Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Подшипник

Подшипника является машиной элемента , который ограничивает относительное движение только желаемое движение, а также снижает трение между подвижными частями . Конструкция подшипника может, например, обеспечивать свободное линейное перемещение подвижной части или свободное вращение вокруг фиксированной оси ; или, может предотвратить движение, контролируя векторы из нормальных сил , которые несут на движущиеся части. Большинство подшипников способствуют желаемому движению за счет минимизации трения. Подшипники широко классифицируются в зависимости от типа работы, допустимых перемещений или направлений нагрузок (сил), прилагаемых к деталям.

Подшипники вращения удерживают вращающиеся компоненты, такие как валы или оси в механических системах, и передают осевые и радиальные нагрузки от источника нагрузки на поддерживающую его конструкцию. Самая простая форма подшипника, подшипник скольжения , состоит из вала, вращающегося в отверстии. Смазка используется для уменьшения трения. В шарикоподшипнике и роликоподшипникеДля уменьшения трения скольжения между дорожками качения или шейками подшипникового узла расположены элементы качения, такие как ролики или шарики с круглым поперечным сечением. Существует большое разнообразие конструкций подшипников, позволяющих правильно удовлетворить требования приложения для максимальной эффективности, надежности, долговечности и производительности.

Термин «несение» происходит от глагола « нести »; [1] подшипник - это элемент машины, который позволяет одной части нести (то есть поддерживать) другую. Самыми простыми подшипниками являются опорные поверхности , вырезанные или сформированные в виде детали, с различной степенью контроля формы, размера, шероховатости и расположения поверхности. Другие подшипники - это отдельные устройства, устанавливаемые в машину или часть машины. Самые сложные подшипники для самых требовательных приложений - это очень точные устройства; их производство требует соблюдения самых высоких стандартов современных технологий . [ необходима цитата ]

История [ править ]

Конический роликовый подшипник
Рисунок Леонардо да Винчи (1452–1519) Эскиз шарикового подшипника

Изобретение подшипника качения в виде деревянных роликов, поддерживающих или подшипников движущегося объекта, имеет глубокую древность и может предшествовать изобретению колеса, вращающегося на подшипнике скольжения, используемом для транспортировки.

Хотя часто утверждается, что египтяне использовали роликовые подшипники в виде стволов деревьев под салазками [2], это современное предположение. [3] Собственные рисунки египтян в гробнице Джехутихотепа показывают процесс перемещения массивных каменных блоков на санях с использованием смазываемых жидкостью полозьев, которые могут быть подшипниками скольжения . [4] Есть также египетские чертежи подшипников скольжения, используемых в ручных дрелях . [5]

Колесные транспортные средства с подшипниками скольжения появились примерно между 5000 и 3000 годами до нашей эры .

Самый ранний восстановленный пример подшипника качения - деревянный шарикоподшипник, поддерживающий вращающийся стол, из останков римских кораблей Неми на озере Неми , Италия . Обломки были датированы 40 годом до нашей эры. [6] [7]

Леонардо да Винчи включил чертежи шариковых подшипников в свою конструкцию вертолета около 1500 года. Это первое зарегистрированное использование подшипников в аэрокосмической конструкции. Однако Агостино Рамелли первым опубликовал эскизы роликовых и упорных подшипников. [2] Проблема с шариковыми и роликоподшипниками заключается в том, что шарики или ролики трутся друг о друга, вызывая дополнительное трение, которое можно уменьшить, заключив шарики или ролики в клетку. Захваченный шарикоподшипник был впервые описан Галилеем в 17 веке. [ необходима цитата ]

Первый практичный роликовый подшипник с сепаратором был изобретен в середине 1740-х годов часовым мастером Джоном Харрисоном для своего морского хронометра H3. В этом случае подшипник используется для очень ограниченного колебательного движения, но Харрисон также использовал аналогичный подшипник для действительно вращательного применения в часах современного регулятора. [ необходима цитата ]

Индустриальная эпоха [ править ]

Первый зарегистрированный патент на шариковые подшипники был выдан Филиппу Воану , британскому изобретателю и мастеру по производству железа, который создал первую конструкцию шарикового подшипника в Кармартене в 1794 году. Это была первая современная конструкция шарикоподшипника, в которой шарик движется по канавке. в сборке оси. [8]

Подшипники сыграли ключевую роль в зарождающейся промышленной революции , позволив новому промышленному оборудованию работать эффективно. Например, они увидели использование для удержания колеса и оси, чтобы значительно уменьшить трение по сравнению с перетаскиванием объекта, заставляя трение действовать на более коротком расстоянии при вращении колеса.

Первые подшипники скольжения и качения были деревянными, за ними следовала бронза . На протяжении своей истории подшипники изготавливались из многих материалов, включая керамику , сапфир , стекло , сталь , бронзу , другие металлы и пластик (например, нейлон , полиоксиметилен , политетрафторэтилен и UHMWPE ), которые используются сегодня.

Производители часов производят часы с «драгоценными камнями», используя сапфировые подшипники скольжения для уменьшения трения, что позволяет более точно отсчитывать время.

Даже основные материалы могут обладать хорошей прочностью. Например, деревянные подшипники до сих пор можно увидеть в старых часах или в водяных мельницах, где вода обеспечивает охлаждение и смазку.

Ранний конический роликоподшипник Timken с зубчатыми роликами

Первый патент для радиального типа шарикоподшипника был присужден Джулсом Серерей , парижским велосипед механик, 3 августа 1869. подшипники были затем установлены на выигрышном велосипед ездил Джеймс Мур в первых в мире дорогих велогонках, Париж-Руане , в ноябре 1869 года. [9]

В 1883 году Фридрих Фишер , основатель FAG , разработал подход к измельчению и измельчению шаров одинакового размера и точной округлости с помощью подходящего производственного станка и заложил основу для создания независимой подшипниковой промышленности.

Оригинальный патент Wingquist на самоустанавливающийся шарикоподшипник

Современная самоустанавливающаяся конструкция шарикоподшипника приписывается Свену Вингквисту из производителя шарикоподшипников SKF в 1907 году, когда он получил патент Швеции № 25406 на эту конструкцию.

Генри Тимкен , провидец 19-го века и новатор в производстве кареток, запатентовал конический роликовый подшипник в 1898 году. В следующем году он основал компанию для реализации своей инновации. За более чем столетие компания начала производить подшипники всех типов, включая специальную сталь и ряд сопутствующих товаров и услуг.

Эрих Франке изобрел и запатентовал подшипник с проволочной обоймой в 1934 году. Его внимание было сосредоточено на конструкции подшипника с как можно меньшим поперечным сечением, которую можно было бы интегрировать в конструкцию ограждения. После Второй мировой войны он вместе с Герхардом Гейдрихом основал компанию Franke & Heydrich KG (сегодня Franke GmbH), чтобы продвигать разработку и производство роликовых подшипников.

Обширное исследование Ричарда Стрибека [10] [11] шарикоподшипниковых сталей выявило металлургию обычно используемого 100Cr6 (AISI 52100) [12], показав коэффициент трения как функцию давления.

Разработанный в 1968 году и позже запатентованный в 1972 году, соучредитель Bishop-Wisecarver Бад Wisecarver создал направляющие колеса с клиновидным подшипником, тип подшипника линейного перемещения, состоящий как из внешнего, так и внутреннего угла клинья в 90 градусов. [13] [ нужен лучший источник ]

В начале 1980-х основатель Pacific Bearing Роберт Шредер изобрел первый двухкомпонентный подшипник скольжения, размер которого был взаимозаменяемым с шарикоподшипниками линейного перемещения. Этот подшипник имел металлический кожух (алюминий, сталь или нержавеющая сталь) и слой материала на основе тефлона, соединенный тонким клеевым слоем. [14]

Сегодня шариковые и роликовые подшипники используются во многих сферах, включая вращающийся компонент. Примеры включают сверхвысокоскоростные подшипники в стоматологических сверлах, аэрокосмические подшипники в Mars Rover, редукторы и колесные подшипники автомобилей, изгибающиеся подшипники в оптических системах выравнивания, ступицы колес велосипеда и воздушные подшипники, используемые в координатно-измерительных машинах .

Общие [ править ]

Безусловно, наиболее распространенным подшипником является подшипник скольжения , подшипник, поверхности которого контактируют с трением, часто со смазкой, такой как масло или графит. Подшипник скольжения может быть или не быть дискретным устройством. Это не может быть не более чем на опорной поверхности дырки с прохождением вала через него, или плоскую поверхность , которая несет другую (в этих случаях, а не дискретные устройства); или это может быть слой несущего металла, либо сплавленный с подложкой (полудискретный), либо в виде отделяемой втулки (дискретный). При подходящей смазке подшипники скольжения часто обеспечивают вполне приемлемую точность, срок службы и трение при минимальных затратах. Поэтому они очень широко используются.

Однако существует множество приложений, в которых более подходящий подшипник может повысить эффективность, точность, интервалы обслуживания, надежность, скорость работы, размер, вес и затраты на приобретение и эксплуатацию оборудования.

Таким образом, существует множество типов подшипников, различающихся формой, материалом, смазкой, принципом действия и т. Д.

Типы [ править ]

Анимация шарикового подшипника (Идеальная фигура без обоймы). Внутреннее кольцо вращается, а внешнее кольцо неподвижно.

Существует как минимум 6 распространенных типов подшипников [15], каждый из которых работает на разных принципах:

  • Подшипник скольжения , состоящий из вала, вращающегося в отверстии. Есть несколько специфических типов: втулка, опорный подшипник , подшипник скольжения, винтовочный подшипник, композитный подшипник ;
  • Подшипник качения , в котором тела качения, расположенные между поворотной и неподвижной дорожками качения, предотвращают трение скольжения. Есть два основных типа:
    • Шариковый подшипник , в котором телом качения являются сферические шарики;
    • Роликовый подшипник , в котором телом качения являются цилиндрические, конические или сферические ролики;
  • Драгоценный подшипник , подшипник скольжения, в котором одна из опорных поверхностей изготовлена ​​из сверхтвердого стеклянного драгоценного материала, такого как сапфир, для уменьшения трения и износа;
  • Гидравлический подшипник , бесконтактный подшипник, в котором нагрузка поддерживается газом или жидкостью (т. Е. Воздушным подшипником );
  • Магнитный подшипник , в котором нагрузка поддерживается магнитным полем ;
  • Подшипник изгиба , в котором движение поддерживается изгибающимся силовым элементом.

Движения [ править ]

Подшипники допускают следующие общие движения:

  • Радиальное вращение, например вращение вала;
  • линейное движение, например выдвижной ящик;
  • сферическое вращение, например, шаровое соединение;
  • шарнирное движение, например дверь, локоть, колено.

Трение [ править ]

Снижение трения в подшипниках часто важно для повышения эффективности, уменьшения износа и облегчения длительного использования на высоких скоростях, а также для предотвращения перегрева и преждевременного выхода подшипника из строя. По существу, подшипник может уменьшать трение благодаря своей форме, материалу, введению и удержанию жидкости между поверхностями или разделению поверхностей электромагнитным полем.

  • По форме преимущество обычно достигается за счет использования сфер или роликов или за счет образования изгибаемых подшипников.
  • В зависимости от материала зависит от характера используемого материала подшипника. (В качестве примера можно использовать пластмассы с низким поверхностным трением.)
  • Под жидкостью использует низкую вязкость слоя жидкости, такой как смазка или как среда под давлением, чтобы удерживать две твердые части от соприкосновения, или за счет уменьшения нормальной силы между ними.
  • С помощью полей использует электромагнитные поля, такие как магнитные поля, чтобы твердые части не касались друг друга.
  • Давление воздуха использует давление воздуха, чтобы твердые детали не соприкасались.

Их комбинации можно использовать даже в одном подшипнике. Примером этого является кожух, сделанный из пластика, и он разделяет ролики / шарики, что снижает трение за счет своей формы и отделки.

Нагрузки [ править ]

Конструкция подшипников меняется в зависимости от размера и направления сил, которые они должны поддерживать. Силы могут быть преимущественно радиальными , осевыми ( упорные подшипники ) или изгибающими моментами, перпендикулярными главной оси.

Скорости [ править ]

Различные типы подшипников имеют разные пределы рабочей скорости. Скорость обычно указывается как максимальная относительная поверхностная скорость, часто указывается фут / с или м / с. Вращающиеся подшипники обычно описывают характеристики в терминах DN продукта, где D - средний диаметр (часто в мм) подшипника, а N - скорость вращения в оборотах в минуту.

Как правило, между типами подшипников существует значительное перекрытие диапазона скоростей. Подшипники скольжения обычно работают только с более низкими скоростями, подшипники качения работают быстрее, затем идут жидкостные подшипники и, наконец, магнитные подшипники, которые в конечном итоге ограничены центростремительной силой, превышающей прочность материала.

Играть [ редактировать ]

В некоторых приложениях нагрузки на подшипник действуют с разных направлений и допускаются только ограниченный люфт или «наклон» при изменении приложенной нагрузки. Один из источников движения - это зазоры или «люфт» в подшипнике. Например, вал диаметром 10 мм в отверстии диаметром 12 мм имеет люфт 2 мм.

Допустимый люфт сильно варьируется в зависимости от использования. Например, колесо тачки выдерживает радиальные и осевые нагрузки. Осевые нагрузки могут составлять сотни ньютонов силы влево или вправо, и обычно допускается качание колеса на целых 10 мм при переменной нагрузке. Напротив, токарный станок может позиционировать режущий инструмент с точностью ± 0,002 мм, используя шариковый ходовой винт, удерживаемый вращающимися подшипниками. Подшипники выдерживают осевые нагрузки в тысячи ньютонов в любом направлении и должны удерживать шариковый винт с точностью ± 0,002 мм в этом диапазоне нагрузок.

Скованность [ править ]

Второй источник движения - упругость самого подшипника. Например, шарики в шарикоподшипнике похожи на жесткую резину и под нагрузкой деформируются от круглой до слегка приплюснутой формы. Гонка также эластична и имеет небольшую вмятину там, где на нее давит мяч.

Жесткость подшипника - это то, как расстояние между частями, разделенными подшипником, изменяется в зависимости от приложенной нагрузки. В подшипниках качения это происходит из-за деформации шарика и дорожки качения. В жидкостных подшипниках это происходит из-за того, как давление жидкости меняется в зависимости от зазора (при правильной нагрузке жидкостные подшипники обычно жестче, чем подшипники качения).

Срок службы [ править ]

Жидкостные и магнитные подшипники
Основные статьи: Гидравлический подшипник и магнитный подшипник

Жидкостные и магнитные подшипники могут иметь практически неограниченный срок службы. На практике существуют гидравлические подшипники, выдерживающие высокие нагрузки на гидроэлектростанциях, которые почти непрерывно работают с 1900 года и не имеют признаков износа. [ необходима цитата ]

Подшипники качения

Срок службы подшипников качения определяется нагрузкой, температурой, техническим обслуживанием, смазкой, дефектами материалов, загрязнением, обращением, установкой и другими факторами. Все эти факторы могут существенно повлиять на срок службы подшипников. Например, срок службы подшипников в одном приложении был значительно увеличен за счет изменения способа хранения подшипников перед установкой и использованием, поскольку вибрации во время хранения вызывали отказ смазки, даже когда единственной нагрузкой на подшипник был его собственный вес; [16] в результате часто возникает ложный бринеллинг . [17] Срок службы подшипников является статистическим: несколько образцов данного подшипника часто показывают кривую колокола.срока службы, при этом несколько образцов показали значительно лучший или худший срок службы. Срок службы подшипников варьируется, потому что микроскопическая структура и степень загрязнения сильно различаются даже там, где макроскопически они кажутся идентичными.

L10 жизнь [ править ]

Подшипники часто указываются на срок службы "L10" (за пределами США он может называться сроком службы "B10"). Это срок, при котором десять процентов подшипников в этом приложении могут выйти из строя из-за классический усталостный отказ (а не любой другой вид отказа, такой как недостаток смазки, неправильный монтаж и т. д.), или, альтернативно, срок службы, при котором девяносто процентов все еще будут работать. Срок службы подшипника L10 является теоретическим и может не отражать срок службы подшипника. Подшипники также рассчитываются с использованием значения C 0 (статическая нагрузка). Это базовая номинальная нагрузка для справки, а не фактическое значение нагрузки.

Подшипники скольжения

Для подшипников скольжения некоторые материалы обеспечивают гораздо больший срок службы, чем другие. Некоторые из часов Джона Харрисона все еще работают спустя сотни лет из-за древесины лигнум витэ, использованной в их конструкции, тогда как его металлические часы редко работают из-за возможного износа.

Подшипники изгиба

Подшипники изгиба зависят от упругих свойств материала. Подшипники изгиба многократно изгибают кусок материала. Некоторые материалы выходят из строя после многократного изгиба даже при низких нагрузках, но тщательный выбор материала и конструкции подшипника может сделать срок службы подшипника на изгиб неопределенным.

Подшипники с коротким сроком службы

Хотя часто желателен долгий срок службы подшипников, иногда в этом нет необходимости. Харрис 2001 описывает подшипник для кислородного насоса ракетного двигателя, который обеспечил несколько часов срока службы, что намного превышает необходимые несколько десятков минут. [16]

Композитные подшипники

В зависимости от индивидуальных спецификаций (материал основы и соединения ПТФЭ) композитные подшипники могут работать до 30 лет без обслуживания.

Качающиеся подшипники

Для подшипников, которые используются в колебательных приложениях, используются индивидуальные подходы для расчета L10. [18]

Внешние факторы [ править ]

На срок службы подшипника влияют многие параметры, которые не контролируются производителями подшипников. Например, установка подшипников, температура, воздействие внешней среды, чистота смазки и электрические токи через подшипники и т. Д. Высокочастотные ШИМ-инверторы могут наводить токи в подшипнике, которые можно подавить с помощью ферритовых дросселей .

Температура и рельеф микроповерхности определяют величину трения при прикосновении к твердым частям.

Некоторые элементы и поля уменьшают трение при увеличении скорости.

Прочность и подвижность помогают определить величину нагрузки, которую может выдержать тип подшипника.

Факторы выравнивания могут играть разрушительную роль в износе, но их можно преодолеть с помощью компьютерной сигнализации и типов подшипников без трения, таких как магнитная левитация или давление в воздушном поле.

Обслуживание и смазка [ править ]

Многие подшипники требуют периодического обслуживания для предотвращения преждевременного выхода из строя, но многие другие требуют незначительного обслуживания. К последним относятся различные типы полимерных, жидкостных и магнитных подшипников, а также подшипники качения, которые описываются терминами, включая герметичный подшипник и герметичный на весь срок службы . Они содержат уплотнения, предотвращающие попадание грязи и смазки. Они успешно работают во многих областях применения, не требуя обслуживания. Некоторые приложения не могут их эффективно использовать.

Nonsealed подшипники часто имеют масленки , для периодической смазки с смазочным шприцом , или чашка масла для периодического наполнения маслом. До 1970-х годов герметичные подшипники не встречались на большинстве машин, а смазка и смазка были более распространенным явлением, чем сегодня. Например, автомобильные шасси раньше требовали «смазочных работ» почти так же часто, как замена моторного масла, но сегодняшние автомобильные шасси в основном герметичны на весь срок службы. С конца 1700-х до середины 1900-х годов промышленность полагалась на многих рабочих, называемых нефтяниками, которые часто смазывали машины масленками .

Заводские машины сегодня обычно имеют системы смазки , в которых центральный насос периодически подает масло или смазку из резервуара по смазочным линиям в различные точки смазки на опорных поверхностях машины, опорных цапфах , опорных блоках и т. Д. Время и количество таких циклов смазки контролируются компьютеризированным управлением станка, таким как ПЛК или ЧПУ , а также с помощью функций ручной коррекции, когда это иногда необходимо. Этот автоматизированный процесс , как все современные ЧПУ станкии многие другие современные заводские машины смазываются. Подобные системы смазки также используются на неавтоматизированных машинах, и в этом случае есть ручной насос, который оператор машины должен перекачивать один раз в день (для машин, которые постоянно используются) или один раз в неделю. Эти системы называются одноразовыми системами из-за их главного коммерческого предложения: одно нажатие на одну ручку для смазки всей машины вместо дюжины насосов алемитового пистолета или масленки в дюжине различных положений вокруг машины.

Система смазки внутри современного двигателя автомобиля или грузовика аналогична по концепции системам смазки, упомянутым выше, за исключением того, что масло перекачивается непрерывно. Большая часть этого масла проходит через отверстия, просверленные или отлитые в блоке двигателя и головках цилиндров, выходит через отверстия прямо на подшипники и разбрызгивается в другом месте, образуя масляную ванну. Масляный насос просто постоянно перекачивает, и любое избыточное перекачиваемое масло непрерывно выходит через предохранительный клапан обратно в отстойник.

Многие подшипники в многоцикловых промышленных операциях нуждаются в периодической смазке и очистке, а многие требуют периодической регулировки, например, регулировки предварительной нагрузки, чтобы минимизировать последствия износа.

Срок службы подшипников часто намного выше, если подшипник содержится в чистоте и хорошо смазан. Однако многие приложения затрудняют хорошее обслуживание. Один из примеров - подшипники в конвейере камнедробилки.постоянно подвергаются воздействию твердых абразивных частиц. Очистка малопригодна, потому что очистка дорогая, но подшипник снова загрязняется, как только конвейер возобновляет работу. Таким образом, хорошая программа технического обслуживания может часто смазывать подшипники, но не включает разборку для очистки. Частая смазка по своей природе обеспечивает ограниченное очищающее действие, заменяя старое (наполненное зерном) масло или смазку свежей загрузкой, которая сама собирает песчинки перед тем, как вытеснить их в следующем цикле. Другой пример - подшипники ветряных турбин, которые затрудняют обслуживание, поскольку гондола находится высоко в воздухе в районах с сильным ветром. Кроме того, турбина не всегда работает и подвержена различным условиям эксплуатации в разных погодных условиях, что затрудняет надлежащую смазку.[19]

Обнаружение неисправности внешнего кольца подшипника качения [ править ]

Подшипники качения сегодня широко используются в промышленности, и поэтому обслуживание этих подшипников становится важной задачей для специалистов по техническому обслуживанию. Подшипники качения легко изнашиваются из-за контакта металла с металлом, что приводит к неисправностям внешнего кольца, внутреннего кольца и шара. Это также наиболее уязвимый компонент машины, поскольку он часто находится в условиях высокой нагрузки и высокой скорости движения. Регулярная диагностика неисправностей подшипников качения имеет решающее значение для промышленной безопасности и эксплуатации машин, а также для снижения затрат на техническое обслуживание или сокращения времени простоя. Среди внешнего кольца, внутреннего кольца и шара внешнее кольцо более уязвимо для неисправностей и дефектов.

Все еще остается место для обсуждения того, возбуждает ли ролик качения собственные частоты компонента подшипника, когда он проходит через место повреждения на внешнем кольце. Следовательно, нам необходимо определить собственную частоту внешнего кольца подшипника и ее гармоники . Неисправности подшипников создают импульсы и приводят к сильным гармоникам частот неисправностей в спектре сигналов вибрации. Эти частоты неисправностей иногда маскируются соседними частотами в спектрах из-за их небольшой энергии. Следовательно, часто требуется очень высокое спектральное разрешение, чтобы идентифицировать эти частоты во время анализа БПФ . Собственные частотыподшипника качения со свободными граничными условиями составляет 3 кГц. Следовательно, чтобы использовать метод ширины полосы резонанса компонентов подшипника для обнаружения неисправности подшипника на начальном этапе, следует использовать акселерометр с высокочастотным диапазоном, и необходимо собирать данные, полученные за длительный период. Характеристическая частота неисправности может быть определена только при серьезной степени неисправности, например, при наличии отверстия во внешнем кольце. Гармоники частоты неисправности являются более чувствительным индикатором неисправности внешнего кольца подшипника. Для более серьезного обнаружения дефектных дефектов подшипников методы сигнала , спектра и огибающей помогут выявить эти дефекты. Однако если высокая частотадемодуляция используется в анализе огибающей для обнаружения характерных частот неисправностей подшипников, специалисты по обслуживанию должны быть более осторожными при анализе из-за резонанса , поскольку он может содержать или не содержать компоненты частоты неисправности.

Использование спектрального анализа в качестве инструмента для выявления неисправностей в подшипниках сталкивается с проблемами, связанными с такими проблемами, как низкая энергия, размытие сигнала, циклостационарность и т. Д. Высокое разрешение часто требуется для дифференциации частотных компонентов неисправности от других соседних частот с высокой амплитудой. Следовательно, когда сигнал дискретизируется для анализа БПФ , длина выборки должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить адекватное разрешение по частоте в спектре. Кроме того, удерживая время вычислений и память в определенных пределах и избегая нежелательного сглаживанияможет быть требовательным. Однако требуемое минимальное разрешение по частоте может быть получено путем оценки частот неисправностей подшипников и других частотных компонентов вибрации и их гармоник из-за скорости вала, перекоса, частоты сети, коробки передач и т. Д.

Упаковка [ править ]

В некоторых подшипниках для смазки используется густая консистентная смазка, которая вводится в зазоры между поверхностями подшипников, также известная как набивка . Смазка удерживается на месте пластиковой, кожаной или резиновой прокладкой (также называемой сальником ), которая закрывает внутренние и внешние края кольца подшипника, чтобы смазка не вытекала.

Подшипники также могут быть упакованы другими материалами. Исторически в колесах железнодорожных вагонов использовались подшипники скольжения, набитые отходами или свободными обрезками хлопкового или шерстяного волокна, пропитанными маслом, а позже - твердые хлопковые подушечки. [20]

Кольцевая масленка [ править ]

Дополнительная информация: Кольцевая масленка

Подшипники можно смазывать с помощью металлического кольца, которое свободно скользит по центральному вращающемуся валу подшипника. Кольцо свешивается в камеру со смазочным маслом. Когда подшипник вращается, вязкая адгезия втягивает масло вверх по кольцу и на вал, где масло мигрирует в подшипник для его смазки. Лишнее масло слетает и снова собирается в бассейне. [21]

Смазка разбрызгиванием [ править ]

Простая форма смазки - это смазка разбрызгиванием . Некоторые машины содержат лужу смазки на дне с шестернями, частично погруженными в жидкость, или шатуны, которые могут опускаться в бассейн во время работы устройства. Вращающиеся колеса выбрасывают масло в воздух вокруг себя, а шатуны кривошипа ударяют по поверхности масла, беспорядочно разбрызгивая его на внутренние поверхности двигателя. Некоторые небольшие двигатели внутреннего сгорания содержат специальные пластмассовые отражатели, которые беспорядочно разбрызгивают масло по внутренней части механизма. [22]

Смазка под давлением [ править ]

Для высокоскоростных и мощных машин потеря смазки может привести к быстрому нагреву подшипников и повреждению из-за трения. Также в грязной среде масло может загрязняться пылью или мусором, что увеличивает трение. В этих случаях свежая смазка может непрерывно подаваться к подшипнику и всем другим контактным поверхностям, а излишки могут быть собраны для фильтрации, охлаждения и, возможно, повторного использования. Смазка под давлением обычно используется в больших и сложных двигателях внутреннего сгорания в тех частях двигателя, куда не может попасть прямо разбрызгиваемое масло, например, в узлы верхних клапанов. [23] Высокоскоростные турбокомпрессоры также обычно требуют масляной системы под давлением для охлаждения подшипников и предотвращения их сгорания из-за тепла от турбины.

Композитные подшипники [ править ]

Композитные подшипники имеют самосмазывающуюся гильзу из политетрафторэтилена (ПТФЭ) с многослойной металлической основой. Вкладыш из ПТФЭ обеспечивает постоянное контролируемое трение, а также долговечность, в то время как металлическая основа обеспечивает прочность композитного подшипника и его способность выдерживать высокие нагрузки и напряжения на протяжении всего срока службы. Его конструкция также делает его легким - в десять раз легче традиционного подшипника качения. [24]

Типы [ править ]

Есть много разных типов подшипников. В стадии разработки находятся новые версии более эффективных конструкций, которые уменьшат трение, увеличат нагрузку на подшипники, увеличат импульс и скорость.

ТипОписаниеТрениеЖесткость †СкоростьЖизньПримечания
Подшипник скольженияНатирание поверхностей, обычно смазкой; в некоторых подшипниках используется перекачиваемая смазка, и они ведут себя аналогично жидкостным подшипникам.В зависимости от материалов и конструкции PTFE имеет коэффициент трения ~ 0,05–0,35, в зависимости от добавленных наполнителей.Хорошее, при условии низкого износа, но обычно присутствует некоторый провисаниеОт низкого до очень высокогоОт низкого до очень высокого - зависит от области применения и смазкиШироко используется, имеет относительно высокое трение, в некоторых случаях наблюдается прилипание . В зависимости от области применения срок службы может быть выше или ниже, чем у подшипников качения.
Подшипник каченияШарик или ролики используются для предотвращения или минимизации тренияКоэффициент трения качения со сталью может составлять ~ 0,005 (добавление сопротивления из-за уплотнений, уплотненной смазки, предварительной нагрузки и перекоса может увеличить трение до 0,125)Хорошо, но обычно присутствует некоторая слабинаОт умеренного до сильного (часто требуется охлаждение)От умеренного до высокого (зависит от смазки, часто требует обслуживания)Используется для более высоких моментных нагрузок, чем подшипники скольжения с меньшим трением.
Драгоценный подшипникСмещенные от центра опорные ролики в гнездеНизкийНизкий из-за изгибаНизкийАдекватный (требует обслуживания)В основном используется при работе с малой нагрузкой и высокой точностью, например, в часах. Драгоценные подшипники могут быть очень маленькими.
Жидкий подшипникЖидкость подается между двумя поверхностями и удерживается краевым уплотнениемНулевое трение при нулевой скорости, низкоеОчень высокоОчень высокая (обычно ограничивается несколькими сотнями футов в секунду при уплотнении / при помощи уплотнения)Практически бесконечно в некоторых приложениях, в некоторых случаях может изнашиваться при запуске / выключении. Часто незначительное обслуживание.Может быстро выйти из строя из-за песка, пыли или других загрязнений. Не требует обслуживания при непрерывном использовании. Может выдерживать очень большие нагрузки с низким коэффициентом трения.
Магнитный подшипникТорцы подшипников разделены магнитами ( электромагнитами или вихревыми токами ).Нулевое трение при нулевой скорости, но постоянная мощность для левитации, вихревые токи часто индуцируются при движении, но могут быть незначительными, если магнитное поле квазистатическое.НизкийПрактического ограничения нетБессрочно. Бесплатная поддержка. (с электромагнитами )Активным магнитным подшипникам (AMB) требуется значительная мощность. Электродинамические подшипники (EDB) не требуют внешнего питания.
Подшипник изгибаМатериал изгибается, чтобы придать и ограничить движениеОчень низкийНизкийОчень высоко.Очень высокий или низкий в зависимости от материалов и нагрузки при применении. Обычно не требует обслуживания.Ограниченный диапазон движения, отсутствие люфта, чрезвычайно плавное движение
Композитный подшипникПодшипник скольжения с футеровкой из ПТФЭ на стыке подшипника и вала с многослойной металлической основой. ПТФЭ действует как смазка.ПТФЭ и использование фильтров для набора трения, необходимого для контроля трения.Хорошо в зависимости от ламинированной металлической основыОт низкого до очень высокогоОчень высоко; ПТФЭ и наполнители обеспечивают устойчивость к износу и коррозииШироко используется, контролирует трение, снижает прерывистое скольжение, PTFE снижает статическое трение
† Жесткость - это величина, на которую изменяется зазор при изменении нагрузки на подшипник, она отличается от трения подшипника.

См. Также [ править ]

  • Букса
  • Шариковый подшипник  - Тип подшипника качения, в котором используются шарики для поддержания зазора между дорожками качения.
  • Шариковый шлиц  - Тип подшипника линейного перемещения, который может передавать крутящий момент
  • Контактная механика  - Изучение деформации тел, соприкасающихся друг с другом.
  • Журнал подшипников  - тип Простейшее подшипника, включающий только опорную поверхность и никаких элементов качения
  • Шарнир  - Механический подшипник, который соединяет два твердых объекта, обычно допускающий только ограниченный угол поворота между ними.
  • Основной подшипник
  • Игольчатый роликовый подшипник
  • Опорный подшипник подушки
  • Подшипник шага  - компонент, соединяющий лопатку турбины со ступицей, позволяющий изменять шаг
  • Обычный подшипник  - тип Простейшее подшипника, включающий только опорную поверхность и никаких элементов качения
  • Гонка (подшипник)  - След в подшипнике, по которому движутся тела качения.
  • Rolamite  - технология подшипников с низким коэффициентом трения
  • Подшипник качения
  • Колесо прокрутки
  • Метод ударных импульсов
  • Поворотный подшипник  - вращающийся опорный элемент для выравнивания по направлению
  • Сферический подшипник скольжения  - подшипник, допускающий ограниченное угловое вращение перпендикулярно оси вала.
  • Сферический роликоподшипник  - подшипник качения, допускающий угловое смещение
  • Спиральная канавка подшипник  - гидродинамические подшипники с использованием спиральных канавок для разработки смазочного давления

Ссылки [ править ]

  1. ^ Merriam-Webster , "headwords" Bearing "и" медведь " " , Университетский словарь Merriam-Webster, онлайн-версия подписки
  2. ^ a b Американское общество инженеров-механиков (1906), Труды Американского общества инженеров-механиков , 27 , Американское общество инженеров-механиков, стр. 441
  3. ↑ Bunch, Bryan H .; Геллеманс, Александр (2004). История науки и техники: руководство для браузеров по великим открытиям, изобретениям и людям, которые их сделали, с незапамятных времен и до наших дней . Хоутон Миффлин. ISBN 978-0-618-22123-3.
  4. ^ Бард, Кэтрин А .; Шуберт, Стивен Блейк (1999). Энциклопедия археологии Древнего Египта . Рутледж. ISBN 978-0-415-18589-9.
  5. ^ Гуран, Ардешир; Рэнд, Ричард Х. (1997), Нелинейная динамика , World Scientific, стр. 178, ISBN 978-981-02-2982-5
  6. ^ Purtell, Джон (1999/2001). Проект Диана, глава 10: Чудеса классической эпохи . Архивировано 1 июля 2010 года в Wayback Machine.
  7. ^ "Хронология подшипниковой промышленности" . americanbearings.org . Проверено 21 октября 2012 года .
  8. ^ "Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники" . intechbearing.com. Архивировано из оригинального 11 мая 2013 года .
  9. ^ "История велосипедов, хронология роста езды на велосипеде и развития велосипедной технологии Дэвидом Мозером" . Ibike.org . Проверено 30 сентября 2013 года .
  10. ^ Stribeck, R. (1901). "Kugellager für trustbige Belastungen". Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure . 3 (45): 73–79.
  11. ^ Stribeck, R. (1 июля 1901). «Кугеллагер (шариковые подшипники)». Glasers Annalen für Gewerbe und Bauwesen . 577 : 2–9.
  12. ^ Мартенс, А. (1888). Schmieröluntersuchungen (Исследования масел) . Mitteilungen aus den Königlichen technischen Versuchsanstalten zu Berlin, Ergänzungsheft III. Берлин: Verlag von Julius Springer. С. 1–57. Архивировано из оригинального 25 февраля 2012 года.
  13. ^ Machine Design (2007), Знаете ли вы: Bud Wisecarver (PDF) , Machine Design, стр. 1
  14. ^ "Журнал Новости дизайна - июль 1995" .[ постоянная мертвая ссылка ]
  15. ^ «6 самых популярных типов механических подшипников» . craftechind.com .
  16. ^ а б Харрис, Тедрик А. (2001). Анализ подшипников качения . Вайли. ISBN 978-0-471-35457-4.
  17. ^ Швак, Фабиан; Быков, Artjom; Бадер, Норберт; Полл, Герхард, «Зависимый от времени анализ износа в колебательных подшипниках», Труды Международной совместной трибологической конференции STLE / ASME , S2CID 201816405 
  18. ^ Schwack, F .; Stammler, M .; Опрос, G .; Рейтер, А. (2016). «Сравнение расчетов ресурса колебательных подшипников с учетом индивидуального управления шагом в ветряных турбинах» . Журнал физики: Серия конференций . 753 (11): 112013. Bibcode : 2016JPhCS.753k2013S . DOI : 10.1088 / 1742-6596 / 753/11/112013 .
  19. ^ Швак, Фабиан; Бадер, Норберт; Лекнер, Йохан; Демайль, Клэр; Опрос, Герхард (2020). «Исследование консистентных смазок в условиях шагового подшипника ветряных турбин» . Носить . 454-455: 203335. дои : 10.1016 / j.wear.2020.203335 . ISSN 0043-1648 . 
  20. ^ Уайт, Джон Х. (1985) [1978]. Пассажирский вагон американской железной дороги . 2 . Балтимор, Мэриленд: Издательство Университета Джона Хопкинса . п. 518. ISBN 978-0-8018-2747-1.
  21. ^ Гебхардт, Джордж Фредерик (1917). Паровая энергетическая установка . Дж. Вили. п. 791 .
  22. ^ Хоббс, Джордж Уильям; Эллиотт, Бен Джордж; Консоливер, граф Лестер (1919). Бензиновый автомобиль . Макгроу-Хилл. С.  111 –114.
  23. ↑ Дюма, Поль (14 сентября 1922). «Смазочные характеристики под давлением» . Возраст мотора . Класс Журнал Ко. 42 .
  24. ↑ Gobain, Saint (1 июня 2012 г.). "Сен-Гобен и Норко получают одобрение знаменитостей" . Дата обращения 9 июня 2016 .

Внешние ссылки [ править ]

  • ISO Система размеров и номера подшипников
  • Комплексный обзор подшипников, Кембриджский университет
  • Словарь терминов по подшипникам
  • Как работают подшипники
  • Цифровая библиотека кинематических моделей для проектирования (KMODDL) - фильмы и фотографии сотен работающих моделей механических систем в Корнельском университете. Также включает в себя электронную библиотеку классических текстов по машиностроению и проектированию.
  • Типы подшипников, Кембриджский университет