3 простых шага для выбора подшипников и ступиц

Подшипники

С тех пор, как развитие нашей цивилизации достигло уровня, когда люди начали использовать в процессе своего труда простейшие механизмы, изобретатели и рационализаторы-самоучки пытались облегчить выполнение различных тяжелых операций, связанных с перемещением массивных и громоздких предметов. Одним из первых технологических прорывов стало изобретение колеса, которое позволило людям встать на принципиально новый уровень. 
Использование круглых предметов в качестве роликов стало первым в истории примером подшипника. Древние египтяне и другие развитые народы применяли круглые бревна для перемещения тяжелых каменных блоков при строительстве пирамид и других сооружений.

Постепенно технология усложнялась, пока не появились первые повозки с настоящими колесами привычной круглой формы, а уже в 18 веке был получен патент на первую конструкцию подшипников. Сейчас практически все механизмы, включающие движущие детали, содержат в своей конструкции подшипники разного типа.

Основные виды подшипников

Подшипники классифицируют по видам трения, подразделяя их на подшипники скольжения и качения. Среди подшипников качения выделяют 2 подтипа на основе используемых элементов качения: шариков или роликов.

Роликовые подшипники

Роликовый подшипник отличается большей поверхностью соприкосновения тел качения с кольцами, что позволяет ему выдержать более значительные нагрузки по сравнению с аналогичным шариковым подшипником, включая и сильные нагрузки ударного типа. Такой подшипники менее подвержен деформациям за счет уменьшения давления на ролики при соприкосновениях, поскольку у него увеличенная зона контакта.

Шариковые подшипники

Шариковые подшипники также включают в себя несколько разновидностей, отличающихся типом получаемых нагрузок.

• Радиальные подшипники
• Упорные подшипники
• Радиально-упорные

Радиальными подшипниками называют те образцы, которые воспринимают нагрузки, направленные перпендикулярно своей оси, а если нагрузка поступает параллельно оси, то такой подшипник называют упорным. Есть образцы комбинированного типа, включающие оба этих типа нагрузки.

Наибольшее распространение получили подшипники скольжения и качения, которые задействованы в движениях вращательного типа. Конструктивное устройство подшипников разных типов обуславливает наличие тех или иных технических особенностей, определяющих его сферу применения в разных обстоятельствах.

Древнейшим типом подшипника являются подшипники скольжения, воспринимающие нагрузки в процессах скольжения. Подшипники качения отличаются от них тем, что у них нагрузки действуют на большое число элементов качения, которые входят в состав подшипников. Для того, чтобы подшипники прослужили дольше и реже выходили из строя, им нужно обеспечивать поступление смазки. Как правило, подшипник скольжения обходится дешевле, чем качения при одинаковых размерах, но подшипники качения способны выдерживать более интенсивные нагрузки, и рассчитаны на работу при повышенной скорости.

Устройство подшипников

Схема устройства этих подшипников довольно проста. Они представляют собой деталь цилиндрической формы, которая посажена наглухо. Обычно цилиндр бывает стационарным. Внутри него заключен движущийся компонент – вал. Другое название – втулка скольжения.
Подшипники качения содержат в себе элементы качения, берущие на себя нагрузки. Они представлены шариками или роликами.

Роликовый подшипник состоит из 1-2 колец с шариками, которые размещены между наружным и внутренним кольцом, образуя однорядный или двухрядный подшипник. Дорожки качения на обоих кольцах служат направляющими для тел качения. Важным элементом является сепаратор – конструктивная часть, которая сохраняет положение элементов качение на определенном расстоянии друг от друга, равномерно распределяя их и не давая им сбиться в кучу. Тела качения и дорожки качения расположены не вплотную друг с другом, а с небольшим зазором, который компенсирует тепловое расширение металла, когда он нагревается в процессе движения.

По своим габаритам такие подшипники могут быть самых разнообразных размеров – миниатюрные для микродвигателей или колоссальных размеров, которые устанавливают на место с помощью спецтехники.

Из чего делают подшипники

Практически все детали производятся из высокоуглеродистой, хромистой стали. К материалам, используемым для изготовления колец и шариков, предъявляются строгие требования по разным параметрам:

• Жесткость
• Прочность
• Контактная усталостная прочность на качение
• Износостойкость
• Габаритная стабильность

На производство сепараторов идет латунь, сталь, легкие сплавы, полимеры или текстолит. Они должны соответствовать увеличенным показателям по ряду характеристик:

• Сопротивление износу
• Прочность
• Сопротивление деформации

Конструктивные элементы подшипников

Кольца

Для производства любых колец для подшипников используется общая методика. В первую фазу производства используют в качестве основы из стальные трубы нужного диаметра. Автоматические режущие станки производят нарезку основной формы с припуском, учитывая деформацию в процессе термической обработки. Для достижения нужного размера кольца обрабатывают после термообработки.

Вначале кольца находятся несколько часов в печи, где сохраняется температура в 850 градусов, а потом их охлаждают в масляной ванне, что позволяет закалить их поверхность до высоких показателей. После этого этапа металл становится хрупким. Для того, чтобы наделить их прочностью и твердостью, кольца нагревают до 150 градусов и охлаждают на воздухе.

Термообработка делает кольца чрезвычайно твердыми, что усложняет их последующую отделку с использованием режущих инструментов. Здесь помогают шлифовальные круги, которые доводят поверхность колец до гладкого и точного состояния, а потом полируют до зеркального блеска. После этого кольца можно соединять с шариками.

Шарики

Изготовление стальных шариков – намного более сложный процесс, несмотря на простоту формы. Вначале берут стальные прутки, которые режут в автоматическом режиме на небольшие части, а потом их кладут под двусторонний пресс для сжатия. Эту процедуру назвали «холодная высадка». Внешне прототипы шариков похожи на планету Сатурн, которую вокруг обвивает кольцо.

Очередной этап заключается в подаче шариков в углубления между парой дисков, причем один диск крутится, а второй остается в неподвижном положении, что позволяет убрать с шарика кольцо, оставляя припуск в доли миллиметра для дальнейшей обработки.

Далее шарики подвергают термообработке, аналогичной кольцевой. Потом идет процесс точной шлифовки допускающей отклонения от заданного размера на 0,0001 мм. После этого шарики полируют в течение нескольких часов, добиваясь необходимой точности.

Сепаратор

Сепараторы на основе стали делают из тонких металлических листов путем обрезки и изгибания до достижения нужной формы. Они состоят из пары идентичных элементов, состыкованных между собой в единое целое.

Полимерный сепаратор производят путем отливки под давлением.

Есть текстолитовые сепараторы с армированным тканевым слоем, они используются в подшипниках повышенной точности.

Сепараторы на основе полимеров выделяются оптимальным сочетанием прочности и упругости. Высококачественная обработка поверхности сепаратора позволяет снизить нагрузки трения. Что уменьшает выделение тепла и увеличивает износостойкость.

Сборочный процесс

После прохождения всех этапов все элементы подшипника собирают в единую деталь. Происходит размещение внутреннего и внешнего колец, куда закладываются шарики, а на них монтируют сепаратор. Пластиковые типы подшипников собираются методом защелкивания. После сборки подшипники обрабатывают антикоррозийными составами и упаковывают для перевозки.

Будущее подшипников

Шариковые подшипники – одни из самых востребованных элементов для разнообразных механизмов. Их производство поставлено на поток и стало относительно недорогим. Есть даже компании, которые проводили эксперименты в космосе, где в условиях невесомости шарики принимали идеальную форму в процессе остывания, но пока процесс полировки шариков на Земле все равно намного дешевле, чем на космическом корабле.

Ясно одно- подшипники еще в течении долгого времени будут входит в число самых популярных деталей в составе технических устройств.