Как работает подшипник: Как работает подшипник | Полезные статьи
alexxlab | 14.02.2023 | 0 | Разное
Японские инженеры изобрели подшипники, не требующие смазки / Хабр
SLY_GНаучно-популярное Физика
Обычный подшипник
Японские инженеры из компании Coo Space придумали, как можно снизить трение в подшипниках качения и избавиться от необходимости периодически их смазывать. Им удалось исключить из конструкции сепаратор путём нехитрых модификаций внешнего кольца подшипника.
Подшипники качения изобрели очень давно. Ошибочно первый опыт использования тел качения для уменьшения трения приписывают древним египтянам. На самом деле, самый ранний экземпляр подшипника относится к римскому вращающемуся столу, датируемому 40 годом до Н.Э. Леонардо Да Винчи (куда же без него) использовал их в чертежах своего вертолёта около 1500 года. А первый вариант подшипников с сепаратором предложил в 17-м веке Галилей.
Сейчас подшипники можно найти в подавляющем большинстве механизмов. От роликов и велосипеда до мотоцикла, от автомобиля до вертолёта, от жёстких дисков до вентиляторов. Лучшего способа снизить трение вращения пока не придумали – если не считать экзотической, сложной и дорогой магнитной подвески.
Шарики между кольцами обычного подшипника используются для того, чтобы снизить трение между движущимися частями. Но если использовать шарики без сепаратора, они будут догонять и тереться друг об друга, что наоборот приведёт к повышенному трению. А сепаратор тоже вносит свою лепту в сопротивление качению. В результате, любые подшипники требуют смазки, а редкие подшипники без сепараторов ограничены в скорости вращения ввиду повышенного истирания.
Однажды японские изобретатели налили себе крепкого зелёного чаю и задумались. Если проблема только в том, что шарики трутся друг об друга, нельзя ли сделать так, чтоб они не встречались? Оказалось – можно.
Принцип действия
Если сделать во внешнем кольце углубления, то шарики, проходя эти выемки, будут замедляться, а затем – ускоряться.
В результате такого «рваного» ритма шарики не догоняют и не трутся друг об друга. И такой конструкции не требуется ни сепаратор, ни смазка. Назвали её Autonomus Decentralized Bearing (автономные децентрализованные подшипники).
И кружит, и кружит, и кружит
Пока компания успешно делает прототипы и уже получает заказы с разных концов света на свои чудо-подшипники. Снижение трения на порядок и устранение необходимости периодического обслуживания увеличит энергоэффективность и снизит себестоимость будущих механизмов.
Теги:
- подшипник
- смазка
- трение
Хабы:
- Научно-популярное
- Физика
Всего голосов 60: ↑53 и ↓7 +46
52K
Комментарии 45
Вячеслав Голованов @SLY_G
Научпоп. Проповедую в храме науки.
Сайт Сайт Сайт Twitter ВКонтакте
Комментарии Комментарии 45
Применение подшипников в автомобиле – Статьи от компании Берг инжиниринг
Разбирая отдельные системы и в целом весь автомобиль, следует сказать про огромный спектр деталей, поддерживающих все в рабочем состоянии.
Работа двигателя машины немыслима без подшипника генератора, подвесного подшипника, подшипника колеса, подшипника карданного вала. В каждой части машины, в которой появляется движение либо нагрузки вызванные движением, действием или же весом устройства, а также любые формы передачи движения или нагрузки, появляется необходимость в определенной форме опоры. Автомобиль не является однородным устройством, не только с точки зрения опоры. Можно выделить ряд систем, в которых используются более одного типа подшипников. Давайте разберем подшипники по их типам более подробно.
Типы подшипников, используемых в легковых автомобилях
Гораздо чаще применяются подшипники качения, использующие незначительное сопротивление фрикционного трения. В оборудовании тяжелого типа, экскаваторах, погрузчиках, домкратах, легко найти шарнирные подшипники скольжения, а в легковых автомобилях — редкость. Чаще используются разного рода втулки и шайбы скольжения, особенно в элементах, от которых необходим самый низкий уровень шума, малый вес и небольшое пространство для установки между валом и корпусом.
Наиболее распространенными являются шариковые подшипники, начиная от радиальных одно- и двухрядных обычных, заканчивая опорными подшипниками (стопорными) сложной конструкции. Не менее распространены также конические роликоподшипники.
Очень часто можно встретить различные разновидности игольчатых подшипников, при этом абсолютно преобладают так называемые игольчатые роликоподшипники, т. е. контейнеры с телами качения.
Относительно редкие цилиндрические роликоподшипники, и это из-за их ограничения в отношении переноса сложных нагрузок.
Реже всего в автомобилях встречаются подшипники самоустанавливающиеся, будь то шариковые или роликовые.
Упорные сферические роликоподшипники также отсутствуют. Однако следует упомянуть, что они доминируют в тяжелом оборудовании и сельскохозяйственной технике.
Стоит помнить, что конструкции подшипников, применяемых в автомобильной промышленности, часто отличаются от стандартных конструкций.
Наиболее распространены незначительные изменения размеров в отношении стандартных деталей, которые чаще являются результатом политики производителя, чем требованиями технических регламентов. Однако во многих случаях мы имеем дело со сложными конструкциями, такими так натяжной ролик, элементы руля и т. д.
Стандартные подшипники можно встретить в ступицах колес и мостах, в генераторах и кондиционерах.
Основные области применения подшипников в автомобилях
Ходовая часть
Ходовые колеса (подшипники ступиц передних и задних колес)
В старых автомобилях наиболее распространено применение двух подшипников колес, конических подшипников качения. Они переносят как радиальные, так и осевые нагрузки. Они монтируются в ступице парами и устанавливаются относительно себя наоборот. Преимуществом решения с двумя коническими роликоподшипниками является то, что всегда можно заменить поврежденный подшипник с минимальными затратами.
В новых конструктивных решениях в качестве подшипника ступицы колеса используется радиально-упорный двухрядный шарикоподшипник. Такое решение занимает меньше места в осевом направлении, чем с двумя коническими подшипниками, что имеет немаловажное значение для конструкции. Другие преимущества — легкий монтаж и то, что подшипник уже идет с необходимым уплотнением и смазкой, достаточной на весь срок эксплуатации.
Комплексная ступица первого поколения была оснащена ранее упомянутым двухрядным угловым шарикоподшипником, в котором одна из беговой дорожки опирается на внутренний элемент системы подвески, а вторая прижимается к ней через центральную гайку ступицы.
В задней ступице второго поколения отказались от кольца внешнего подшипника, выполняя беговую дорожку в материале ступицы, имеющей фланец.
В решении ступицы третьего поколения можно говорить о подшипнике, являющимся одновременно ступицей и поворотным колесом. Внутренняя беговая дорожка выполнена в ступице, а благодаря использованию крепежного фланца на наружном кольце его можно фиксировать на элементы подвески колеса.
Система подвески
Система подвески, когда дело доходит до традиционных автомобилей, не относится к подшипниковым узлам. Чаще всего мы имеем дело с валовым коническим подшипником легкой конструкции, чаще с сепаратором, выполненным из пластика. Можно встретить также решения, основанные на шариковых подшипниках. В обоих случаях производители используют сложные конструкции, облитые пластиком, где простая их замена невозможна.
Рулевое управление
Сердце рулевого управления — рулевой механизм, часто называемый парусником.
Здесь можно встретить как обычные однорядные подшипники серии 60.., 62.., 63..,
стандартные шариковые подшипники типа HK.., а также специальные конструкции, основанные, правда, на игольчатых или шариковых подшипниках. Поперечный рулевой наконечник — это элемент подобной конструкции для верхних тяг.
Система привода
Виды и типы используемых подшипников связаны не только с самой системой, но и, прежде всего, с видом конструкции. В системе привода преобладают плотные, компактные и комплексные конструкции. Встречаются игольчатые роликоподшипники, однорядные конические роликоподшипники, цилиндрические роликоподшипники типа NU.., радиальные шарикоподшипники. Трудно определить доминирующие решения, они связаны с размером транспортного средства и прежде всего с маркой автомобиля.
Коленвал
Здесь используют игольчатые роликоподшипники специальной конструкции, в которых ось симметрии порядка игл не совпадает с цепью корзины.
Это две серии: в KZK.. оси элементов прижаты внутри, в КБК.. — снаружи. Также все чаще применяются подшипники скольжения, втулки/вкладыши скольжения.
Двигатель
Вал или ролики грм, натяжного ролика, натяжной ролик
Распределительный вал на подшипниках, как правило, работает с помощью скользящего подшипника, так называемой скользящей пластины. Ролик натяжителя ремня ГРМ является наиболее распространенной комплексной конструкцией, в которой подшипники являются неотъемлемой частью. В так называемых натяжителях используются игольчатые роликоподшипники и радиальные шариковые подшипники.
Коробка передач
Вал сцепления, выжимной подшипник сцепления, промежуточный вал
В валах сцепления используются шариковые однорядные и двухрядные подшипники, радиально-упорные шарикоподшипники, двунаправленные (серия Q.. или QJ..), а также конические. В сцеплении применяется так называемый выжимной подшипник сцепления.
Отдельные шестерни передач — чаще всего игольчатые роликоподшипники. Промежуточный вал — игольчатые роликоподшипники (типа HK..), подшипники качения (типа NUP..).
Дифференциал
Преобладают почти полностью конические роликоподшипники.
Система охлаждения
Подшипник насоса охлаждающей жидкости имеет специальную конструкцию шарикоподшипников. Как правило, эти подшипники встроены, так что трудно на первый взгляд определить тип опоры.
Подшипники вентилятора — шарикоподшипники и втулки скольжения.
Электрическая система
В генераторе используются исключительно однорядные шарикоподшипники. Доминирует серия 62.., но также используются серии 60.., 63.., а также серии 622.. или 630..
Топливная система
Подшипник топливного насоса
Кондиционер
Подшипник кондиционера, чаще один шарикоподшипник.
Самый обычный автомобиль насчитывает огромное множество и разнообразие подшипников.
Так, только в колесе автомобиля мы можем найти радиальные шарикоподшипники, такие как 6204 и 6205, конические подшипники, начиная от метрических 32010 AX и заканчивая дюймовыми, LM11749/10, двухрядными радиально-упорными с разъемным внутренним кольцом, BC346037, и двухрядными конические роликоподшипники с разъемным внутренним кольцом, BT408037.
Проходят годы, меняются конструкции, материалы и, конечно, модели автомобилей. Тем не менее, правила передачи привода и нагрузки остаются неизменны. Быть может, через несколько лет мы не найдем в машине ни одного, в полном смысле этого слова, подшипника. Но, безусловно, модульная конструкция является символом нашего времени, и не только в автомобильной промышленности.
Как работают подшипники | Plant Engineering
Благодаря подшипнику многие машины, которые мы используем каждый день, становятся возможными. Без подшипников мы бы постоянно заменяли детали, которые изнашиваются от трения.
Предметы катятся легче, чем скользят.
Колеса вашего автомобиля похожи на большие подшипники. Если бы у вас было что-то вроде лыж вместо колес, вашу машину было бы гораздо труднее толкать по дороге.
Когда объекты скользят, трение между ними вызывает силу, которая замедляет их. Но если две поверхности могут катиться друг по другу, трение значительно снижается.
Подшипники уменьшают трение за счет гладких шариков или роликов, а также гладких внутренних и внешних поверхностей, по которым шарики могут катиться. Эти шарики или ролики «несут» нагрузку, позволяя устройству плавно вращаться.
Нагрузки на подшипники
Подшипники обычно испытывают два вида нагрузки — радиальную и осевую. В зависимости от того, где используется подшипник, он может испытывать радиальную нагрузку, осевую нагрузку или их комбинацию.
Подшипники в комбинации электродвигателя и шкива воспринимают только радиальную нагрузку. Большая часть нагрузки приходится на натяжение ремня, соединяющего шкивы.
Подшипники в барных стульях и ленивых Сюзанах полностью нагружены.
Вся нагрузка исходит от веса предметов.
Подшипник в ступице автомобильного колеса должен выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки. Радиальная нагрузка исходит от веса автомобиля; осевая нагрузка исходит от угловых сил, когда вы входите в поворот.
Шариковые подшипники
Шариковые подшипники являются наиболее распространенным типом подшипников (см. рисунок). Эти подшипники могут выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки и обычно применяются в тех случаях, когда нагрузка относительно мала.
В шарикоподшипнике нагрузка передается от наружного кольца к шарикам и от шариков к внутреннему кольцу. Поскольку мяч является сферой, он контактирует с внутренней и внешней обоймой только в точке, что помогает ему плавно вращаться. Но это также означает, что площадь контакта с такой нагрузкой невелика. Если подшипник перегружен, шарики могут деформироваться или треснуть, что приведет к разрушению подшипника.
Роликовые подшипники
Роликовые подшипники используются в таких устройствах, как ролики конвейерных лент, где они должны воспринимать большие радиальные нагрузки.
В этих подшипниках ролик представляет собой цилиндр. Контакт между внутренней и внешней расой представляет собой линию, а не точку. Это распределяет нагрузку по большей площади, позволяя подшипнику выдерживать гораздо большие нагрузки, чем шариковый подшипник. Однако этот тип подшипника не предназначен для восприятия осевых нагрузок.
Игольчатый подшипник представляет собой разновидность роликового подшипника. В нем используются цилиндры, представляющие собой ролики очень малого диаметра. Это позволяет подшипнику поместиться в труднодоступных местах.
Шариковый упорный подшипник
Шариковые упорные подшипники в основном используются для низкоскоростных применений и не могут выдерживать большие радиальные нагрузки. Этот тип подшипника используется в вращающихся стульях и небольших ручных инструментах.
Упорный роликовый подшипник
Упорный роликовый подшипник может выдерживать большие осевые нагрузки. Они часто встречаются в зубчатых передачах автомобильных трансмиссий между шестернями и между корпусом и вращающимися валами.
Косозубые шестерни, используемые в большинстве трансмиссий, имеют угловые зубья. Это вызывает осевую нагрузку, которая должна поддерживаться подшипником.
Конические роликоподшипники
Конические роликоподшипники могут выдерживать большие радиальные и осевые нагрузки. Они используются в автомобильных ступицах, где они обычно устанавливаются парами, обращенными в противоположные стороны, поэтому они могут выдерживать тягу в обоих направлениях.
Магнитные подшипники
В некоторых высокоскоростных устройствах, таких как передовые системы накопления энергии маховика, используются магнитные подшипники. Эти подшипники позволяют маховику плавать в магнитном поле, создаваемом подшипником.
Некоторые маховики работают со скоростью около 50 000 об/мин. Шариковые или роликовые подшипники расплавятся или взорвутся на таких скоростях. Магнитные подшипники не имеют движущихся частей. Они могут справиться с этими невероятными скоростями.
Есть ли у вас опыт и знания по темам, упомянутым в этом содержании? Вам следует подумать о том, чтобы внести свой вклад в нашу редакционную команду CFE Media и получить признание, которого вы и ваша компания заслуживаете.
Нажмите здесь, чтобы начать этот процесс.
Superior Bearing & Supply — производитель и оптовый дистрибьютор подшипников, наконечников тяг и сальников
Как работают подшипники
Вы когда-нибудь задумывались, как такие вещи, как колеса роликовых коньков и электродвигатели , вращаются так плавно и тихо? Ответ можно найти в аккуратной маленькой машине под названием подшипник.
Благодаря подшипнику многие механизмы, которыми мы пользуемся каждый день, становятся возможными. Без подшипников мы бы постоянно заменяли детали, которые изнашиваются от трения. В этой статье мы узнаем, как работают подшипники, рассмотрим некоторые виды подшипников и объясним их обычное использование, а также рассмотрим некоторые другие интересные области применения подшипников.
Основы
Концепция подшипника очень проста: вещи лучше катятся, чем скользят. Колеса вашего автомобиля похожи на большие подшипники. Если бы у вас было что-то вроде лыж вместо колес, вашей машине было бы намного сложнее толкать по дороге.
Это потому, что когда предметы скользят, трение между ними вызывает силу, которая замедляет их. Но если две поверхности могут катиться друг по другу, трение значительно снижается.
Подшипники уменьшают трение за счет гладких металлических шариков или роликов, а также гладкой внутренней и внешней металлических поверхностей, по которым катятся шарики. Эти шарики или ролики «несут» нагрузку, позволяя устройству плавно вращаться.
Нагрузки на подшипники
Подшипники, как правило, должны выдерживать два вида нагрузок радиальный и упорный . В зависимости от того, где используется подшипник, он может воспринимать всю радиальную нагрузку, всю осевую нагрузку или их комбинацию.
Подшипники в электродвигателе и шкиве на фото с правой стороны только радиальная нагрузка. В этом случае большая часть нагрузки приходится на натяжение ремня, соединяющего два шкива. |
Этот подшипник справа похож на тот, что в барном стуле. |
Нагружается он чисто по тяге, и вся нагрузка идет от веса человека, сидящего на табуретке. Вышеупомянутый подшипник похож на тот, что находится во ступице автомобильного колеса. Этот подшипник должен выдерживать как радиальную нагрузку, так и осевую нагрузку. Радиальная нагрузка исходит от веса автомобиля, осевая нагрузка исходит от угловых сил, возникающих при прохождении поворота. |
Типы подшипников
Существует много типов подшипников, каждый из которых используется для различных целей. К ним относятся шариковые подшипники, роликовые подшипники, упорные шариковые подшипники, упорные роликовые подшипники и конические упорные роликовые подшипники.
Шариковые подшипники, , как показано слева, вероятно, являются наиболее распространенным типом подшипников. В шарикоподшипнике нагрузка передается от наружного кольца к шарику и от шарика к внутреннему кольцу. Поскольку мяч представляет собой сферу, он контактирует с внутренней и внешней обоймой только в очень маленькой точке, что помогает ему вращаться очень плавно. Но это также означает, что площадь контакта, удерживающая эту нагрузку, не очень велика, поэтому, если подшипник перегружен, шарики могут деформироваться или сплющиться, разрушая подшипник. |
Они есть везде, от роликовых коньков до жестких дисков. Эти подшипники могут выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки и обычно применяются в тех случаях, когда нагрузка относительно мала. Роликовые подшипники, , подобные показанному справа, используются в таких устройствах, как ролики конвейерной ленты, где они должны выдерживать большие радиальные нагрузки. В этих подшипниках ролик представляет собой цилиндр, поэтому контакт между внутренней и внешней обоймами представляет собой не точку, а линию. Вариант этого типа подшипника, называемый игольчатым роликоподшипником , использует цилиндры очень малого диаметра. Это позволяет подшипнику поместиться в труднодоступных местах. |
Это распределяет нагрузку по большей площади, позволяя подшипнику выдерживать гораздо большие нагрузки, чем шариковый подшипник. Однако этот тип подшипника не рассчитан на большую осевую нагрузку. Шариковые упорные подшипники, |
Упорные роликовые подшипники, подобные показанному справа, могут выдерживать большие осевые нагрузки. |
