у значній мірі від конструктивних особливостей цих підшип­ників.

Радіально-упорні підшипники одночасно сприй­мають радіальне та осьове навантаження. Особливістю цих підшипни­ків є те, що під час їхнього радіального навантаження виникає осьо­ва сила, яка обумовлена кутом контакту α тіл кочення. Ця осьова сила заставляє вал  зміщатись в осьовому напрямі. Щоб запобігти таким  зміщенням, вали  у більшості   випадків  слід розміщувати на двох радіально-упорних підшипниках, до того ж постав­лених так, щоб осьові сили, які в них виникають, були направлені в протилежні боки (тобто з протилежним напрямом кутів контакту α).

На рис. 6 показані варіанти монтажу радіально-упорних кулькових та роликових підшипників в опорах валів. Для коротких валів застосовують варіанти монтажу «у розпір» (рис. 6, а) та «у розтяжку» (рис. 6, б).

 

Рис. 6

У цих варіантах кожне кільце двох підшипників має тільки однобічну осьову фіксацію на ва­лу і в гнізді корпусу опори.

Довгі вали, які навантажені радіальними та осьовими силами, розміщують на комбінованих опорах (рис. 7, в). Одна опора склада­ється з двох радіально-упорних підшипників, поставлених «у розпір», і сприймає радіальне і двобічне осьове навантаження. Для другої опори вала може бути використаний радіальний підшипник (для сприймання тільки радіального навантаження) із можливістю осьо­вого переміщення (плаваюча опора) при температурних видовженнях вала.

Радіально-упорні підшипники вимагають регулювання. Регулювання натягу підшипників здійснюють за допомогою набору прокладок між корпусом та криш­кою (рис. 7, а, в) або за допомогою гайки на валу (рис. 7, б).

Упорні підшипники застосовують для сприймання тільки осьових навантажень вала. Одинарні упорні підшипники сприй­мають осьове навантаження в одному напрямі, а подвійні підшипни­ки здатні сприймати двобічне осьове навантаження. Варіанти монта­жу зображені на рис. 7, а, б.

Рис. 7

Інколи в одній опорі можна використовувати радіальний і упорний підшипники. У цьому випадку така комбінована опора вала здатна сприймати як радіальні, так і осьові навантаження.

Посадки підшипників кочення. Посадки кілець підшипників на вал і в гніздо корпусу залежать від режиму роботи, виду навантажен­ня, типу підшипника та способу його регулювання. Розрізняють два основних види навантажень підшипників: циркуляційне і місцеве.

Циркуляційне навантаження, за якого кіль­це підшипника обертається щодо вектора дії сили, наприклад внутріш­нє кільце підшипника, яке розміщене на валу із зубчастим колесом. Таке кільце ставлять на вал із натягом. У противному разі через за­зор воно почне обкочуватись по цапфі, що спричинить її спрацьову­вання.

Місцеве навантаження, за якого кільце не оберта­ється щодо вектора діючої сили. Таке навантаження здійснюється від­носно зовнішнього кільця підшипника, який поставлений на вал із зубчастим колесом навантаженої передачі. У випадку місцевого на­вантаження кільця підшипників ставлять із невеликим зазором або малим натягом. Така посадка дозволяє кільцю під дією поштовхів та вібрацій періодично повертатись навколо своєї осі та вступати в робо­ту новим навантаженим ділянкам бігової доріжки.

Кільця підшипників, які повинні при регулюванні зазорів перемі­щатись на валу або в корпусі, встановлюють по рухомій посадці.

Призначення полів допусків для посадки підшипників кочення слід робити з урахуванням наведених рекомендацій:

1. Поля допусків вала для посадки внутрішніх кілець підшип­ників: при циркуляційному навантаженні (вал обертається) – j6, k6, m6, n6; при місцевому навантаженні (вал не обертається) – g6, h6.

2. Поля допусків отворів в корпусі для посадки зовнішніх кілець підшипників: при циркуляційному навантаженні (корпус обертається) – К6, М7, N7; при місцевому навантаженні (корпус не обертається) – Js7, H7, К6, М7.

Змащування підшипників кочення. Щоб зменшити тертя між тіла­ми кочення, кільцями і сепаратором, захистити від корозії та підви­щити герметизацію робочої зони підшипників кочення, їх періодично змащують.

Практичне застосування для змащування підшипників кочення мають рідкі мінеральні та пластичні мастила.

Рідкі мастила використовують за потребою мінімальних втрат на тертя і при підвищених робочих температурах підшипників. Чим більше навантаження на підшипник і вища температура, тим ви­щою повинна бути в’язкість мастила. Змащування підшипників рід­кими мастилами може здійснюватись зануренням у мастильну ванну, розбризкуванням, мастильним туманом або краплинним спссобом. При змащуванні зануренням підшипників горизонтальних валів рі­вень мастила повинен бути не вище від центра нижнього тіла ко­чення.

Пластичні мастила закладають у підшипникові гнізда корпусів на 0,3–0,6 їхнього вільного об’єму і періодично поновлюють. Найдоцільніше використовувати пластичні мастила для підшипни­ків, розміщених у важкодоступних місцях, підшипників, що працю­ють у забрудненому середовищі, та підшипників із коливним рухом малої амплітуди. Підвищена надійність захисту від забруднення пов’язана із заповненням пластичним мастилом зазорів і відповідно додатковим ущільненням опор валів.

При високих температурах для підшипників кочення застосовують тверді мастильні матеріали у розпиленому стані – гра­фіт і дисульфід молібдену.

Ущільнення підшипників кочення. Щоб захистити підшипники кочення від забруднення та запобігти витіканню з них мастила, слід застосовувати в опорах валів ущільнювальні пристрої.

За принципом дії ущільнювальні пристрої (рис. 8) поділяють на такі: контактні (манжетні та сальникові), що використовукться при низьких та середніх швидкостях; ущільнювальна дія забезпечу­ється завдяки щільному контакту деталей пристрою; лабіринтні та щілинні, які застосовують у необмеже­ному діапазоні швидкостей; захист здійснюється завдяки підвищено­му опору витікання мастила через вузькі щілини; відцентрові, які можуть бути використаними при середніх та високих швидкостях; принцип дії – відкидання відцентровими силами мастила та забруднюючих речовин, які попадають у підшипни­кові вузли; комбіновані, які поєднують два або більше розглянутих вище принципів дії.

Рис. 8

Манжетні ущільнення (рис. 8, а) виконують у вигляді кільцевих манжет, які встановлюють, наприклад, у кришку з натягом. Манже­та притискається до вала під дією сил пружності самої манжети та спеціальної пружини. Манжетні ущільнення стандартизовані (ГОСТ 8752–79) і належать до досить надійних у роботі. Вони од­наково можуть бути використаними як для рідких, так і для пластич­них мастил при колових швидкостях поверхні вала до 10 м/с. Кон­тактна з манжетою поверхня вала повинна бути полірованою.

Сальникові ущільнення (рис. 8, б) виконують у вигляді просоче­них у гарячому мастилі фетрових кілець, що розміщені з натягом у спеціальних кільцевих жолобах. Використовують сальни­кові ущільнення для рідких та пластичних мастил при швидкостях до 5 м/с на полірованих поверхнях валів.

Лабіринтні ущільнення (рис. 8, в) є найдосконалішими для ро­боти при високих швидкостях. Малі зазори 0,2–0,5 мм при роботі ущільнень в умовах низьких та середніх швидкостей заповнюють пластичним мастилом.

Щілинні ущільнення (рис. 8, г, д) виконують у ви­гляді кільцевих щілин із проточками. Щілини заповнюють пластичним мастилом і використовують для підшипникових вузлів, що пра­цюють у чистому та сухому середовищі.

Ущільнення, робота яких базується на дії відцентрової сили (рис. 8, е), використовують як внутрішні ущільнення. Вони прості за конструкцією, але не забезпечують ущільнювальної дії при зупинках машини.

Комбіновані ущільнення застосовують при роботі опор із підшип­никами кочення в умовах сильного забруднення або в агресивному середовищі.

Навантаження на тіла кочення при радіальному навантаженні підшипників розподіляється нерівномірно (рис. 9). Навантажен­ня сприймають тільки ті тіла кочення, що розміщені на дузі, яка не перевищує 180°.

При симетричному розміщенні кульок відносно лінії дії радіального навантаження F_r за умовою рівно­ваги запишемо (рис. 51):

F_r = F₀ + 2F₁cosγ + 2F₂ cos 2γ + ··· + 2F_ncosnγ,                      (1)

де γ = 360°/z; z – число кульок.

У вираз (1) входять тільки ті чле­ни, для яких кут nγ < 90°.

За умови точності розмірів кульок та кілець і відсутності радіального зазора встановлено такі співвідношення:

F₁ = F₀ cos^3/2 γ;             F₂ = F₀ cos^3/2 2γ; ... ;             F_n= F₀ cos^3/2 nγ.      (2)

Якщо F₁, F₂, ..., F_n підставити у рівняння (1) та розв’язати його відносно F₀, то:

F₀ = F_r /(1 + 2 cos^5/2 γ + 2 cos^5/2 2γ + · · · +2 cos^5/2 nγ) = F_rK.

Рис. 9

Для довільного числа кульок у підшипнику коефіцієнт K=4,37/z. Якщо врахувати поправки на вплив радіального зазора та неточностей розмірів деталей підшипника, то:

                F₀ = 5F_r /z;      F_n = (5F_r/z) cos^3/2 nγ.                           (3)

У радіально–упорних кулькових підшипниках сила на найбільш навантажену кульку більша, ніж у радіальних у відношенні 1/cos α, тобто:

F₀ = 5F_r/(z cos α),                                             (4)

де α – кут контакту тіл кочення.

Для упорних підшипників розрахункова сила на кульку:

F_0a = 1,25F_a/z,                                                 (5)

де F_a – осьове навантаження на підшипник; 1,25 – коефіцієнт, що враховує нерівномірність розподілу сил між кульками.

Контактні напруги в деталях підшипників. При відомих F₀, F₁ . . . F_n можна визначити контактні напруги в підшипнику. Розрахункові формули для відповідних випадків контакту можна знайти в довідниках. Ці формули не розглядаються, оскільки на практиці розрахунок (підбір) підшипників виконують не по напругах, а по навантаженнях.

В кожній точці поверхні контакту кілець або кульок контактні напруги змінюються по віднулевому циклу, де зображені напруги в точках а і b
(див. рис. 51) при обертанні внутрішнього кільця. Період циклу напруг в кожній точці бігових доріжок рівний часу переміщення чергової кульки в дану точку. Із змінними контактними напругами зв’язаний втомний характер руйнування робочих поверхонь деталей подшипника (викришування).

Опір утомленості підшипника залежить від того, яке з кілець обертається – внутрішньо або зовнішнє. Сприятливим є випадок обертання внутріщнього кільця (при цьому зовнішнє кільце нерухомо). При рівному навантаженні F₀ напруги в точці а кільця (більше, ніж напруги в точці Ь оскільки в точці а кулька соприкасается з опуклою, а в точці b з увігнутою поверхнею. В цих умовах рівне число циклів напруг викличе втомне руйнування перш за все в точці а. Для того, щоб зрівняти умови роботи кілець, необхідно зменшити число циклів напруг в точці а в порівняні з точкою Ь. Таке зменшення і досягається при обертанні внутрішнього кільця, оскільки на половині обороту точка а розвантажується зовсім, а в більшій частині іншої половини навантажена не повністю.

  Кінематика підшипника. Кулька в підшипнику скоює планетарний рух. На рис. 10 зображений план швидкостей для випадку обертання внутрішнього кільця.

 

Рис. 10

Тут    ν₁ = ωD₁/2;              ν₀ = ν₁/2.

Кутова швидкість кульки навкруги своєї осі:

ω_ш = 2 (ν₁ – ν₀)/D_ω = 0.5ωD₁/D_ω.                              ( 14)

Кутова швидкість кульки навколо осі валу, або кутова швидкість сепаратора:

ω_c = 2ν₀/D_pω = 0,5ωD₁/(D₁ + D_ω) ≈ 0,5ω.                          (15)

Отже, сепаратор обертається в ту ж сторону, що і вал, з кутовою швидкістю,  рівною приблизно половині кутової швидкості вала.

Формула (15) дозволяє відзначити, що кутова швидкість сепаратора залежить від розмірів кульки. Чим більше D_w при постійному D₁  тим менше ω_с. При неточному виготовленні кульок великі з них гальмують, а менші прискорюють сепаратора. Між сепаратором і кульками можуть виникати значний тиск і сили тертя. З цим пов’язані знос кульок і сепараторів, збільшення втрат в підшипнику і випадки поломки сепараторів. Це обумовлює високі вимоги до точності виготовлення деталей підшипника і відповідність сепаратора як однієї з цих деталей.

Контакт кульки з кільцями здійснюється по деякій дузі aba. Швидкості точок а і b при кочені кульки різні. Якщо припустити, що в точці b немає ковзання, то воно буде в точці а. Таким чином в кулькових підшипниках разом з тертям кочення спостерігається тертя ковзання. Це створює додатковий знос і втрати в кулькових підшипниках. В роликових підшипниках всі точки контакту однаково віддалені від осі роликів. Тут спостерігається чисте кочення. Втрати і знос в роликових підшипниках менші, ніж в кулькових.

Динаміка підшипника. Кожна кулька або ролик підшипника притиснутий до зовнішнього кільця відцентровою силою:

F_цб = mω_c²D_pω/2,

де m – маса кульки або ролика.

Рис. 11

Контактні напруги у зовнішнього кільця менше ніж у внутрішнього, тому додаткове навантаження відцентровими силами практично не впливає на працездатність підшипника. Це положення залишається справедливим тільки до деяких значень частот обертання, які вважаються нормальними для даного підшипника. У високошвидкісних підшипників вплив відцентрових сил зростає. Відцентрові сили несприятливі для упорних підшипників. Тут вони розклинюють кільця і можуть тиснути на сепаратор – підвищуючи тертя та знос.

Окрім відцентрових сил на кульки упорного підшипника діє гіроскопічний момент, пов’язаний із зміною напряму осі обертання в просторі:

M_г = Jω_шω_с,                                             (17)

де J – момент інерції кульки щодо своєї осі. Під дією гіроскопічного моменту кулька прагне повернутися в напрямі, перпендикулярному напряму кочення. Обертання можливо, якщо:

M_г > M_т = FƒD_ω ,                                          (18)

де М_т – момент сил тертя між кулькою і кільцями; F – навантаження на кульку. Обертання кульок під дією М_г супроводиться додатковими втратами та зносом.

В радіальних підшипниках напрям осі обертання кульок або роликів в просторі не змінюється. Тому на них не діють гіроскопічні моменти. Радіально–упорні підшипники займають проміжне положення. Для них
M_г = Jω_шω_сsinα, де α – кут тиску.

Таким чином, шкідливий вплив динамічних факторів більше виявляється в упорних підшипниках. Тому допустимі частоти обертання для упорних підшипників значно нижче, ніж для радіальних і радіально–упорних. При високих частотах обертання упорні підшипники рекомендують замінювати на радіально-упорні.

Змащування підшипників. Мастило істотно впливає на довговічність підшипників. Вона зменшує тертя, знижує контактні напруги, захищає від корозії, сприяє охолодженню підшипника. Для змащування підшипників кочення застосовують пластичні (густі) мазі і рідкі масла. Рідке мастило більш ефективне для охолоджування і зменшення втрат. Необхідна кількість мастила для підшипників кочення дуже невелика. Зайва кількість мастила тільки погіршує роботу підшипника. Наприклад, якщо сепаратора занурити в масло, то воно перешкоджатиме його вільному обертанню, збільшуються втрати і нагрів підшипника. Підшипникові вузли необхідно ретельно захищати від потрапляння пилу і бруду. В протилежному випадку довговічність підшипників різко знижується.

Види руйнувань і критерії розрахунку підшипників кочення. Під­шипники кочення втрачають свою роботоздатність внаслідок руйну­вання їхніх деталей, яке проявляється в різних формах.

Втомне викришування робочих повер­хонь відбувається в результаті дії циклічно змінних контактних напружень на бігових доріжках кілець і спостерігається у довгочасно працюючих у нормальних умовах підшипників. Здебільшого викришу­вання починається на доріжках кочення найбільш напружених кілець: у більшості підшипників – на внутрішніх, а у сфери-
них – на зов­нішніх кільцях.

Спрацьовування кілець та тіл кочення спостерігається за недостатнього захисту підшипників від впливу зовнішнього абразивного середовища. Спрацьовування підшипників можна зменшити, забезпечивши достатнє змащування та використо­вуючи надійні конструкції ущільнень.

Руйнування кілець підшипника та тіл кочення пов’язане з ударними перевантаженнями, неправильним монтажем опори, який може спричинити перекоси кілець і заклиню­вання підшипника.

Руйнування сепараторів – результат дії відцент­рових сил та навантаження сепаратора з боку тіл кочення.

Залишкові деформації на бігових доріж­ках кілець виникають внаслідок динамічних та ударних наван­тажень у формі місцевих ямок та вм’ятин Спостерігаються у важко навантажених тихохідних підшипниках.                                                

Розрахунок підшипників кочення базують на двох критеріях – за умовою запобігання появі залишкових деформацій (розрахунок на статичну вантажність) і за умовою запо­бігання появі ознак втомного руйнування робочих поверхонь протягом розрахункового строку служби (розрахунок на динамічну вантаж­ність).