Подшипник осевой скольжения: Что такое подшипник? | NSK

alexxlab | 08.01.1972 | 0 | Разное

Виды и назначение радиальных подшипников

Радиальный подшипник — механизм, находящийся в узле опоры вала и воспринимающий исключительно перпендикулярную осевую нагрузку. Существует много видов этого устройства. Некоторые модели способны воспринимать только радиальную нагрузку, а другие являются универсальными, например, упорный роликоподшипник. Все механизмы можно разделить на 2 большие группы: подшипники качения и радиальные подшипники скольжения.

Навигация по статье

Конструкция радиальных подшипников

Радиальный подшипник — опора для вала, в которой трение реализовано путем скольжения сопряженных поверхностей. Конструкция механизма включает следующие элементы:

• корпус со специальными отверстиями;
• вкладыши или втулки с небольшим зазором между осью устройства или валом;
• внутренние или наружные кольца с сепараторами, имеющими роликовые или сферические тела качения.

Зазор между валом или осью устройства во время работы заполняется смазочным материалом для создания жидкостного, газодинамического, сухого, граничного трения скольжения. Втулки и вкладыши в основном воспринимают именно нагрузку, направленную перпендикулярно валу.

Наружное кольцо часто неподвижно. Его фиксируют на опорах или корпусе оборудования. Производители периодически выпускают модели без наружных колец, при этом на корпусе механизма присутствуют выточки для крепления. Внутреннее кольцо имеет диаметр, совпадающий с типоразмером изделия.
В процессе работы все виды радиальных подшипников частично воспринимают осевую нагрузку. Редко можно встретить изделие, способное воспринимать аксиальные и радиальные усилия. Такие подшипники называют радиально-аксиальными. Радиальный подшипник скольжения имеет только вкладыш или втулку из антифрикционного материала. Ролики и шарики применяются исключительно в моделях, работающих на силе трения.

Виды радиальных подшипников, часто применяемых в промышленности

У производителей эти механизмы отличаются по типоразмерам и сериям. В промышленности применяют классификацию подшипников по особенностям конструкции. Они бывают:

• шариковыми однорядными;
• шариковыми двухрядными;
• с короткими цилиндрическими роликами;
• роликовыми сферическими двухрядными;
• радиально-упорными шариковыми и роликовыми.

Шариковый однорядный радиальный подшипник

Считаются самыми простыми и самыми распространенными устройствами. Размер воспринимаемой аксиальной нагрузки равен 50% от величины статической нагрузки, указанной в паспорте механизма. Модели бывают открытыми, закрытыми, односторонне закрытыми. На внешнем кольце часто имеется проточка под стопор.

Сепараторы однорядных шарикоподшипников штампованные, выполнены из стали, центрированы по телам качения. Также можно встретить модели с крупными сепараторами из латуни и полиамида. Их центрируют по бортам наружных колец. Модели могут иметь стандартный внутренний зазор, уменьшенный или увеличенный. Шарикоподшипники разобрать нельзя.

Шариковый двухрядный радиальный подшипник качения

В основном этот тип радиального подшипника воспринимает нагрузку, идущую перпендикулярно валу. Этому способствует два ряда сферических тел качения. Механизмы отличаются габаритами и большой массой, имеют нулевой класс точности. Они воспринимают небольшие аксиальные усилия. Преимущества двухрядных шарикоподшипников:

• способность к самоустановке;
• стабильная работы при несоосности валов до 2,5° с определением положения вала в обе стороны по оси.

Механизмы этого вида предназначены для работы в устройствах, подвергающихся большим нагрузкам. Их можно устанавливать в оборудование с высокой частотой вращения. Сепараторы двухрядных моделей изготавливают из латуни, полиамида, штампованной стали. Их производят с открытыми и закрытыми уплотнениями.

Роликовый радиальный подшипник качения

Главный плюс роликов в сравнении с шарикоподшипниками заключается в увеличении порога воспринимаемых нагрузок. При этом все остальные характеристики практически не изменяются. Осевые нагрузки роликоподшипники не воспринимают. При значительной несоосности валов их устанавливать тоже не рекомендуется. С малыми аксиальными нагрузками роликоподшипники с бортами справятся. Характеристики радиальных подшипников роликового типа в зависимости от серии:

• Серия 2000. Предусмотрено вращение наружного кольца, но внутреннее прочно зафиксировано.
• Серия 12000. Аналог 2000-й серии, но кольцо фиксируется только с одной стороны.
• Серия 32000. Предусмотрена возможность движения внутреннего кольца относительно внешнего и сепаратора.
• Серия 42000. Упор внутреннего кольца односторонний.
• Серия 92000. Роликоподшипники с приставными кольцами.

Радиальные двухрядные роликоподшипники

Этот тип радиального подшипника способен воспринимать нагрузки, направляемые вдоль и параллельно валу. Максимальная осевая нагрузка равна 25% от неиспользуемой перпендикулярной валу. Механизм можно использовать при значительных перекосах валов. От других моделей двухрядные роликоподшипники отличаются возможностью использования их при несоосности внутреннего и наружного колец до 2°.

Самые популярные серии этих изделий — 3500, 3600. В них ролики размещены по очереди с каждой стороны, а сепаратор изготовлен из латуни. Пользуются спросом модели 53500 и 53600. У них сепараторы стальные, а тела качения расположены друг против друга. Эти серии также могут выпускаться и с латунными сепараторами, но при этом к названию механизма будет приписана буква Л. Особенности производства двухрядных роликоподшипников:

• бывают с цилиндрической и конической посадкой;
• могут устанавливаться под закрепительную втулку;
• серии бывают с зазором и без него;
• практически во всех моделях присутствуют канавки и отверстия для введения смазочно-охлаждающей жидкости.

Радиально-упорные подшипники

Этот конструктивный узел предназначен для того, чтобы принимать на себя нагрузку по оси и перпендикулярно валу. Величина максимального аксиального усилия определяется углом соприкосновения тел качения с дорожками. Самыми распространенными считаются упорные роликоподшипники и шарикоподшипники одно- и двухрядного типов. Реже для оборудования применяют четырехрядные механизмы. Конструктивные особенности узла:

• бывает полностью открытым или защищенным металлической шайбой, контактным уплотнителем;
• при наличии четырех контактов внутренние и внешние кольца являются разъемными;
• сепараторы бывают латунными, стальными, полиамидными.

Упорные шарикоподшипники

Используются для восприятия односторонних осевых и перпендикулярных усилий. Их осевая грузоподъемность возрастает с увеличением контактного угла. Он образуется между линиями, соединяющими точки взаимодействия шарика с дорожками качения. По ним комбинированные усилия передаются с одной дорожки на другую. При изготовлении сепараторов для упорных шарикоподшипников часто используют стеклонаполненный полиамид. На внутреннем или наружном кольце обязательно присутствует скос со стороны шариков.

Упорные роликоподшипники

В качестве тел качения в этих механизмах применяются конические ролики, за счет размещениях которых под определенным углом изделие сможет воспринимать серьезные комбинированные усилия. Единственный минус конических роликов — мало количество допустимых оборотов. Степень восприятия аксиальной нагрузки зависит от угла конусности. Чем он больше, тем больше изделие воспринимает осевые усилия.

Очень важно при установке соблюдать соосность. Перекосов для нормальной работы роликоподшипников быть не должно. В промышленности часто используют следующие типы изделий:

• Серия 7000. Способна воспринимать всю перпендикулярную и одностороннюю осевую нагрузку. Периодически во время эксплуатации нужно регулировать осевые зазоры.
• Серия 27000. Характеризуется большим углом контакта (не менее 200). Роликоподшипники этой серии тоже требуют периодической регулировки осевых зазоров.
• Серия 97000. Двухрядные роликоподшипники способны воспринимать сразу двухстороннюю осевую нагрузку. Осевой зазор регулируется с помощью шлифовки дистанционного кольца. Двухрядные роликоподшипники воспринимают на 70% больше усилий, чем однорядные.
• Серия 77000. Четырехрядные роликоподшипники разработаны для восприятия больших перпендикулярных и незначительных осевых нагрузок.

При выборе изделия обращайте внимание на диаметр, количество часов эксплуатации в определенных условиях, число оборотов и воспринимаемых усилий. В сложных условиях лучше использовать продукцию брендов FAG, INA, т. к. они зарекомендовали себя как производители надежных подшипниковых изделий.

Подшипники качения и скольжения.

Сегодня подшипники используются во всех механизмах, связанных с вращающимися компонентами. Без подшипников не обходится вращение деталей в часах, валов в двигателе внутреннего сгорания, турбин в шахтах или аттракционов с названием «колесо обозрения».

Подшипник скольжения

Фактически подшипник представляет собой кольцо, надетое на предмет цилиндрической формы. Подшипники бывают радиальными (например, такие используются, чтобы удерживать колесо автомобиля) и упорными (используются в офисных креслах, чтобы они могли вращаться вокруг своей оси). Любой подшипник выполняет три задачи:

1. Удерживает вал или ось в нужном положении;
2. Максимально снижает сопротивление, возникающее при соприкосновении вращающегося вала, с фиксирующей его положение конструкцией;
3. Передаёт нагрузку с вращающейся части на другие элементы конструкции.

Существует большое количество видов подшипников. По разным классификациям выделяют от семи до десяти. Однако самыми популярными среди них остаются

подшипники качения и подшипники скольжения. Разница между ними заключается в том,  как они устроены и где применяются. Ниже будет дан ответ на вопрос: в чем же отличие  подшипника качения от подшипника скольжения?

Подшипники скольжения.

Они представляют собой кольца, внутрь которых помещается втулка или вал. С помощью кольца вал фиксируется нужным образом в пространстве, после чего может начинать вращаться. Подшипники скольжения бывают двух типов: неразъемные и разъемные. Первые представляют собой полноценное кольцо, в которое втулка просто вставляется. Вторые разделяются на две части: в первой фиксируется вал, после чего устанавливается вторая половина подшипника. Такой способ удобнее в эксплуатации, поэтому чаще используют именно раздельные подшипники скольжения.

Устройство подшипника скольжения

В процессе вращения вал непосредственно соприкасается с поверхностью подшипника. Из-за этого обе составные пары «подшипник-вал» начинают тереться друг о друга. В результате этого процесса обе детали быстро изнашиваются, а скорость вращения вала существенно сокращается.

Для того, чтобы этого избежать используются различные смазки.

Смесь, препятствующая трению, является важнейшим условием долговечной работы подшипника. Кроме повышения срока службы вала и подшипника, смазка позволяет сократить силу трения, обеспечивает теплоотводение и препятствует условиям внешней среды оказывать влияние на детали. Смазки бывают трёх видов:

• жидкие,
• твёрдые
• газообразные.

В подавляющем большинстве подшипников скольжения применяются жидкие смазки. Твёрдые (на основе графита) используются, например, в скользящих подшипниках удерживающих колёсный вал в поезде – под большими нагрузками жидкие смазки оттуда моментально выдавливает. Газ в качестве «смазки» используется на высокоточных производствах с особыми условиями эксплуатации деталей. Задача газообразной смеси предотвратить непосредственное соприкосновение вала с поверхностью подшипника.

Достоинства подшипников скольжения

1. Низкая вероятность поломки;
2. Возможность выдерживать высокие ударные и вибрационные нагрузки;
3. Они меньшего радиального размера, чем аналогичные подшипники качения;
4. При использовании разъёмных подшипников скольжения их можно демонтировать без разборки других деталей конструкции;
5. Низкий уровень шума при работе;
6. Могут работать в воде
7. Допускается наличие зазора между поверхностью подшипника и валом. Это позволяет использовать даже значительно изношенные детали без потери эффективности;
8. Сохраняют высокий КПД даже при работе крупных валов.

Недостатки подшипников скольжения

1. Всегда требуют наличия смазки при работе;
2. Быстрый износ из-за трения при работе на некачественной смазке;
3. Большие затраты на смазочные материалы;
4. Необходимость постоянного контроля над условиями работы подшипника;
5. Невысокий КПД, по сравнению с подшипниками качения
6. Разная скорость износа подшипника и вала;
7. Малая долговечность;
8. Для изготовления подшипников скольжения используются более дорогие материалы, чем для подшипников качения.

Подшипники качения.

Они устроены сложнее, нежели подшипники скольжения. Во-первых, они представляют собой не одно, а два кольца. Причем диаметр первого больше, чем диаметр второго, настолько, чтобы между ними можно было поместить другие компоненты. Для этого на внешней стороне маленького кольца и внутренней стороне большого кольца вырезают специальные желоба. Обычно между кольцами помещают: шарики, иглы, бочонки или другие по форме тела качения. В результате получается конструкция из нескольких составляющих. Вал вставляется внутрь малого кольца. При вращении он воздействует на первое кольцо, которое вследствие этого раскручивается, увлекая за собой тела качения расположенные между первым и вторым кольцом. Большое кольцо при этом не крутиться, а находится в статичном положении. Из-за наличия тел качения между первым и вторым кольцами многократно уменьшается трение между деталями.

Устройство подшипников качения

Подшипники качения бывают двух типов: с наличием сепаратора и без него. Сепаратор представляет собой широкое кольцо с отверстиями на одинаковом расстоянии. В эти отверстия помещаются тела качения. Это позволяет установить их на одинаковом расстоянии и увеличить эффективность подшипника при сохранении объема используемых материалов. Большинство подшипников создаются с учетом наличия сепараторов. Однако имеются подшипники качения, изготовленные и без него. В таких подшипниках помещается максимальное количество тел качения, поэтому между ними не требуется расстояние. Большое количество тел качения позволяет увеличить грузоподъёмность подшипника.

Однако лимит скорости вращения вала в бессепараторных подшипниках намного меньше, чем в подшипниках с наличием сепаратора.

Кроме этого, выделяют закрытые и открытые подшипники качения. Первые обладают специальными протекторами, которые защищают элементы подшипника от всех условий внешней среды. В связи с этим они обходятся без дополнительного обслуживания и замены смазки. Подшипники качения открытого типа – более чувствительны к окружающему пространству. В них нередко попадают инородные тела, что приводит к разрушению подшипника.

Закрытый подшипник качения

Основным свойством подшипников качения является низкое трение  при соприкосновении поверхности вала с поверхностью подшипника. Из-за тел качения не происходит большой затраты энергии на сопротивление кольца и вала. В связи с этим и резко уменьшается износ и значительно увеличивается коэффициент полезного действия, по сравнению с подшипниками скольжения.

Достоинства подшипников качения

1. Возможность использования в механизмах с высокой скоростью вращения вала;
2. Способность удерживать вал при больших ударных и вибрационных нагрузках;
3. Бесшумность работы;
4. Маленькие осевые размеры.
5. Нет необходимости замены смазки;
6. Возможность использования при высоких температурах.

Недостатки подшипников качения

1. Высокая стоимость;
2. Трудоёмкий процесс изготовления;
3. Большой радиус детали;
4. Возможность использования только в сухих условиях;
5. Не используются с высоконагруженными валами;
6. Меньшая надежность по сравнению с подшипниками скольжения.

Несколько видео по теме:

Не забудь сохранить статью!

Подшипники скольжения SKF

Дистрибьюторский сертификат
SKF

В дополнение к шариковым и роликовым подшипникам, SKF также выпускает широкий спектр шарнирные подшипников и наконечников штоков (шарнирных головок), предоставляя большой выбор материалов изготовления для подшипников скольжения и фланцевых втулок, а также упорных шайбы.

Шарнирные подшипники и шарнирные головки изготавливаются в различных исполнениях и с различными комбинациями поверхностей трения. Каждая конструкция и сочетание обладает специфическими свойствами, которые позволяют использовать их с максимальной эффективностью для конкретного оборудования.

Чтобы выбрать необходимый тип подшипника, а также определить необходимые размеры подшипника, необходимо учитывать основные факторы работы подшипника:

• нагрузки
• несущая способность подшипника
• ожидаемый срок службы

Те же рекомендации относятся и к выбору наконечников штоков (шарнирных головок).
Шарнирные упорные подшипники напоминают радиально-упорные шарнирные подшипники в том, что они имеют скользящий контакт поверхности между свободным кольцом упорного подшипника и кольцом, закрепленном на валу, которые расположены под углом к ??оси подшипника. Тем не менее, шарнирные подшипники предназначен в первую очередь для компенсации осевых нагрузок, хотя могут быть в определенной степени приспособлены и к комбинированной нагрузке. Однако следует учитывать, радиальная составляющая нагрузки не должна превышать 50% от одновременно действующей осевой нагрузки. Шарнирные подшипники SKF, относящиеся к классу подшипников скольжения, состоят из наружного и внутреннего кольца и имеют сферическую поверхность скольжения. Они не предназначены для быстрых опрокидывающихся и качающихся усилий и для высоких давлений на опорную поверхность.

Шарнирные подшипники SKF выпускаются с различными скользящими парами для различных условий работы:
сталь/сталь
хромированная сталь/бронза композит
сталь или хромированная сталь/пленка с волокнами PTFE (политетрафторэтилен)
сталь или хромированная сталь/полиамид GFK с вдавленной смесью PTFE

Шарнирные подшипники могут быть:

Открытого типа	С эластичными уплотнениями
Пример условного обозначения: GE 20 ES	Пример условного обозначения: GE 20 ES-2RS

Шарнирные подшипники, снабженные эластичными уплотнениями или защитными шайбами, предназначены для условий работы с повышенными загрязнениями.
Радиальные шарнирные подшипники предназначены, прежде всего, для принятия больших радиальных нагрузок. Они принимают до определенной степени осевую нагрузку в обоих направлениях.

Для компенсации непосредственно осевой нагрузки предназначены упорные шарнирные подшипники.

Пример условного обозначения: GAC 25 F

Наконечники штоков (шарнирные головки) состоят из кованой головки, переходящей в стержень с внутренней или наружной резьбой. В головку впрессован шарнирный подшипник.

Шарнирные головки:

С внутренней резьбой	С наружной резьбой
Пример условного обозначения: SI 20 ES	Пример условного обозначения: SA 20 ES

Также в диапазон выпускаемых SKF подшипников скольжения входят различные типы обычных втулок и фланцевых:
сплошные (стандартные, прочные) и спеченные (для высоких скоростей) бронзовые втулки
втулки с покрытием бронзой. Требует смазывания для тяжелых условий
втулки из PTFE (политетрафторэтилен). Низкое трение в течение длительного времени
втулки из POM (ацетальная смола – полиоксиметилен). Требует небольшого технического обслуживания в тяжелых условиях работы
втулки из нержавеющей стали (для агрессивных сред)
втулки из PTFE/полиамида (для легких нагрузок)
втулки из намотанного волокна (для экстремальных условий)

Типы втулок:

Сплошная втулка	Втулка с покрытием бронзой	Втулка из намотанного волокна

Монтаж подшипников

Для подготовки подшипников к монтажу предварительно проверяют надписи на упаковке и самих подшипниках.

Распаковывают подшипники непосредственно перед началом работ с ними.

Расконсервацию подшипников производят согласно действующей инструкции по хранению, расконсервации подшипников и их деталей и обращению с ними. Как правило, подшипники расконсервируют в горячем (80-90 °С) минеральном масле, тщательно промывают в 6-8%-ном растворе масла, в бензине или в горячих (75-85°С) антикоррозионных водных растворах, например, следующих составов (в %-тах):

	Раствор N1	Раствор N2
Триэтаноломин	0,5-1,0	0,5-1,0
Нитрит натрия	0,15-0,2	0,15-0,2
Смачиватель ОП	0,02-0,1	0,08-0,2
Вода	Остальное	Остальное

Хранить расконсервированные подшипники более двух часов без защиты от коррозии не рекомендуется.

После расконсервации потребитель подшипников должен обеспечить их защиту от коррозии при контроле, монтаже, сборке и хранении изделий по соответствующей внутризаводской инструкции.

Перед монтажом подшипник следует проверить на соответствие внешнего вида, легкости вращения, зазоров требованиям нормативно-технической документации.

Визуально у подшипников открытого типа должны быть проверены наличие забоин, следов загрязнений, коррозии, полного комплекта заклепок, плотности их установки или других соединительных элементов, полного комплекта тел качения, наличие повреждений сепаратора.

У подшипников закрытого типа следует проверить не повреждены ли уплотнения или защитные шайбы.

Для проверки радиального зазора одно из колец подшипника закрепляют при горизонтальном положении оси и определяют зазор с помощью индикатора, смещая свободное кольцо под действием измерительного усилия в радиальном направлении в два диаметрально противоположные положения. Разница показаний прибора соответствует значению радиального зазора. Проводят три измерения, поворачивая свободное кольцо относительно начального положения оси подшипника. Аналогично проводят измерение осевого зазора, но при вертикальном положении оси подшипника. Закрепляя одно из колец, другое смещают в осевом направлении в два крайних положения под действием измерительного усилия и фиксируют разность показаний индикатора. Радиальные зазоры в радиальных двухрядных сферических роликовых подшипниках и подшипниках с цилиндрическими роликами без бортов на наружных кольцах с диаметром посадочного отверстия свыше 60 мм могут быть измерены с помощью щупа.

Непосредственно перед монтажом необходимо проверить монтажные поверхности корпусов (отверстия и торцы) и валов (посадочные поверхности и торцы) на отсутствие забоин, царапин, глубоких рисок от обработки, коррозии, заусенцев и загрязнений.

Валы, особенно при соотношениях длины и наибольшего диаметра более 8, следует проверять на прямолинейность оси (отсутствие изгиба). Проверку целесообразно проводить при вращении вала в центрах с помощью индикаторов часового типа.  Увеличение эксцентриситета в направлении от края к середине указывает на искривление вала.

Необходимо проверить отклонение от соосности всех посадочных поверхностей, расположенных на одной оси, на соответствие нормам, указанным в технической документации.

Если подшипники, служащие опорой одного вала, устанавливают в различные (раздельные) корпуса, соосность корпусов, в соответствии с требованиями технической документации, должна быть обеспечена с помощью прокладок или других средств.

При установке на одну посадочную шейку двух подшипников (радиальных: шариковых, роликовых сферических и цилиндрических) разница в радиальных зазорах не должна превышать 0,03 мм, а по внутреннему и наружному диаметрам колец – не более половины поля допуска.

Сопрягаемые с подшипниками поверхности валов и корпусов должны быть тщательно промыты, протерты, просушены и смазаны тонким слоем смазочного материала или антифреттингвой пастой. Каналы для подвода смазки должны быть очищены от стружки и других загрязняющих частиц и продуты сжатым воздухом.

При монтаже подшипника усилие напрессовки должно передаваться только через напрессовываемое кольцо – через внутреннее при монтаже на вал и через наружное – в корпус. Запрещается проводить монтаж таким образом, чтобы усилие передавалось с одного кольца на другое через тела качения. Если подшипник одновременно монтируется на вал и в корпус, то усилия передаются на торцы обоих колец.

Не допускается приложение монтажных усилий к сепаратору. Нельзя наносить удары непосредственно по кольцу. Допускается нанесение легких ударов по кольцу только через втулку из незакаленной конструкционной стали.

При монтаже подшипников с цилиндрическим отверстием на вал с натягом подшипник целесообразно предварительно нагреть на индукционном нагревателе.

Нагретый подшипник устанавливают на вал и доводят до места небольшим усилием. При этом сторона подшипника, на которой нанесено заводское клеймо, должна быть снаружи.

Для монтажа крупногабаритных подшипников наиболее целесообразным является применение гидравлического распора, обеспечивающего наиболее качественную установку подшипника, отсутствие каких-либо повреждений монтажных поверхностей и высокую производительность. Особенно целесообразен этот способ для монтажа подшипников с внутренним коническим отверстием диаметром более 120-150 мм.

При посадке подшипника в корпус с натягом рекомендуется перед монтажом предварительно охладить подшипник жидким азотом (-160 °С) или сухим льдом, либо нагреть корпус.

Наиболее целесообразными являются способы монтажа, при которых осуществляется одновременное и равномерное давление по всей окружности монтируемого кольца. При таких способах не возникает перекос монтируемого кольца. Для осуществления подобных способов применяют трубы из незакаленной конструкционной стали, внутренний диаметр которых несколько больше диаметра отверстия кольца, а наружный немного меньше наружного диаметра кольца. На свободном конце трубы следует установить заглушку со сферической наружной поверхностью, к которой и прилагают усилие при монтаже.

Усилие при монтаже следует создавать с помощью механических либо гидравлических прессов и приспособлений.

При отсутствии механических и гидравлических приспособлений и монтаже с небольшими натягами подшипников малых размеров допустимо нанесение несильных ударов молотком через монтажную трубу с заглушкой.

При любых способах монтажа, особенно при монтаже с помощью молотка, необходимо тщательно следить за обеспечением равномерного, без перекоса, осевого перемещения кольца. Наличие перекоса при монтаже приводит к образованию задиров на посадочной поверхности, неправильной установке подшипника, приводящей к сокращению срока его службы, а в отдельных случаях – к разрыву монтируемого кольца.

Двухрядные сферические шариковые и роликовые подшипники с коническим отверстием устанавливают на цилиндрическом валу с помощью закрепительных и стяжных втулок, а на валах с конической шейкой – непосредственно на шейку вала. Монтаж подшипников с диаметром отверстия до 70 мм и нормальными натягами целесообразно осуществлять с помощью монтажной втулки, навертываемой на резьбовой конец вала. Нажимная часть воздействует на торец закрепительной втулки или непосредственно на торец внутреннего кольца (при монтаже без закрепительных и стяжных втулок). Подшипники с диаметром отверстия свыше 70-100 мм следует монтировать гидравлическими методами. Так как по мере осевого продвижения закрепительной втулки внутреннее кольцо подшипника деформируется (расширяется), радиальный зазор уменьшается. Радиальный зазор необходимо контролировать с помощью щупа. Допустимое минимальное значение радиального зазора в миллиметрах после сборки узла для подшипников, изготовленных с зазорами нормальной группы по ГОСТ 24810, ориентировочно может быть определено по формуле

Smin = d/3000,

где d – номинальный диаметр отверстия подшипника, мм.

Крупногабаритные (с диаметром отверстия более 300 мм) сферические роликовые подшипники целесообразно перед монтажом разогреть до 60-70°С,

При монтаже игольчатого подшипника без сепаратора последняя игла должна входить с зазором, равным от 0,5 до 1 диаметра иглы. Иногда для выполнения этого условия устанавливают последнюю иглу с меньшим диаметром.

В процессе установки подшипников (особенно воспринимающих осевые усилия) там, где это возможно, с помощью щупа толщиной от 0,03 мм или по световой щели следует убедиться в плотном и правильном прилегании торцов колец подшипника к торцам заплечиков. Аналогичной проверке должны быть подвергнуты противоположные торцы подшипников и торцы прижимающих их в осевом направлении деталей.

Необходимо проверить правильность взаимного расположения подшипников в опорах одного вала. Вал после монтажа должен вращаться от руки легко, свободно и равномерно.

Осевой зазор радиально-упорных и упорных подшипников устанавливают осевым смещением наружного и внутреннего колец с помощью прокладок, гаек, распорных втулок. Для проверки осевого зазора в собранном узле к торцу выходного конца подводят измерительный наконечник индикатора, укрепленного на жесткой стойке. Осевой зазор определяют по разнице показаний индикатора при крайних осевых положениях вала. Вал смещают в осевом направлении до полного контакта тел качения с поверхностью качения соответствующего наружного кольца.

Для повышения точности вращения, особенно в быстроходных узлах, например, станочных электрошпинделях, зазоры в радиально-упорных подшипниках выбирают, создавая стабильный преднатяг на подшипники. Это достигается приложением к вращающемуся кольцу подшипника осевого усилия через тарированную пружину. При этом тела качения точно фиксируются на дорожках качения.

Для предотвращения «закусывания» крупных подшипников при монтаже или в процессе эксплуатации перед установкой их в разъемные корпуса допускается производить расшабривание поверхностей полуотверстий в местах разъема. Полноту прилегания крупных подшипников к посадочным местам в разъемных корпусах проверяют с помощью калибра и краски (отпечатки краски должны составлять не менее 75% общей посадочной площади). В разъемных корпусах с помощью щупа проверяют также плотность и равномерность прилегания основания крышки (зазор не более 0,03 -0,05 мм).

В собранном узле необходимо проверить наличие зазоров между вращающимися и неподвижными деталями. Особое внимание следует обратить на наличие зазоров между торцами неподвижных деталей и торцами сепараторов, которые иногда выступают за плоскость торцов колец.

Следует проверить также совпадение проточек для подачи смазки в корпусах со смазочными отверстиями в наружных кольцах подшипников.

Для подшипников с цилиндрическими роликами и без бортов после монтажа должно быть проверено относительное смещение наружного и внутреннего колец в осевом направлении. Оно не должно быть более 0,5-1,5 мм для подшипников с короткими роликами и более 1-2 мм – для подшипников с длинными роликами (большие значения даны для подшипников больших размеров).

После завершения сборочных операций и введения в подшипниковые узлы смазочного материала, предусмотренного технической документацией, следует проверить качество монтажа подшипников пробным пуском сборочной единицы на низких оборотах без нагрузки. При этом прослушивают шум вращающихся подшипников с помощью стетоскопа или трубы. Правильно смонтированные и хорошо смазанные подшипники при работе создают тихий, непрерывный и равномерный шум. Свистящий шум свидетельствует о недостаточном смазывании или наличии трения между соприкасающимися деталями узла. Звенящий металлический звук может быть вызван слишком малым зазором в подшипнике. Равномерный вибрирующий звук вызывается попаданием инородных частиц на дорожку качения наружного кольца. Шум, возникающий время от времени при неизменной частоте вращения, свидетельствует о повреждении тел качения. Шум, проявляющийся при изменении частоты вращения, может быть обусловлен повреждением колец в результате монтажа или наличием усталостных выкрашиваний на поверхностях качения. Стучащие звуки возможны вследствие загрязнения подшипника. Неравномерный громкий шум создают сильно поврежденные подшипники.

Прослушивая подшипники, необходимо учитывать особенности узла и природу шума при его работе, так как, кроме дефектов подшипниковых узлов, ненормальный шум может быть вызван, например, зубчатыми передачами, соединительными муфтами и другими неправильно изготовленными или плохо пригнанными деталями. В связи с этим окончательное заключение о причинах ненормального шума можно сделать только после тщательной проверки и прослушивания работы всех деталей механизма.

Другим показателем качества и стабильности работы подшипникового узла является его температура. При обычных условиях работы температура подшипника не должна превышать температуру окружающей среды более, чем на 30°С. Причиной повышенной температуры может быть малый зазор в подшипнике или чрезмерно большой натяг, недостаток смазки, увеличенный момент трения вследствие износа рабочих поверхностей подшипника или взаимного перекоса колец. Возможны комбинации этих причин. Необходимо иметь в виду, что в течение 1-2 дней после смазывания (в том числе повторного) имеет место некоторое повышение температуры подшипника.

Важно!

Наиболее современным и объективным способом проверки работоспособности подшипников и машины в целом являются измерение и анализ вибрационных характеристик с возможностью отслеживания во времени возникновения и развития неисправностей и повреждений.

Подшипники скольжения упорные| Принцип работы

Упорный подшипник – это узел, предназначенный для восприятия исключительно осевых нагрузок. Обычно он используется как опора вала в продольном направлении, удерживая его в проектном положении. Применение подшипников этого типа чрезвычайно разнообразно, но  чаще всего они используются во всевозможных роторах, так как обеспечивают надежную фиксацию вала и позволяют точно выдерживать зазоры, необходимые для работы этих устройств.

Устройство и принцип работы упорного подшипника скольжения

В роторах чаще всего применяют сегментные упорные подшипники, способные эффективно воспринимать осевые силы и при этом простые в монтаже и обслуживании. Конструкция упорного подшипника для ротора наглядно показывает все особенности  таких опор, поэтому мы расскажем об устройстве этой группы деталей на его примере.

Основная часть узла – это вкладыш, состоящий из двух отдельных половин. Они надежно соединены горизонтальными фланцами, удерживающими деталь в сборе. Внутри вкладыша помещена втулка с установленными на нее упорными колодками. Чтобы вал турбины мог опираться на подшипник, его изготавливают с упорным диском (гребнем) опирающимся на упорные колодки, залитые сверху баббитом. Такое покрытие нужно вовсе не для того, чтобы максимально трение в подшипнике – на роли баббита мы подробно остановимся в конце нашей статьи.

Внутрь вкладыша подается масло, вид и параметры которого подбирают в соответствии с режимом и условиями работы механизма. Жидкость заполняет все пространство внутри вкладыша и единственным местом для ее вытекания является отверстие в верхней части узла. Конструкция изделия обеспечивает вращение упорного диска вала в масляной ванне и его прижим к колодкам усилием, направленным вдоль оси. Принцип работы упорного подшипника подразумевает наличие между диском и баббитовыми поверхностями колодок несущего слоя масла, который предотвращает сухое трение между поверхностями и тем самым увеличивает КПД узла и срок службы его элементов.

Работать масло начинает сразу же после запуска механизма. Поверхность гребня вала, начавшего вращение, захватывает масло и увлекает его под колодку. На рабочей части колодки в это время образуется особое распределение давлений, помогающее создать плотный и очень устойчивый клин из жидкости, давление которого без проблем компенсирует нагрузку от веса вала и приложенных к нему рабочих усилий. При этом каждая колодка имеет особый шарнирный механизм, позволяющий ей изменять положение в зависимости от того, как изменяется осевой момент приложения сил. Благодаря этому давление масла всегда остается достаточным для эффективной работы механизма.

Требования к упорным подшипникам скольжения

Основной проблемой при изготовлении подшипников упорного типа является обеспечение их надежности. Поломка изделия, особенно в машинах, валы которых вращаются с большими скоростями, приводит к разрушению узла вращения и в том числе к серьезным повреждениям проточки. Выход из строя детали возможен по нескольким основным причинам:

• Потеря несущей способности масла;
• Повышение температуры узла в процессе работы;
• Расплавление нанесенного на колодки слоя баббита.

Свои свойства масло может изменить по нескольким причинам, но чаще всего в этом виноват перегрев детали. В свою очередь повышение температуры может быть следствием недостаточного количества масла, из-за чего вращение в подшипнике происходит с сухим или полусухим режимом трения. Может это происходить и из-за неэффективного отвода тепла.

Также происходят аварии и из-за неправильного выбора модели подшипника. Иногда при сборке узлов агрегатов применяют радиально упорный подшипник скольжения, не рассчитанный на то, чтобы на него воздействовала большая осевая нагрузка. Поэтому расчет усилия, которое должен воспринимать опорный узел и точное определение его типа и направления, является важнейшей задачей для любого конструктора, проектирующего узел с продольно нагруженным валом.

Важной частью конструирования таких узлов является также правильный выбор зазора между опорной баббитовой частью колодок и поверхностью диска. При этом учитывается множество факторов, таких как качество поверхности вала и колодок, качество масла, способность поверхности материала воспринимать смачивание, конусность диска, а также такая характеристика как вибрация механизма в процессе работы.

Если характеристики узла вращения не подразумевают высокой точности зазора, то его принимают в пределах 50-60 мкм. В этом случае на каждую колодку при работе механизма будет оказываться давление 1,5-2 МПа. Если нужна высокая точность, то принимают размер зазора 40 мкм. В этом случае давление составит 3,5-4 МПа. Делая расчет нужно не забывать и о том, что чем меньше зазор, тем выше риск перегрева детали. Температура 90 градусов Цельсия в этом случае считается критической. При дальнейшем повышении риск расплавления баббитового слоя колодок, а значит и поломки подшипника, значительно растет.

Реальные условия эксплуатации подшипников скольжения могут оказаться гораздо более экстремальными, чем планировалось. Проблемы могут возникнуть из-за появления нагрузок, направленных радиально, с которыми не справляется парный опорный подшипник. Также негативное влияние оказывают резкие сбросы нагрузки или наоборот, слишком резкий старт. В связи с этим упорные подшипники скольжения, как и опорные узлы качения, берут с солидным запасом  по многим параметрам.

Самые важные части упорного подшипника скольжения – это колодки. При этом ключевую роль в надежности этих элементов узла играет баббитовая заливка. Важно помнить, что в упорных и опорных подшипниках она играет абсолютно разную роль. В опорных моделях, рассчитанных на радиальный тип нагрузки, эта часть колодок работает в условиях сухого и полусухого трения. В случае с изделиями упорного типа, эти виды трения не наблюдаются, так как диск вала «плавает» в масляной ванне и не касается поверхности баббита.

Можно подумать, что в этом случае слой антифрикционного материала не нужен, но это не так. При резком увеличении осевого усилия баббит практически мгновенно расплавляется, порождая сильный осевой сдвиг. В этот момент срабатывает защита, реагирующая на этот эффект и механизм отключается без ущерба для подшипника и вала. Баббитовый слой предотвращает быстрое стирание колодок и загрязнение частицами металла масла в системе. Со временем толщина заливки уменьшается вследствие износа и когда ее толщина составляет около 0,9 мм, обычно производят новую заливку колодок.

Если вы ищете где купить упорный подшипник скольжения, то наша компания готова предложить вам лучшие по качеству и цене варианты от известных мировых брендов. У нас вы найдете как упорный и радиальный, так и сферический  подшипник для применения в самых различных механизмах. Все продукты из нашего каталога – это оригинальные модели деталей с официальной гарантией на территории нашей страны.

Проблемы подшипников скольжения | Спектральная вибродиагностика

“Диагностика дефектов вращающегося оборудования по вибрационным сигналам” 2012 г.

3.1. Диагностика дефектов уровня «подшипник»

Подшипники скольжения являются неотъемлемой частью многих крупных, и очень ответственных агрегатов, широко применяются в энергетическом оборудовании, мощных насосах, компрессорах, электродвигателях и т. д.

При кажущейся внешней простоте конструкции, а подшипник скольжения состоит всего из трех элементов – из антифрикционного вкладыша, части поверхности вала – подшипниковой шейки, и слоя масла между ними, на самом деле это сложный и ответственный узел, в котором возможно возникновение опасных дефектов.

С целью обеспечения высокой надежности работы оборудования с подшипниками скольжения, а это обычно самое ответственное и дорогое оборудование, необходимо обеспечивать необходимый уровень мониторинга технического состояния и диагностики возникающих дефектов. Это одна из основных оперативных задач, которые приходится постоянно решать сотрудникам обслуживающего и диагностического персонала предприятия.

Вибрационные методы диагностики и оценки технического состояния подшипников скольжения являются в настоящее время наиболее эффективными и широко распространенными. Они позволяют контролировать техническое состояние подшипников в процессе работы, не прибегая к разборке агрегатов.

3.1.2.1. Общие вопросы диагностики подшипников скольжения

Физические процессы, протекающие в подшипниках скольжения, достаточно сложны, зависят от особенностей конструкции подшипника, а также от соотношения многих внешних и внутренних факторов, определяющих условия работы подшипника.

Все возникающие в процессе эксплуатации подшипников скольжения проблемы состояния, могут быть объединены в три основные группы. Это:

• Проблемы общего технического состояния рабочих поверхностей подшипника скольжения.
• Проблемы, связанные с увеличением или уменьшением величины зазора между галтелью вала и антифрикционным вкладышем.
• Проблемы несущей способности масляного клина, выполняющего функции опорного элемента подшипника скольжения.

Прежде, чем начать обсуждать вопросы оценки технического состояния, и диагностики дефектов подшипников скольжения, необходимо сказать несколько слов об особенностях динамических процессов в них. Это нужно сделать потому, что именно они оказывают основное влияние на особенности протекания вибрационных процессов, сопровождающих работу подшипника скольжения. Без знания этих особенностей невозможно составление корректных диагностических алгоритмов и правил, на основании которых необходимо проводить работы с такими подшипниками.

В первую очередь необходимо определиться с особенностями возникновения и работы масляного клина, поддерживающего вращающийся ротор контролируемого механизма. Несущая способность масляного клина подшипника скольжения, его основной эксплуатационный параметр, является сложной нелинейной функцией от величины зазора между валом и антифрикционным вкладышем. С одной стороны, чем тоньше слой масла между валом и вкладышем, тем выше несущая способность подшипника. Но с другой стороны, чрезмерное уменьшение толщины слоя масла снижает устойчивость подшипника к динамическим нагрузкам, что увеличивает вероятность возникновения механического задевания шейки вала об вкладыш.

Рабочий слой масла в подшипнике качения вполне обоснованно называют масляным клином потому, что на радиальном разрезе подшипника несущий слой масла очень похож на клин, изогнутый вокруг шейки ротора. Толщина рабочего слоя масла в подшипнике является максимальной в месте входа рабочей поверхности вращающегося вала в несущую зону подшипника и минимальна на выходе из нее. Чем больше величина вертикальной нагрузки на подшипник скольжения, тем тоньше становиться рабочий слой масла, несущего радиальную нагрузку, и наоборот.

Такая особенность работы подшипников скольжения может привести к тому, что роторы агрегатов, опирающиеся на такие подшипники, при определенных конструктивных и эксплуатационных условиях, могут потерять устойчивость и перейти в режим автоколебаний в радиальном направлении. Наиболее часто это может произойти при значительном уменьшении нагрузки вала ротора на подшипник, что может являться следствием многих причин. Уменьшение (!) нагрузки на подшипник может перевести его в режим колебаний толщины масляного клина.

Поскольку этот эффект тоже оказывает влияние на проведение диагностики технического состояния подшипников скольжения, попробуем немного пояснить причину возникновения этих автоколебаний, естественно стараясь, по возможности, не вдаваться при этом далеко в сложные формулы и описания.

На схематическом рисунке 3.1.2.1. представлено поперечное сечение подшипника скольжения, в котором для наглядности показан увеличенный рабочий зазор. Ротор механизма, показанный на рисунке окружностью  вращается в зазоре подшипника скольжения в направлении «по часовой стрелке».

Рассмотрим, как нагрузка на подшипник изменять положение ротора в зазоре подшипника. Неподвижный ротор (как и максимально нагруженный ротор) будет находиться в нижнем положении зазора подшипника, а вращающийся абсолютно ненагруженный ротор, теоретически, должен находиться в центре зазора подшипника. Это две крайние точки положения ротора. При изменении нагрузки положение центра вала будет смещаться относительно центра подшипника, будет изменяться рабочий зазор в подшипнике.

При изменении нагрузки на подшипник от нуля, и до предельно допустимой, центр (вращения) ротора опишет траекторию, которую иногда называют линией нагрузки подшипника. Линия нагрузки похожа на дугу, опирающуюся на две крайние точки, выгнутую на нашем рисунке влево. Если изменить направление вращения ротора, то дуга выгнется вправо.

Участок от нижней точки дуги до точки перегиба есть участок устойчивой работы подшипника, когда ответная силовая реакция подшипника на возмущающий импульс нагрузки однозначно соответствует величине возмущающего импульса. Например, при увеличении нагрузки на ротор на «N» процентов рабочая точка подшипника сместится по своей траектории настолько, чтобы несущая способность подшипника выросла также пропорционально. Подшипник адекватно реагирует на все возмущающие воздействия, которые сопровождают работу контролируемого механизма.

На участке от точки перегиба до центра зазора подшипника картина динамических процессов несколько иная. Здесь, при увеличении нагрузки, происходит не только радиальное смещение ротора, но и значительное смещение ротора «вниз», к точке, в которой будет находиться ротор, если его вращение остановить. Вследствие такой траектории движения центра ротора, здесь существует специфический эффект, который можно назвать «перерегулированием» в реакции подшипника на внешние возбуждения. Здесь на единичное увеличение нагрузки на подшипник ротор переместится по траектории на существенно большее расстояние, причем основной составляющей будет угловое, а не радиальное перемещение ротора.

Смысл этой фразы в том, что в ответ на возмущающий импульс, например единичной силы, ответная реакция подшипника может равняться не единице, а, например, двум. Ротор вернется обратно, но «переместится» по траектории дальше, чем нужно. Далее на ротор, «зашедший» за точку равновесия, будет воздействовать импульс от масляного слоя подшипника, но направленный в радиальном направлении. Ротор «приподнимется», и сместится в направлении стандартной траектории, на которую он попадет несколько выше точки установившегося равновесия, соответствующего данной нагрузке на подшипник, и все повториться снова.  Результатом этого явления «перерегулирования» может стать бесконечное автоколебание ротора на масляном клине, относительно точки статического равновесия.

Картина этого автоколебания, возникающая обычно при малой нагрузке на подшипник, и вблизи точки перегиба траектории ротора, очень своеобразна и чем – то напоминает попытку выспаться на «не полностью накачанном надувном матраце» человеку с небольшой массой. Происходит «переваливание» человека с одной части матраца на другую. В форме масляного клина появляются, если смотреть в разрезе, своеобразные «волны», перемещающиеся с входа на выход. В конечном итоге такие колебания наводят специфические, достаточно низкочастотные вибрации как в вертикальном, так и в поперечном радиальных направлениях.

Приведенная интерпретация причин возникновения вибрации в масляном клине подшипника скольжения достаточно наивна, и не является физически строгой. Но поскольку она позволяет лучше понять процессы в подшипнике, ее использование, на наш взгляд, вполне оправданно.

Интересным для диагностики является то, что частота этого автоколебания примерно одинакова у всех роторов и обычно составляет примерно 0,42 – 0,48 от оборотной частоты ротора. Именно такое же значение имеет частота, свойственная дефектам сепаратора у подшипников качения. Такое сходство говорит о том, что скорость движения слоя масла, точнее говоря масляных волн, в зазоре подшипника скольжения, практически равна скорости перемещения сепаратора в подшипниках качения. Эта частота есть показатель относительной скорости перемещения масла в зазоре между неподвижным вкладышем и вращающимся ротором. Средняя скорость движения масла в зазоре подшипника, в идеальном случае, должна равняться половине частоты вращения вала. На практике она всегда немного меньше, т. к. имеет место вытекание масла в боковые зазоры подшипника.

Численное значение частоты масляных вибраций в одном и том же подшипнике может меняться в указанном диапазоне 0,42 – 0,48 в процессе изменения состояния элементов подшипника.

Это дает возможность по величине этой частоты косвенно судить об относительном состоянии каждой из рабочих поверхностей подшипника. Если частота масляной вибрации, с течением времени, смещается ближе к 0,5 от оборотной частоты, то, наверное, можно говорить о хорошем состоянии внешней поверхности вкладыша и о худшем состоянии поверхности шейки вала. Масло в большей степени тяготеет к шейке вала и перемещается быстрее обычного.

Если частота масляной вибрации снижается и стремится ближе к величине 0,4 от частоты вращения вала, то тогда все наоборот. Лучшим по качеству является состояние поверхности шейки вала. Масло тяготеет к вкладышу, имеющему поверхностные дефекты, и сильно тормозиться.

В некоторых случаях уменьшение частоты вибрации масляного клина говорит об увеличении зазоров в подшипнике, в основном боковых.

Эти рассуждения о влиянии состояния подшипника на изменение частоты масляной вибрации справедливы достаточно часто, но не всегда. Они приведены здесь для примера, и мы надеемся, принесут пользу читателям при более глубоком изучении вопроса и анализе опыта уже имеющейся практической работы.

При выполнении диагностики подшипника скольжения обязательно следует хорошо знать конструкцию подшипника или, как минимум, спектральную историю развития вибраций на данном подшипнике. Очень нужен здесь практический навык специалиста по вибрационной диагностике.

Для уменьшения вероятности возникновения автоколебаний масляного клина в подшипниках скольжения применяются различные меры, такие как использование подшипников скольжения с вкладышами специальной формы и с секционированными вкладышами, такими как:

• с некруглой формой расточки – лимонной, трехцентровой и т. д.;
• с подвижными секционированными и независимыми рабочими поверхностями - кольцами, вкладышами и т. д.

При наличии секционирования вкладышей в спектре могут появиться вибрации от масляной гармоники, пропорциональные числу сегментов. Диагностирование таких подшипников, конечно, имеет свои отличия, но они не очень значительны. Необходимо просто хорошо изучить конструкцию такого подшипника и у Вас будет достаточно предварительного материала для постановки верного диагноза при помощи спектров вибросигналов.

В общем случае ротор «соприкасается» через масляный клин с вкладышем подшипника не по всей окружности, а на некоторой, не очень большой, дуге в нижней части вкладыша. В результате основные динамические нагрузки действуют на этом участке. Если построить «розу вибраций», то этот контактный участок будет виден достаточно хорошо. Об этом следует помнить при диагностике и этим следует пользоваться при составлении собственных диагностических правил, повышая тем самым информативность диагнозов.

3.1.2.2. Увеличенный зазор в подшипнике скольжения

При монтаже подшипника скольжения всегда тщательно контролируются зазоры со всех сторон вкладыша и галтели ротора, т. к. все они, а не только нижняя часть вкладыша, в той или иной мере участвуют в работе подшипника. Даже зазор в верхней части подшипника важен для стабилизации положения ротора в зазоре подшипника.

В процессе работы из-за естественного износа рабочие зазоры постепенно возрастают, и наступает такой момент, когда это начинает сказываться на состоянии агрегата и, соответственно проявляться в спектре вибрации. Достаточно часто при этом в агрегате должен присутствовать еще один, какой – либо, дефект другой природы возникновения, например небаланс или расцентровка. Этот дефект возбуждает вибрации, которые должны привести к обкатыванию ротора по внутренней окружности подшипника. Не редки случаи, когда зазор увеличен, а в вибрационных сигналах это не проявляется, нет возмущающего воздействия, приводящего к повышению вибрации.

Это может быть возбуждающая сила и другой природы возникновения, например, технологической. Говоря просто, должна быть внешняя сила, которая в определенные фазы вращения будет приподнимать ротор и прижимать его к боковым поверхностям и даже к верхнему вкладышу подшипника, или хотя бы на какую – то долю момента времени разгружать подшипник скольжения.

Спектральная картина последней стадии увеличенного зазора в подшипнике скольжения имеет стандартный вид, свойственный  механическому ослаблению. На спектре появляется целая гамма оборотных гармоник с номерами до 8-10, а иногда даже и до 20. Поскольку при увеличении зазора ротор обычно имеет перемещения в вертикальном направлении, дефект проявляется в большей степени в виде повышенных вертикальных вибраций, более значительных по сравнению с поперечными колебаниями. В диагностике этой особенности увеличенного зазора в подшипнике скольжения хорошо помогает проведение кругового замера вибрации, и построение «розы вибраций».

В некоторых случаях все происходит с точностью до наоборот. Например, при увеличенных боковых зазорах в подшипнике скольжения может резко возрасти именно поперечная составляющая вибрации, что так же легко объяснимо – сдвинуть ротор «вбок» легче, чем приподнять его.

Характерный спектр такого дефекта показан на рис. 3.1.2.2. По внешнему виду этого спектра хорошо видно, что он не имеет существенных отличий от стандартного спектра при дефекте «ослабление механической посадки элемента на вращающемся роторе». Тот же лес целых гармоник оборотной частоты, достигающее число 15 – 20. То же большое количество, хотя и при много меньшей амплитуде, дробных гармоник с кратностью 1/2 от оборотной частоты вращения вала. Глядя на этот спектр следует признать, что этот дефект подшипника скольжения трудно спутать с дефектами другого типа.

Очень своеобразно увеличенный зазор может проявиться в механизмах с наличием собственных частот вибрации, отличных от оборотной. Наиболее наглядно это видно в насосах и редукторах. В этих механизмах, при увеличении зазоров в подшипниках скольжения, очень значительно могут возрасти лопаточная, или зубцовая гармоники. Причина этого достаточно легко объяснима, если представить, например, рабочее колесо насоса как рычаг, один конец которого есть точка “касания лопатки с выступающим элементом улитки”, а второй конец закреплен в подшипнике. Увеличение зазора в подшипнике приведет к тому, что удары в первом узле крепления рычага приведут к ударам в подшипнике, и частота этих ударов будет соответствовать лопаточной частоте.

Последнее замечание по диагностике увеличенных зазоров в подшипниках скольжения. Большое число практических специалистов все еще работают с виброперемещением, по спектру которого диагностировать увеличение зазоров в подшипнике скольжения сложнее, чем по спектру виброскорости. Предпочтение в диагностике дефектов подшипников скольжения нужно отдавать использованию виброскорости.

3.1.2.3. Вибрации масляного клина в подшипнике скольжения

Рассмотрим наиболее общие и часто встречающиеся в практике особенности диагностирования вибраций масляного клина в подшипниках скольжения, описанию причин возникновения которой мы уже сделали выше.

Как уже было сказано, очень характерно, что этот дефект  проявляется в спектре вибросигнала в виде увеличения амплитуды субгармоники с частотой 0,42 – 0,48 от оборотной частоты вала. Если амплитуда этой субгармоники превышает 50 % от величины первой оборотной гармоники частоты вращения вала, то следует говорить о серьезном характере данного дефекта и об опасном влиянии его на общее состояние агрегата. Цифра приведена при диагностике состояния подшипника по величине виброскорости.

Вибрации масляного клина проявляются обычно там, где имеется значительное отклонение от нормальной кондиции одного из следующих основных параметров:

• Нагрузка от ротора на подшипник не соответствует расчетной несущей способности масляного клина, наиболее «опасно» сниженное значение нагрузки.
• В контролируемом агрегате, как минимум, присутствует еще одна возмущающая динамическая сила, возникшая не как результат проблем контролируемого подшипника, но способная возбудить колебания ротора в подшипнике.
• Произошло значительное изменение рабочих параметров масла, по сравнению с расчетными значениями, влияющих на несущую способность масляного клина. Это может быть изменение вязкости, температуры, давления, появление в масле посторонних примесей.

Повторим так же диагностические особенности изменения параметров субгармоники с частотой масляной вибрации, перечисленные выше:

• Если частота масляной вибрации смещается ближе к значению 0,5 (от оборотной частоты), то, наверное, можно говорить о хорошем состоянии внешней поверхности антифрикционного вкладыша или о плохом состоянии поверхности шейки вала. Дефект сосредоточен на поверхности шейки вала.
• Если частота масляной вибрации располагается сравнительно ближе к величине 0,4 от частоты вращения вала, то тогда все наоборот. Лучшим является состояние рабочей поверхности шейки вала.

В заключение хочется повторить еще раз, что, чем выше практический опыт специалиста по вибрационной диагностике, тем больше у него шансов на успех при диагностике состояния подшипников скольжения.

3.1.2.4. Неправильный монтаж подшипника скольжения

Под этим термином понимается такое дефектное состояние подшипника скольжения, когда повышенная вибрация обусловлена неправильной установкой антифрикционных (баббитовых) вкладышей, их пространственным перекосом, или подвижностью внутри подшипниковой стойки. В спектре вибрационного сигнала этот дефект проявляется усилением первой и второй гармоник оборотной частоты ротора. Значительно возрастает осевая составляющая общей вибрации, часто до недопустимых значений.

Рассмотрим основные диагностические особенности данного монтажного дефекта подшипника скольжения.

Как правило, при перекосе вкладыша в подшипниковой опоре уровень вибрационного сигнала в различных измерительных проекциях значительно различается. Кроме того, в зависимости от места измерения уровень вибрации одного и того же подшипника может различаться. Когда внутренняя часть вкладыша подшипника, расположенная со стороны ротора, перемещается, условно говоря «вверх», внешняя часть вкладыша, со стороны муфты, может перемещаться с меньшей скоростью, или оставаться на месте, или даже перемещаться в обратном направлении, т. е. «вниз». Понятно, что вибрационные сигналы на двух сторонах подшипниковой опоры, имея в виду продольную координату, могут не только отличаться по общему уровню, но и иметь фазовый сдвиг друг от друга.

Основных причин возникновения такой вибрационной картины две. С одной стороны должен иметь место перекос вкладыша в подшипниковой опоре, а с другой стороны необходимо наличие изгиба шейки вала в районе подшипника. Не нужно представлять это как реальный изгиб вала, здесь речь идет скорее о неравномерном износе шейка вала, или, что бывает чаще, о технологическом прогибе ротора, приводящем к появлению эффекта изгиба в районе шейки вала.

Эти два дефекта, в совокупности, и приводят к сложному характеру прецессии во времени различных точек подшипника. Под изгибом шейки (галтели) вала здесь мы понимаем не идеальность поверхности галтели относительно геометрической оси вала.

Если вкладыши являются самоустанавливающимися, то они перемещаются в точку нового равновесного состояния и вибрации могут уменьшиться. Если такой возможности свободного смещения у них нет, то вибрация так и останется повышенной. Максимальное значение она обычно имеет в осевом направлении. Это происходит не потому, что наибольшие силы действуют вдоль оси агрегата, просто конструктивная податливость подшипниковой стойки в данном направлении наибольшая. Как уже было сказано выше «колебания есть возмущающая сила, умноженная на податливость опоры в соответствующем направлении».

Сравнение вибраций в вертикальном и поперечном направлениях, особенно построение «розы вибраций» в этой плоскости позволяет достаточно корректно выявить ось перекоса вкладыша.  

Частотный состав вибраций при таком дефекте прост и обычно ограничивается первой гармоникой. При сегментных вкладышах возможно появление гармоники с частотой, равной произведению оборотной частоты на число сегментов.

Необходимо отделять эту причину повышенной вибрации от дефекта типа «изгиб вала», который в спектре дает примерно одинаковую картину. Разделить их можно, используя две особенности, хотя достаточно часто это есть одно и тоже.

Первая диагностическая особенность. В «розе вибраций», построенной в плоскости, перпендикулярной оси агрегата, при изгибе вала нет четко выраженного максимума. При перекосе вкладыша он всегда есть.

Второй способ немного сложнее, и требует для диагностики синхронно зарегистрированных, или синхронизированных вибрационных сигналов. При их наличии дальнейшее уже достаточно просто. Если фаза первой гармоники всех вибраций, включая осевую, является достаточно устойчивой, то можно с большой достоверностью предполагать изгиб вала. Это хорошо согласуется с физической картиной вращения изогнутого вала. Если же фаза первой гармоники, хотя бы в одной из радиальных проекций, обычно в поперечной, является неустойчивой, то нужно говорить о перекосе вкладыша подшипника скольжения. 

При излишней подвижности вкладыша подшипника скольжения в опоре наряду с эффектом перекоса на спектре возникает «резонансное поднятие» в диапазоне средних и высоких частот в виде небольшого «купола» с небольшой мощностью, создающее картину «затирания» и в основном диагностируемого на резонансной частоте конструкции подшипника скольжения.

Последней стадией развития «большой подвижности вкладыша подшипника скольжения» характеризуется спектральной картиной ослабленной посадки элементов с большим количеством целых и дробных гармоник в спектре. Подробнее об этом можно прочитать в разделе «механические ослабления», т. к. это уже будет интегральный дефект, общий для многих первопричин, а не только относящийся к подшипникам скольжения.

Возможно, что такая причина будет на спектре похожа на причину «увеличенный зазор в подшипнике скольжения». Разделить эти причины можно, если конечно есть история развития вибраций на данном подшипнике за необходимый период времени. Это даст возможность проанализировать тренд развития выявленной неисправности, начиная с самых начальных стадий.

3.1.2.5. Эллипсность шейки вала

В процессе работы шейка вала, являющаяся частью подшипника скольжения, может неравномерно износиться, и ее поперечное сечение, первоначально являющееся  кругом, может приобрести признаки эллипса. При определенных условиях износа сечение шейка вала может иметь в себе некоторую трехгранность, четырехгранность и т. д.

При работе такого подшипника толщина масляного клина будет модулироваться нелинейностью кривизны шейки вала. В итоге радиальные, в основном вертикальные, вибрации будут иметь в своем составе гармоники, пропорциональные произведению оборотной частоты вала на «порядок эллипсности» шейки вала. При эллипсе это будет вторая гармоника оборотной, при трехгранности – третья и т. д.

При эллипсности происходит некоторое увеличение частоты вибрации масляного клина, т. к. масло в большей мере увлекается в своем движении ротором. Она может доходить до 0,45 – 0,46 от оборотной частоты ротора.

Следует сказать несколько слов о том, что особенно трудно выявлять эллипсность шейки вала в электрических машинах с частотой вращения 3000 об/мин, в которых практически всегда есть гармоника электромагнитной силы, по частоте равная второй гармонике оборотной частоты ротора. Кроме того, у турбогенераторов, в силу особенностей конструкции, всегда имеет место вторая гармоника оборотной частоты, вызванная неодинаковой жесткостью ротора в поперечном сечении.

Подшипники скольжения и качения

Подшипники скольжения и качения

Подшипники поддерживают вращающиеся оси и валы, воспринимают от них радиальные и осевые нагрузки и сохраняют заданное положение оси вращения вала.

Подшипники классифицируют по виду трения и воспринимаемой нагрузке.

По виду трения различают: подшипники скольжения, у которых опорный участок вала скользит по поверхности подшипника; подшипники качения, у которых трение скольжения заменяют трением качения посредством установки шариков или роликов между опорными поверхностями подшипника и вала.

По воспринимаемой нагрузке различают подшипники: радиальные – воспринимают радиальные нагрузки; упорные – воспринимают осевые нагрузки; радиально-упорные – воспринимают радиальные и осевые нагрузки.

Все типы подшипников широко распространены.

Подшипники скольжения – это опоры вращающихся деталей, работающие при относительном скольжении цапфы по поверхности подшипника.

Достоинства подшипников скольжения:

–     малые габариты в радиальном направлении;

–     возможность работы при высоких скоростях вращения и нагрузках, в воде и в агрессивных средах;

–     обеспечение высокой точности установки валов;

–     малая чувствительность к ударным и вибрационным нагрузкам;

–     незаменимость в случаях, когда по условиям сборки подшипник должен быть разъемным (на шейках коленчатых валов).

Недостатки:

–     выше, чем у подшипников качения, потери мощности на трение;

–     более сложная смазочная система;

–     необходимость использования дефицитных материалов.

Подшипник (рис. 4.1, а) представляет собой втулку из износоустойчивого материала (оловянистые бронзы, алюминиевые бронзы, металлографитовые сплавы и др.). Втулка неразъемного подшипника может быть запрессована непосредственно в стенку корпуса. При возможных перекосах вала подшипник делают самоустанавливающимся (рис. 4.1, б). Подобные подшипники расположены в сочленениях деталей шасси.

В сочленениях деталей системы управления самолетом широко применяют специальные стальные шарнирные подшипники (рис. 4.2).

 

           

 

Смазка и режимы трения. Для смазывания трущихся поверхностей подшипников применяют жидкие, пластичные (густые), твердые и газообразные смазочные материалы. Для уменьшения износа поверхности цапфы и подшипника разделены слоем смазки достаточной толщины, которая больше суммы высот шероховатостей поверхностей (h > R_Z1 + R_Z2).

При соблюдении этого условия не происходит непосредственного касания и изнашивания трущихся поверхностей. Несущая поверхность масляного слоя очень высока, и он воспринимает передаваемую нагрузку. Сопротивление вращению подшипника в этом случае определяется только внутренним трением в смазочном материале, а коэффициент трения f = 0,001…0,005.

При непрерывном вращении вала с достаточно большой скоростью масло увлекается вращающимся валом, в нем создается гидродинамическое давление, образуется «масляный клин», разделяющий трущиеся поверхности (рис. 4.3).

Скорость вращения вала, зазор между цапфой и подшипником, вязкость и количество подаваемого масла связаны между собой. При правильном соотношении между ними подшипник скольжения может длительное время эксплуатироваться без заметного износа.

Рис. 4.3. Положение шипа в подшипнике

Масло не только смазывает трущиеся детали, но и отводит от них тепло, поэтому в масляную систему (например, авиационного двигателя) входят масляные радиаторы, в которых масло охлаждается.

В условиях полужидкостного трения нарушается непрерывность масляного слоя и в отдельных местах происходит соприкосновение неровностей трущихся поверхностей. Поэтому здесь не исключается изнашивание поверхностей, а только уменьшается его интенсивность (коэффициент полужидкостного трения f = 0,008…0,1).

Подшипники качения состоят из наружного и внутреннего колец, между которыми в сепараторе расположены шарики или ролики. Сепаратор разделяет тела качения, чтобы они не соприкасались.

Применение подшипников качения позволило заменить трение скольжения трением качения. Трение качения существенно меньше зависит от смазки. Условный коэффициент трения качения мал и близок к коэффициенту жидкостного трения в подшипниках скольжения (f = 0,0015…0,006). При этом упрощаются система смазки и обслуживание подшипника.

Преимуществами подшипников качения являются:

–     небольшие потери на трение;

–     взаимозаменяемость, облегчающая монтаж и ремонт подшипниковых узлов;

–     малые пусковые моменты;

–     нетребовательность к смазке и уходу (за исключением случаев, когда от подшипников, например, роторов авиационных двигателей, необходимо отводить тепло).

Недостатками подшипников качения являются:

–     чувствительность к ударам и вибрациям вследствие большой жесткости подшипника;

–     сравнительно большие радиальные габаритные размеры;

–     шум при работе с высокой частотой вращения.

Большая часть вращающихся деталей авиационных конструкций установлена на подшипниках качения.

Классификация. По форме тел качения подшипники разделяют на шариковые и роликовые, по направлению воспринимаемой нагрузки – на радиальные, упорные, радиально-упорные и упорно-радиальные.

Рис. 4.4. Подшипники качения

Радиальные шариковые подшипники (рис. 4.4, 1) – наиболее простые и дешевые. Они допускают небольшие перекосы вала (до 1/4°) и могут воспринимать осевые нагрузки, но меньшие радиальных. Эти подшипники широко распространены в машиностроении.

Радиальные роликовые подшипники (рис. 4.4, 4) благодаря увеличенной контактной поверхности допускают значительно большие нагрузки, чем шариковые. Однако они не воспринимают осевые нагрузки и плохо работают при перекосах вала. В роликовых цилиндрических и конических подшипниках с комбинированными (бочкообразными) роликами концентрация нагрузки от неизбежного перекоса вала существенно снижается. Аналогичное сравнение можно провести и между радиально-упорными шариковыми (рис. 4.4, 3) и роликовыми (рис. 4.4, 5) подшипниками.

Самоустанавливающиеся шариковые (рис. 4.4, 2) и роликовые (рис. 4.4, 6) подшипники применяют в тех случаях, когда допускают значительный перекос вала (до 2…3°). Они имеют сферическую поверхность наружного кольца и ролики бочкообразной формы. Эти подшипники допускают небольшие осевые нагрузки.

Применение игольчатых подшипников (рис. 4.4, 7) позволяет уменьшить габариты (диаметр) при значительных нагрузках. Упорный подшипник (рис. 4.4, 8) воспринимает только осевые нагрузки и плохо работает при перекосе оси.

По нагрузочной способности (ширине и наружному диаметру) подшипники разделяют на семь серий – от сверхлегкой до тяжелой; по классам точности – нормального класса (0), повышенного (6), высокого (5), особо высокого (4) и сверхвысокого (2). Класс точности подшипника назначают в зависимости от требований к сборочной единице. Чаще применяют дешевые подшипники класса 0. Для авиационных конструкций с тяжелыми условиями работы (например, для роторов авиационных двигателей) используют подшипники повышенных классов точности.

Применение в авиационных конструкциях. Шарикоподшипники в среднем быстроходнее в отличие от роликовых (цилиндрических) и способны воспринимать осевые нагрузки, но их грузоподъемность на 30-40 % ниже.

Радиально-упорные шарикоподшипники применяют для самых ответственных узлов авиационных конструкций, например, для роторов двигателей, воздушных винтов самолетов, несущих и рулевых винтов вертолетов. Для повышения работоспособности подшипников их часто выполняют с четырехточечным контактом шариков, для чего внутреннее (или внешнее) кольцо делают двойным.

Конические роликоподшипники одинаково пригодны для радиальных и осевых нагрузок при средних скоростях вращения. Их применяют в частности для колес шасси (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Конические роликоподшипники

Шариковые самоустанавливающиеся подшипники используют в качестве опор длинных валов, перекос которых неизбежен.

Игольчатые подшипники непригодны при средних и высоких скоростях вращения вала. Эти подшипники применяют в некоторых сочленениях авиационных конструкций при качательном движении (например, подшипники рычагов клапанов поршневых двигателей).

Упорные шариковые и роликовые подшипники способны воспринимать большие осевые нагрузки при малых скоростях вращения. Они используются, например, во втулках воздушных винтов. Воспринимая огромные центробежные силы лопасти, подшипник позволяет поворачивать лопасть при изменении шага винта.

Кольца и тела качения подшипников изготавливают из высокоуглеродистых хромистых сталей и закаливают до высокой твердости. Подшипники турбин ГТД делают из жаропрочных сталей. Это связано с тем, что после выключения двигателя прекращается прокачка масла через подшипники, и они сильно нагреваются (до 300° и более) за счет тепла, постепенно переходящего к ним от раскаленных лопаток и диска турбины.

Обозначения. В условных обозначениях приводят внутренний диаметр подшипника, его серию, тип, конструктивные особенности и класс точности.

Две первые цифры справа указывают внутренний диаметр d. Для подшипников с d = 20…495 мм диаметр определяют умножением двух крайних цифр в обозначении на 5. Третья цифра справа указывает серию: подшипник особо легкой серии – 1, легкой – 2, средней – 3, средней широкой – 6, тяжелой – 4 и т.д. Четвертая цифра справа характеризует тип подшипника: радиальный шариковый – 0 (в обозначении нуль опускают), радиальный шариковый сферический – 1, роликовый радиальный с короткими цилиндрическими роликами – 2, роликовый радиальный со сферическими роликами – 3, шариковый радиально-упорный – 6, роликовый конический – 7 и т.д. Например, подшипник 308 – шариковый радиальный средней серии с d = 40 мм; подшипник 7216 – роликовый конический легкой серии с d = 80 мм.

Пятая и шестая цифры в обозначении подшипника отражают его конструктивные особенности (наличие защитных шайб, упорных буртов или канавок на наружном кольце и др.). Цифры 6, 5, 4, 2, указывающие класс точности подшипников, ставят через тире перед обозначением, нуль не пишут.

Повреждения подшипников. Подшипники выходят из строя вследствие усталостного выкрашивания, абразивного изнашивания при попадании пыли или пластических деформаций при перегрузках. Усталостное выкрашивание является наиболее распространенным видом разрушения подшипников при длительной работе. Интенсивность абразивного изнашивания можно уменьшить за счет применения совершенных уплотнителей и надлежащей очистки масла.

Наблюдается также разрушение сепараторов от центробежных сил и действия тел качения. Раскалывание колец и тел качения происходит при их работе с сильными ударами, при перекосах.

Расчет подшипников качения. Выполняют расчет подшипников на долговечность по усталостному выкрашиванию и на предотвращение возникновения пластических деформаций.

При постоянном режиме расчет подшипников ведут по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления действующих сил. Принимают такую эквивалентную нагрузку, при которой обеспечивается та же долговечность подшипника, что и в действительных условиях нагружения.

Для радиальных и радиально-упорных

Р = (XVF_r + YF_a) K_{бKТ,                              (4.1)}

где F_r, F_a – соответственно радиальная и осевая нагрузки на подшипник, Н;

Х, Y – коэффициенты соответственно радиальной и осевой нагрузок;

V – коэффициент вращения: при вращении внутреннего кольца V = 1, наружного – V = 1,2;

К_б – коэффициент безопасности: К_б = 1 при спокойной нагрузке,     К_б = 2,5…3 при сильных ударах;

К_Т – температурный коэффициент, при нагреве подшипникового узла до 125° С К_Т = 1.

Грузоподъемность подшипников характеризуется базовой динамической грузоподъемностью С и базовой статической грузоподъемностью С₀.

Под базовой динамической грузоподъемностью подшипника понимают радиальную или осевую нагрузку, которую он может выдержать при долговечности в 1 млн. оборотов. Базовой считают долговечность при 90-процентной надежности.

Расчетная долговечность выражается числом его оборотов L (в миллионах) или часов работы L_H, при которых на рабочих поверхностях у 90 % подшипников из партии не должно появляться признаков усталости металла (выкрашивания, отслаивания).

Долговечность подшипника определяют по эмпирическим зависимостям:

  и  ,                                (4.2)

где С – динамическая грузоподъемность подшипника, кН;

Р – динамическая эквивалентная нагрузка, кН;

р – показатель степени, равный 3 для шарикоподшипников и 10/3 для роликоподшипников;

n – частота вращения подшипника, мин^-1.

Подбор подшипников. В конструкциях самолета, в отличие от конструкций в машиностроении, шарикоподшипники работают, как правило, с небольшими скоростями вращения. Поэтому их подбирают не по допускаемым нагрузкам и по сроку службы, а по разрушающим нагрузкам. Заделка подшипников осуществляется сплошной завальцовкой обкатыванием шариком без проточки и с проточкой в детали, обжатие пуансоном – без проточки в детали в шести или восьми точках, обжатие пуансоном – в шести и восьми точках по специальной проточке в детали, установкой пружинных упорных колец – в специальную канавку в детали.

Вид заделки зависит от предела прочности материала и от диаметра подшипника и берется по ГОСТ. Посадки под подшипники также задаются ГОСТ.

Руководство по выбору сферических подшипников скольжения

: типы, характеристики, применение

Сферические подшипники скольжения используются для установки валов или штоков с различной степенью перекоса. Они разработаны для управления высокими радиальными нагрузками и обеспечивают стабильную работу в условиях предельной смазки, экстремальной скорости и критических нагрузок.

Большинство сферических подшипников скольжения состоят из подшипника скольжения и шариковой втулки внутри цилиндрического корпуса с футеровкой, который минимизирует трение или обеспечивает самосмазку.Также доступны не требующие смазки сферические подшипники скольжения.

Обычно металлические шары и вкладыши изготавливаются из стали, бронзы или железа. Неметаллические шарики и вкладыши обычно изготавливаются из пластика, нейлона или политетрафторэтилена (ПТФЭ). Как металлические, так и неметаллические изделия обеспечивают превосходные характеристики по сравнению с обычными подшипниками скольжения из стали, пластика или бронзы.

Для тяжелых промышленных применений сферические подшипники скольжения часто включают в себя большие отверстия или ролики сферической формы, которые допускают осевую нагрузку и относительное смещение между корпусом и валом.

Приложения

Сферические подшипники скольжения

относительно не требуют технического обслуживания и подходят для множества применений, которые включают в себя поворотные движения, высокие переменные нагрузки, высокие ударные нагрузки и очень высокие радиальные нагрузки при одностороннем направлении нагрузки.

Некоторые сферические подшипники скольжения используются в:

• Железнодорожная техника
• Строительство вокзала
• Строительство моста
• Строительная техника
• Гидравлические стальные конструкции
• Конструкции крыш
• Производство электроэнергии
• Разведка месторождений
• Горнодобывающая и агрегатная промышленность
• Ветряные турбины
• Зубчатые передачи
• Прокатные станы

В аэрокосмической промышленности сферические подшипники скольжения используются в подкрылках, опорах двигателей, люках и шарнирах.Сферические подшипники скольжения также используются в вертолетах, поездах и автомобилях.

Специализированная продукция включает сферические приводные подшипники, сферические упорные роликоподшипники и миниатюрные сферические подшипники.

Технические характеристики

Важные физические размеры, которые следует учитывать, включают диаметр отверстия, толщину подшипника или длину сквозного отверстия, а также внешний диаметр. Сферические подшипники скольжения обычно измеряются в английских единицах, таких как дюймы (дюймы), или в метрических единицах, таких как миллиметры (мм) или сантиметры (см).

Технические характеристики включают в себя допустимую радиальную нагрузку и максимальное угловое смещение, величину отклонения подшипника от нормального или выровненного состояния. В большинстве случаев движение подшипника симметрично относительно центра. Максимальное угловое смещение составляет половину полного диапазона поперечного сечения.

Что касается особых характеристик, многие сферические подшипники скольжения являются самосмазывающимися, устойчивыми к коррозии или имеют порт для смазки. Подшипники, подходящие для вращающихся валов, могут вращаться вокруг оси и компенсировать перекос.

Стандарты

ABMA STD 12240-1 – Сферические подшипники скольжения – Часть 1

ABMA STD 12240-2 – Сферические подшипники скольжения – Часть 2

ABMA STD 12240-3 – Сферические подшипники скольжения – Часть 3

Кредит изображения:

Прикладные промышленные технологии | Подшипники RBC | Промышленные поставки Grainger

В чем разница между подшипниками? Различные типы и особенности подшипников / Bearing Trivia / Koyo Bearings (JTEKT)

Существуют различные типы подшипников, и мы должны выбрать тип подшипника, наиболее подходящий для конкретной конструкции и использования машины.

В этой части мы разделим типы подшипников на широкие категории, а затем объясним основные особенности подшипников.

1. Классификация подшипников

Подшипники поддерживают силы, прикладываемые с разных направлений, поэтому их можно разделить на категории в зависимости от «направления силы».
Сначала мы объясним силы, прилагаемые к подшипникам.

На рисунке 1 показаны силы, приложенные к подшипнику, используемому в колесе автомобиля с шиной на нем.
Сила, создаваемая весом автомобиля (синяя стрелка на рис. 1), прилагается перпендикулярно оси.
И наоборот, центробежная сила, возникающая при повороте автомобиля (красная стрелка на рис. 1), действует в том же направлении, что и ось.

Рис. 1: Силы, приложенные к подшипнику, используемому в колесе автомобиля с шиной на нем

Таким образом, к подшипникам всегда прикладываются силы с разных направлений.
Подшипники классифицируются на основе того, в каком направлении исходит сила и какое усилие может быть приложено.

Радиальные и осевые нагрузки, приложенные к подшипнику

Сила, приложенная к подшипнику, называется «нагрузкой».
Сила, приложенная перпендикулярно к валу, называется «радиальной нагрузкой»,
, а сила, приложенная в том же направлении, что и вал, называется «осевой нагрузкой».

Рис. 2: Радиальные и осевые нагрузки

Классификация типов подшипников

Как видно из таблицы 1, подшипники можно разделить на четыре группы в зависимости от направления поддерживаемой силы и формы тел качения.
Для получения более подробной информации, пожалуйста, взгляните на Часть 3!

Часть 3: «Какая конструкция подшипника? Роль конструкции и деталей в снижении трения»

Таблица 1: Классификация типов подшипников

..

		Элемент качения
		Мяч	Ролик
Направление наибольшего приложения силы	Перпендикулярно валу (радиальная нагрузка)	Подшипник шариковый радиальный	Подшипник роликовый радиальный
	В том же направлении, что и вал (осевая нагрузка)	Подшипник шариковый упорный	Подшипник роликовый упорный

Из четырех типов подшипников, перечисленных в таблице 1, наиболее часто используются радиальные шарикоподшипники и радиальные роликовые подшипники.Мы немного объясним эти два типа подшипников.

2. Подшипник шариковый радиальный

«Радиальные шарикоподшипники» – это шарикоподшипники, которые могут выдерживать силу, приложенную перпендикулярно к валу.

Подшипник шариковый радиальный

Радиальные шарикоподшипники являются наиболее широко используемыми среди всех подшипников.
Они могут выдерживать как радиальную нагрузку, так и определенную осевую нагрузку, поступающую в обоих направлениях одновременно.
Если требуется подшипник, способный выдержать очень большую осевую нагрузку, используются «радиально-упорные шарикоподшипники», описанные ниже.

Информация о продукте: Радиальный шарикоподшипник

Радиально-упорные шариковые подшипники

Радиально-упорные шарикоподшипники могут одновременно выдерживать радиальную нагрузку и однонаправленную осевую нагрузку.
Когда должны поддерживаться осевые нагрузки, исходящие с обоих направлений, два или более радиально-упорных шарикоподшипника объединяются вместе.

Рис. 3: Комбинация радиально-упорных шарикоподшипников для поддержки осевых нагрузок, исходящих с обоих направлений

Вот дополнительное объяснение угла контакта радиально-упорных шарикоподшипников.

Угол контакта радиальной и осевой нагрузок

Рис. 4: Конструкция радиально-упорного шарикоподшипника, воспринимающего радиальные и осевые нагрузки

Угол контакта – это угол, образованный направлением нагрузки, приложенной к кольцам (дорожкам качения) подшипников и телам качения, и плоскости, перпендикулярной валу, когда к валу прилагаются как «радиальная нагрузка», так и «осевая нагрузка». несущий.

Информация о продукте: Радиально-упорный шарикоподшипник

3.Подшипник роликовый радиальный

Радиальные роликоподшипники – это роликовые подшипники, которые могут выдерживать силу, перпендикулярную валу. Они могут выдерживать даже большую нагрузку, чем радиальные шарикоподшипники, и существуют типы подшипников, соответствующие типу ролика.

Подшипник роликовый цилиндрический

В них в качестве тел качения используются цилиндрические ролики. Цилиндрические роликоподшипники могут выдерживать даже большую радиальную нагрузку, чем радиальные шарикоподшипники, и используются в машинном оборудовании, где они будут испытывать сильные удары.

Информация о продукте: Цилиндрический роликоподшипник

Подшипник роликовый игольчатый

В них в качестве тел качения используются игольчатые ролики. Игольчатые ролики имеют меньший диаметр, чем цилиндрические ролики, и поэтому (как видно на рисунке 5) подшипники имеют меньшую высоту поперечного сечения и способствуют уменьшению размеров оборудования.

Рис. 5: Разница в высоте поперечного сечения цилиндрического роликоподшипника и игольчатого роликоподшипника

Информация о продукте: Игольчатый роликоподшипник

Подшипник роликовый конический

В них в качестве тел качения используются конические ролики в форме конических трапеций.Конические роликоподшипники
являются наиболее широко используемыми среди всех роликовых подшипников и могут одновременно выдерживать радиальную нагрузку и однонаправленную осевую нагрузку.
Когда должны поддерживаться осевые нагрузки, поступающие с обоих направлений, два или более конических роликоподшипника комбинируются вместе.

Рис. 6: Комбинация конических роликоподшипников для поддержки осевых нагрузок в обоих направлениях

Информация о продукте: Конический роликоподшипник

Подшипник роликовый сферический

В них в качестве тел качения используются бочкообразные выпуклые ролики.Как показано на рис. 7, они вставляются между сферической поверхностью дорожки качения внешнего кольца и поверхностью дорожки качения внутреннего кольца. Вот почему внутреннее кольцо, элементы качения и сепаратор сферического роликоподшипника могут вращаться, будучи наклоненными к внешнему кольцу.

Рис.7: Конструкция сферического роликоподшипника

Как показано на Рисунке 8, сферические роликоподшипники могут выдерживать большие нагрузки и используются в машинах, где вал легко изгибается.

Рис.8: Изгиб вала

Информация о продукте: сферический роликоподшипник

Заключение

Существуют различные типы подшипников, которые классифицируются по направлению и величине силы, которую они могут выдерживать, и оптимальный тип подшипника выбирается с учетом конструкции машины.
Есть много других типов подшипников, которые мы не рассказывали в этой статье.
Для тех, кто хочет узнать больше, нажмите на страницы с описанием продуктов Koyo Bearing или в каталог ниже.Вы также можете напрямую связаться с JTEKT.

Поиск по типу продукта
Каталог шариковых и роликовых подшипников
Свяжитесь с нами

Что такое подшипники скольжения и как они работают? – Блог CLR

Подшипники скольжения – это механические компоненты , на которые возложена нагрузка , которая обеспечивает скольжение или вращательное движение между двумя частями машины. Их основное назначение – предотвращение износа точек опоры машины, который мог бы иметь место, если бы валы катились непосредственно по конструкции.

Вы участвуете в проекте, но знание того, какие подшипники вам нужны, вызывает у вас головную боль? Не волнуйся! В этом посте мы расскажем вам о его использовании и типах . Поехали!

Подшипники скольжения состоят из двух частей. С одной стороны, это фиксированная часть, которая воспринимает нагрузки, известная как опора , а с другой – область, которая изнашивается; Другими словами, тот, который контактирует с подвижным элементом: втулка .

жидкость – масло – или газообразный – сжатый воздух.

Типы подшипников скольжения

– В зависимости от типа контакта между частями:

• Подшипники скольжения или скольжения

Неподвижные и подвижные поверхности имеют трение скольжения и разделены масляной пленкой .

Они также известны как втулки , цельные подшипники и подшипники скольжения , как правило, имеют цилиндрическую форму и не содержат движущихся частей.

В них цапфа вала и поверхность качения опоры разделены телами качения , так что при вращении цапфы или подшипника вместо скольжения создается движение качения. один.

Они состоят из двух колец качения, отделенных друг от друга другими одинаковыми телами качения, расположенными между ними, форма которых меняется в зависимости от их использования.

– На основе применяемой системы смазки существует три основных типа подшипников скольжения:

• Самосмазывающиеся подшипники : Они не требуют внешней смазки . Они изготовлены из пористых материалов, которые при пропитке маслом впитывают его и медленно распределяют по деталям, движущимся в машине.
• Подшипники с регулярной смазкой : Требуется периодическая добавка смазки в ограниченном количестве.
• Подшипники с постоянной смазкой :
  • • Гидростатические подшипники : Смазка подается под давлением с помощью внешнего насоса .Его основные недостатки заключаются в том, что сбой в подаче смазки ставит под угрозу установку, и их дороговизна.

• • • Гидродинамические подшипники : они не требуют внешнего впрыска смазки, но вместо этого именно движущиеся части создают гидродинамический эффект , который заставляет масло смазывать детали, которые находятся в контакт. Эти подшипники работают сами по себе и не требуют внешней подачи масла под давлением.Их использование критически важно в машинах с высоким пусковым моментом.

– Исходя из положения подшипника качения по отношению к нагрузке, существует три типа:

• Осевой : который может воспринимать нагрузки в направлении своего вала.
• Радиально: Которые воспринимают нагрузки перпендикулярно их валу, а не продольные.
• Усилие : они воспринимают как осевые, так и радиальные нагрузки.

Преимущества и недостатки подшипников скольжения

Подшипники скольжения имеют преимущества и недостатки по сравнению с подшипниками качения; некоторые из них:

Преимущества :

• Они легче.
• Снижение затрат
• Увеличение срока службы элементов без усталости.
• Более легкий вес.
• Менее шумный.
• Они требуют меньше радиального пространства, так как имеют тонкие стены.
• Их установка проще.
• При использовании самосмазывающихся подшипников процедуры смазки не требуются.
• Они допускают более высокие скорости вращения.
• Повышенная ударопрочность.

Недостатки :

• Повышенное трение во время переходных процессов (особенно при запуске).
• Им требуется больше осевого пространства.
• Использование фрикционных материалов при их производстве просто необходимо.
• Более высокий износ по сравнению с подшипниками качения, так как между втулкой и валом возникает прямое трение.

Во многих случаях подшипники качения выполняют те же функции , что и подшипники скольжения , но выбор того или другого в проекте зависит от конечного использования, которое они могут получить.

В одной из своих историй успеха команда CLR решила использовать подшипники скольжения, так как они превосходили механические требования для оборудования и позволяли сделать более дешевое вращение вала , что является лучшим и самым лучшим решением. выгодно для своего клиента.

По этой причине при выборе поставщика компонентов вы должны учитывать ряд факторов, таких как профессионализм и качество его команды, не забывая при этом о его надежности и рвении , два основных аспекта, которые помогут привести ваши проекты к успеху.

Патент США на гидродинамический осевой подшипник скольжения Патент (Патент № 10,113,586 от 30 октября 2018 г.)

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА СООТВЕТСТВУЮЩУЮ ЗАЯВКУ

Настоящая заявка испрашивает приоритет по отношению к заявке на патент Германии № 102015220213.5, поданной 16 октября 2015 г. Полное содержание указанной выше заявки полностью включено в настоящее описание посредством ссылки для всех целей.

FIELD

Настоящее описание в целом относится к способам и системам для гидродинамического осевого подшипника скольжения.

ПРЕДПОСЫЛКИ / РЕЗЮМЕ

Коленчатые валы и шатуны вращаются с высокой скоростью при высоких нагрузках двигателя, что приводит к повышению температуры компонентов, а также к увеличению осевых и центробежных сил, действующих на компоненты. Гидродинамический осевой подшипник скольжения может использоваться между коленчатым валом и шатуном для обеспечения смазки компонентов наряду с охлаждением. Однако при определенных осевых нагрузках на коленчатый вал гидродинамический осевой подшипник скольжения может недостаточно смазывать зазор между гидродинамическим осевым подшипником скольжения и коленчатым валом, что приводит к контакту металла о металл между ними, что может увеличить вероятность разрушения. .

Другие попытки решить проблему смазки коленчатого вала включают установку канавок и / или других канавок на гидродинамический осевой подшипник скольжения. Один пример подхода показан Chrestoff et al. в патенте США № 5,829,338. В нем гидродинамический осевой подшипник скольжения, который имеет опорные поверхности, сконфигурированные так, что гидродинамическая смазочная пленка из жидкой смазки может образовываться во время работы между опорными поверхностями и партнерской частью подшипника. Опорные поверхности здесь выровнены параллельно соответствующим опорным поверхностям опорной части в радиальном направлении.Поверхности захвата устанавливаются перед ними в окружном направлении, которые имеют наклон к нормали на опорной поверхности. Этот наклон лежит в окружном направлении. Назначение этих поверхностей захвата состоит в том, чтобы образовать клиновидный зазор для партнерской части подшипника, чтобы подавать смазочный материал в смазочный зазор между опорной поверхностью и партнерской частью подшипника при относительном перемещении гидродинамического осевого подшипника скольжения относительно подшипника скольжения. несущая партнерская часть.

Тем не менее, здесь изобретатели обнаружили потенциальные проблемы с такими системами. В качестве одного из примеров путь для смазки проходит в радиальном направлении по всей поверхности гидродинамического осевого подшипника скольжения. В результате эти пути не подвергаются постоянному воздействию смазки из-за движения подшипника и / или коленчатого вала. Таким образом, более высокие осевые нагрузки могут по-прежнему приводить к контакту металла с металлом между коленчатым валом и подшипником.

Целью настоящего изобретения является усовершенствование гидродинамического осевого подшипника скольжения таким образом, чтобы дополнительно улучшить характеристики трения и износа гидродинамического осевого подшипника скольжения, в том числе по отношению к партнерской части подшипника.В конкретном случае осевой фрикционный контакт между шатуном и коленчатым валом улучшается (например, уменьшается). Таким образом, подшипник может минимизировать износ и уменьшить трение между деталями-партнерами подшипника.

В одном примере проблемы, описанные выше, могут быть решены с помощью гидродинамического осевого подшипника скольжения для поддержки осевых сил между частями подшипника, вращающимися друг относительно друга, содержащего по меньшей мере одну опорную поверхность, направленную в осевом направлении к одной из частей подшипника, при этом, если смотреть в радиальном направлении, по меньшей мере одна опорная поверхность расположена под наклоном к радиальному направлению, причем наклон выполнен с возможностью образования зазора для смазки, сужающегося в радиальном направлении наружу, между опорной поверхностью и соответствующей опорной частью, при этом опорная поверхность является частью внешней поверхности шатуна.Таким образом, трение между шатуном и коленчатым валом уменьшается за счет постоянной смазки, обеспечиваемой подшипником за счет ряда осевых нагрузок на коленчатый вал.

В качестве одного из примеров упорные подшипники расположены на противоположных сторонах нижней части шатуна, где шатун соединен с коленчатым валом. Упорные подшипники имеют форму кольца с клиньями и / или скосами, предназначенными для подачи смазки в зазор между подшипниками и коленчатым валом. Торцы скосов расположены на поверхностях подшипников, соприкасающихся с коленчатым валом по всей окружности подшипников.В одном примере скосы расположены под разными углами, чтобы обеспечить дополнительную смазку, а также уменьшить перемещение коленчатого вала из-за изменяющихся осевых нагрузок. Таким образом, простой в конструкции подшипник может быть установлен на множестве шатунов, чтобы снизить вероятность разрушения шатуна и / или коленчатого вала.

Следует понимать, что приведенное выше краткое изложение предоставлено для представления в упрощенной форме набора концепций, которые дополнительно описаны в подробном описании.Оно не предназначено для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного предмета изобретения, объем которого однозначно определяется формулой изобретения, которая следует за подробным описанием. Кроме того, заявленный предмет изобретения не ограничивается реализациями, которые устраняют любые недостатки, указанные выше или в любой части этого раскрытия.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 показано поперечное сечение первого варианта осуществления гидродинамического осевого подшипника скольжения согласно настоящему изобретению с непропорционально увеличенным наклоном опорной поверхности.

РИС. 2 показано поперечное сечение второго варианта гидродинамического осевого подшипника скольжения согласно настоящему раскрытию с другим непропорционально увеличенным наклоном опорной поверхности.

РИС. 3 показано поперечное сечение третьего варианта гидродинамического осевого подшипника скольжения согласно настоящему изобретению с непропорционально увеличенным наклоном опорной поверхности.

РИС. 4 показано применение осевого подшипника скольжения согласно фиг.3 между шатуном и коленчатым валом.

РИС. 5 показана принципиальная схема двигателя.

РИС. 6 – изометрический вид упорного подшипника скольжения.

РИС. 7 показан двухмерный вид упорного подшипника скольжения, соединенного с коленчатым валом.

РИС. 8 – подробный вид зазора между коленчатым валом и упорным подшипником скольжения.

РИС. 9A и 9B показывают виды в разрезе осевого подшипника скольжения в соответствии с плоскостями резания на фиг.6.

РИС. 10 показывает способ изменения условий работы двигателя в ответ на смазку гидродинамического подшипника.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Следующее описание относится к системам и методам для гидравлических осевых подшипников скольжения. Гидравлический осевой подшипник скольжения может быть расположен между коленчатым валом и шатуном, как показано на фиг. 4. Различные варианты исполнения гидравлического осевого подшипника скольжения показаны на фиг. 1-3. Схема двигателя, включающего множество цилиндров, показана на фиг.5. Цилиндры образованы поршнем, который может совершать возвратно-поступательное движение за счет движения коленчатого вала и шатуна. Гидравлический осевой подшипник скольжения показан на фиг. 6, где между шатуном и коленчатым валом расположены подшипники. Подшипники содержат конические кромки для подачи смазки в зазор между коленчатым валом и подшипником, как показано на фиг. 7. Подробный вид углов скосов вместе с зазором между подшипником и коленчатым валом показан на фиг. 8. Вид сбоку и спереди гидравлического упорного подшипника скольжения показан на фиг.9A-9B согласно плоскостям разреза на фиг. 6. Способ определения достаточной смазки между коленчатым валом и гидравлическим упорным подшипником скольжения показан на фиг. 10.

ФИГ. 1-9B показаны примерные конфигурации с относительным расположением различных компонентов. Если показано, что они непосредственно контактируют друг с другом или напрямую связаны, то такие элементы могут называться непосредственно контактирующими или непосредственно связанными, соответственно, по крайней мере, в одном примере. Точно так же элементы, показанные смежными или смежными друг с другом, могут быть смежными или смежными друг с другом, соответственно, по меньшей мере, в одном примере.В качестве примера, компоненты, находящиеся в контакте с разделением лица друг с другом, могут называться контактом с разделением лица. В качестве другого примера, элементы, расположенные отдельно друг от друга, только с промежутком между ними и отсутствием других компонентов, могут упоминаться как таковые, по меньшей мере, в одном примере. В качестве еще одного примера элементы, показанные друг над другом / под другим, на противоположных сторонах друг от друга или слева / справа друг от друга, могут упоминаться как таковые относительно друг друга. Кроме того, как показано на фигурах, самый верхний элемент или точка элемента могут упоминаться как «верх» компонента, а самый нижний элемент или точка элемента могут упоминаться как «низ» компонента в хоть один пример.Используемые здесь термины «верх / низ, верх / нижний», «вверху / внизу» могут относиться к вертикальной оси фигур и использоваться для описания расположения элементов фигур относительно друг друга. Таким образом, в одном примере элементы, показанные над другими элементами, расположены вертикально над другими элементами. В качестве еще одного примера, формы элементов, изображенных на фигурах, могут упоминаться как имеющие эти формы (например, такие как круглые, прямые, плоские, изогнутые, закругленные, скошенные, скошенные и т.п.).Кроме того, элементы, показанные пересекающимися друг с другом, могут называться пересекающимися элементами или пересекающими друг друга по меньшей мере в одном примере. Более того, элемент, показанный внутри другого элемента или показанный вне другого элемента, может упоминаться как таковой в одном примере. Следует понимать, что один или несколько компонентов, называемых «по существу подобными и / или идентичными», отличаются друг от друга в соответствии с производственными допусками (например, в пределах отклонения 1-5%).

Теперь обратимся к РИС.1, гидродинамический осевой подшипник скольжения 1 согласно настоящему изобретению служит для поддержки осевых сил FA между частями подшипника, вращающимися относительно друг друга. Одна из опорных частей изображена на фигурах пунктирными линиями как стержень вала, имеющий ссылочный номер 2 . Вторая часть подшипника, вращающаяся относительно первой части 2 подшипника, может, например, быть самим осевым подшипником скольжения 1 или частью, жестко соединенной с ним.

Осевой подшипник скольжения 1 имеет опорную поверхность 3 , направленную в сторону подшипниковой части 2 , которая служит для образования смазочного зазора S между подшипниковой частью 2 , именуемой ниже партнерской частью подшипника . 2 и опорная поверхность 3 .

В осевом подшипнике скольжения 1 согласно настоящему раскрытию, если смотреть в радиальном направлении R, опорная поверхность 3 наклонена в радиальном направлении R, при этом наклон выполнен с возможностью образования зазора для смазки S, сужающегося в радиальном направлении. наружу для части упорного подшипника скольжения 1 . Смазочный зазор S расположен между опорной поверхностью 3 и соответствующей опорной частью, то есть опорной частью 2 .А также наклон плоской в ​​поперечном сечении поверхности согласно фиг. 1, сужающийся в радиальном направлении наружу смазочный зазор S также может быть создан контуром опорной поверхности 3 . Например, опорная поверхность 3, может иметь кривизну в поперечном сечении, причем кривизна устроена так, что, по крайней мере, на некоторых участках, имеется сужение смазочного зазора S в радиальном направлении наружу. Было замечено, что в самой узкой точке 4 смазочного зазора S из-за наклона / очертания опорной поверхности 3 образуется гидродинамическая смазочная пленка, которая имеет особенно высокую способность выдерживать нагрузки и нагрузки, благодаря чему осевой подшипник скольжения 1 и деталь подшипника 2 имеют пониженный износ.Также было замечено, что смазочный зазор образуется даже при низких скоростях вращения частей подшипника относительно друг друга по сравнению с опорными поверхностями 3 , которые проходят параллельно партнерской части подшипника 2 в радиальном направлении R.

Наклон внутрь опорной поверхности 3 в радиальном направлении R имеет угол α, который обычно составляет менее 5 °, в частности менее 1 °. Угол α здесь измеряется относительно радиального направления R.

Теперь обратимся к РИС. 2 показан еще один вариант осевого подшипника скольжения 1 с наклонной в радиальном направлении захватной поверхностью 5 , расположенной радиально внутри опорной поверхности 3 . Поверхность захвата 5 расположена, например, под большим наклоном в радиальном направлении относительно опорной поверхности 3 или ступенчатая, в любом случае сконфигурирована так, что образуется зазор для захвата смазки 6 , который больше конусности смазочный зазор S.Этот зазор для захвата смазочного материала 6 , который в данном примере имеет форму клина, может собирать смазочный материал, который доступен для образования действительной несущей гидродинамической смазочной пленки, которая создается при работе в смазочном зазоре S. Другими словами, радиально наклонная захватная поверхность 5 имеет скошенную форму и радиально внутренняя по отношению к опорной поверхности 3 вдоль осевого подшипника скольжения 1 . По существу, осевой подшипник скольжения 1 имеет форму кольца с поверхностью захвата 5 радиального качания и опорными поверхностями, охватывающими всю окружность осевого подшипника скольжения 1 .

Теперь обратимся к РИС. 3, в качестве альтернативы или дополнения к захватным поверхностям 5 , осевой подшипник 1 может иметь смазочные канавки 7 , распределенные по окружности и открытые в сторону соответствующей партнерской части подшипника 2 . Такие канавки для смазки 7 , которые соединяют радиально внутреннюю область отверстия подшипника 8 осевого подшипника 1 и радиально внешнюю область 9 осевого подшипника 1 , могут быть равномерно разнесены вдоль окружность упорного подшипника 1 .В отличие от поверхности захвата 5 и опорных поверхностей 3 , канавки для смазки 7 не проходят по всей окружности осевого подшипника скольжения 1 . Если смотреть в окружном направлении, начиная с канавки для смазки 7, , могут быть предусмотрены поверхности захвата смазки 5, , которые заставляют увеличивать смазочный зазор S в окружном направлении. Следует понимать, что окружное направление, которое показано U-образной формой, может иметь другие формы, не выходящие за рамки объема настоящего раскрытия, например, V-образную, C-образную и другие подходящие формы.

Согласно настоящему раскрытию, гидродинамический осевой подшипник скольжения для поддержки осевых сил FA между частями подшипника, вращающимися относительно друг друга, имеющий по меньшей мере одну опорную поверхность, направленную в осевом направлении к одной из частей подшипника, усовершенствован в том виде, в котором он выглядит в радиальном направлении R, по меньшей мере, одна опорная поверхность расположена под наклоном к радиальному направлению R и / или имеет контур, при этом наклон и / или профилирование сконфигурированы так, чтобы образовывать смазочный зазор S, сужающийся в радиальном направлении наружу, между опорная поверхность и соответствующая опорная часть, т.е.е. часть партнера подшипника, в которой опорная поверхность является частью внешней поверхности шатуна, которая взаимодействует, в частности, с поверхностью партнера подшипника части партнера подшипника, например коленчатый вал. В некоторых примерах, дополнительно или альтернативно, опорная поверхность является частью гидродинамического осевого подшипника скольжения.

При таком наклоне / профилировании опорных поверхностей в радиальном направлении опорная поверхность может захватывать жидкую смазку, которая выбрасывается радиально наружу из отверстия подшипника осевого подшипника под действием центробежной силы через увеличенный в радиальном направлении внутрь смазочный зазор S, и переместить его в смазочную щель S, сужаясь радиально наружу.Для этого применения гидродинамический осевой подшипник скольжения в соответствии с настоящим изобретением оказался особенно подходящим при осевом фрикционном контакте между шатуном и коленчатым валом.

Таким образом достигается более надежное наращивание вместе с масляной пленкой с повышенной несущей способностью между движущимися друг к другу поверхностями, то есть опорной поверхностью и соответствующей опорной поверхностью партнерской части подшипника. Было замечено, что таким образом снижается трение и износ в осевом подшипнике согласно настоящему изобретению и в части партнера подшипника.В частности, при небольшом перемещении частей партнера подшипника относительно друг друга смазочная пленка образуется быстрее и при более низкой скорости частей партнера подшипника относительно друг друга.

В конкретном варианте осуществления настоящего раскрытия опорная поверхность, помимо радиального направления, также наклонена и / или имеет контур в окружном направлении, при этом наклон / контур в окружном направлении сконфигурирован для образования смазочного зазора. S, сужающийся в окружном направлении между опорной поверхностью и соответствующей опорной частью.

Кроме того, предлагается, чтобы по меньшей мере одна захватывающая поверхность была расположена рядом с опорной поверхностью в окружном направлении и / или лежала дальше внутрь в радиальном направлении R, для образования зазора захвата смазки. Такая захватывающая поверхность может быть устроена таким образом, что она образует увеличенный зазор напротив опорной части в виде водосборного кармана, в котором смазочный материал собирается во время работы и доступен для образования смазочного зазора, например.г. лежит радиально дальше. Водосборная поверхность соответственно образует значительно больший смазочный зазор S напротив опорной части, чем опорная поверхность.

В другом варианте осуществления угол наклона α опорной поверхности в радиальном направлении R составляет менее 5 °. В одном примере угол наклона α меньше 1 °. Угол захватывающей поверхности 5, может быть больше угла α, как будет описано ниже.

Соответствующий смазочный зазор S, который в соответствии с настоящим изобретением проходит сужаясь наружу в радиальном направлении R по всей окружности подшипника 1 , т.е.е. в виде клина, радиально дальше внутрь целесообразно менее чем на 50 мкм больше, чем в его самом узком месте. В некоторых вариантах осуществления зазор S для смазки может быть на 20-40 мкм дальше в радиальном направлении внутрь больше, чем в его самом узком месте.

В дополнение к вышеупомянутым мерам для гидродинамического осевого подшипника в соответствии с настоящим изобретением может быть подходящим иметь канавки для смазки, открытые по направлению к соответствующей партнерской части подшипника. Эти канавки для смазки служат в первую очередь для обеспечения достаточного количества смазки для образования несущего гидродинамического смазочного зазора S.Во-вторых, канавки для смазки соединяют по текучей среде радиально внутреннюю область отверстия подшипника осевого подшипника с радиально внешней областью осевого подшипника, так что избыток смазки, которая, например, не требуется для образования несущей смазочной пленки, может выходить из точка опоры с минимальным препятствием.

Теперь обратимся к РИС. 4 гидродинамический осевой подшипник скольжения 1 интегрирован в шатун 10 , например двигателя внутреннего сгорания, в котором опорная поверхность 3 является частью внешней поверхности шатуна 10 , в частности, проушины шатуна.В таком случае гидродинамический осевой подшипник скольжения 1 согласно настоящему изобретению особенно предпочтительно используется между шатуном 10 и коленчатым валом 11 .

РИС. 5 показывает схематическое изображение системы автомобиля 56 . Система автомобиля 56 включает систему двигателя 58 . Система 58, двигателя может включать в себя двигатель , 510, , имеющий множество цилиндров , 530, .Двигатель 510 включает в себя воздухозаборник 523 и выхлоп двигателя 525 . Впуск 523 двигателя включает дроссельную заслонку 562 , гидравлически соединенную с впускным коллектором двигателя 544 через впускной канал 542 . Выхлоп двигателя 525 включает в себя выпускной коллектор 548 , ведущий в конечном итоге к выпускному каналу 535 , который направляет выхлопные газы в атмосферу. Дроссель , 562, может быть расположен во впускном канале , 542, после нагнетательного устройства, такого как турбокомпрессор (не показан), и перед доохладителем (не показан).При включении доохладитель может быть сконфигурирован для снижения температуры всасываемого воздуха, сжатого устройством наддува.

Выхлоп двигателя 525 может включать в себя одно или несколько устройств управления выбросами 570 , которые могут быть установлены в закрытом положении в выхлопе. Одно или несколько устройств контроля выбросов могут включать в себя трехкомпонентный катализатор, фильтр бедных NOx, катализатор SCR и т. Д. Выхлоп двигателя 525 может также включать дизельный сажевый фильтр (DPF) 502 , который временно фильтрует PM от поступающих газов. перед устройством контроля выбросов 570 .В одном примере, как показано, DPF 502 представляет собой систему удержания твердых частиц дизельного топлива. DPF 502 может иметь монолитную структуру, например, из кордиерита или карбида кремния, с множеством каналов внутри для фильтрации твердых частиц из выхлопных газов дизельного двигателя. Выхлопной газ из выхлопной трубы, который был отфильтрован от ТЧ, после прохождения через DPF 502 , может быть измерен датчиком ТЧ 506 и далее обработан в устройстве контроля выбросов 570 и удален в атмосферу через выхлопной канал 535 .В изображенном примере датчик 506 PM является резистивным датчиком, который оценивает эффективность фильтрации DPF 502 на основе изменения проводимости, измеренной на электродах датчика PM.

Система транспортного средства 56 может дополнительно включать в себя систему управления 514 . Показана система управления , 514, , принимающая информацию от множества датчиков 516 (различные примеры которых описаны в данном документе) и отправляющие сигналы управления множеству исполнительных механизмов 581 (различные примеры которых описаны в данном документе).В качестве одного из примеров датчики 516 могут включать в себя датчик расхода выхлопных газов 526 , сконфигурированный для измерения расхода выхлопных газов через выхлопной канал 535 , датчик выхлопных газов (расположенный в выхлопном коллекторе 548 ), датчик температуры 528 , датчик давления 529 (расположен за устройством контроля выбросов 570 ) и датчик PM 506 . Другие датчики, такие как дополнительные датчики давления, температуры, соотношения воздух / топливо, расхода выхлопных газов и состава, могут быть подключены к различным местам в системе транспортного средства , 56, .В качестве другого примера исполнительные механизмы могут включать в себя топливные форсунки , 566, , дроссель , 562 , клапаны DPF, которые управляют регенерацией фильтра (не показаны), переключатель электрической цепи и т. Д. Система управления , 514, может включать в себя контроллер 512 . Контроллер , 512, может быть сконфигурирован с машиночитаемыми инструкциями, хранящимися в энергонезависимой памяти. Контроллер 512 принимает сигналы от различных датчиков фиг. 5, обрабатывает сигналы и задействует различные исполнительные механизмы, показанные на фиг.5 для регулировки работы двигателя на основе полученных сигналов и инструкций, хранящихся в памяти контроллера.

На рисунках ниже показан вариант упорного подшипника (например, гидравлический подшипник скольжения 1 ), сконфигурированный как с опорной поверхностью, так и с захватывающей поверхностью. Упорный подшипник дополнительно содержит поверхность для физического соединения с шатуном (например, шатун 10 на фиг.4). По существу, упорный подшипник находится в уплотнительном контакте и прижимается к шатуну и расположен между шатуном и коленчатым валом, как описано ниже.Таким образом, упорный подшипник следует за перемещением шатуна и обеспечивает смазку зазора между контурами упорного подшипника и коленчатого вала.

В одном примере система, содержащая шатун, коленчатый вал и упорный подшипник, расположенный между шатуном и коленчатым валом, при этом упорный подшипник дополнительно содержит больший конус и меньший конус, пересекающие всю окружность упорного подшипника; при этом больший скос скошен менее остро, чем меньший скос.Меньший скос проходит в радиальном направлении меньше, чем большой скос, так что зазор между коленчатым валом и меньшим скосом меньше, чем зазор между коленчатым валом и большим скосом. В частности, больший скос содержит угол, в 20 раз превышающий угол меньшего скоса. Поперечное сечение большего и меньшего скосов параллельно направлению вращения шатуна и коленчатого вала. Другими словами, упорный подшипник имеет форму кольца, причем плоскость кольца параллельна направлению вращения шатуна и коленчатого вала.

Дополнительно или альтернативно, пример системы включает шатун, содержащий упорный подшипник на границе между шатуном и коленчатым валом, и где упорный подшипник имеет форму кольца с большим скосом, расположенным радиально внутри меньшего скоса. , и где большая и меньшая скосы проходят по всей внутренней окружности упорного подшипника. Угол большего скоса менее острый, чем угол меньшего скоса, и где угол большего скоса равен 20 °, а угол меньшего скоса равен 1 °.Угол большего скоса постепенно уменьшается в радиальном направлении наружу к меньшему скосу. Больший скос и меньший скос образуют зазоры между упорным подшипником и коленчатым валом, причем зазор между большим скосом и коленчатым валом больше, чем зазор между меньшим скосом и коленчатым валом. Смазочные канавки проходят в радиальном направлении наружу вдоль больших скосов и. Упорный подшипник физически прикреплен к нижней части шатуна.

Теперь обратимся к РИС.6 показан трехмерный вид 600 нижней части 602 шатуна 606 (например, шатун 10 на фиг.4), соединенного с коленчатым валом 604 (например, коленчатым валом ). 11 на фиг.4). Упорные подшипники 610 и 620 расположены на противоположных сторонах днища 602 шатуна 606 . Как показано, упорные подшипники 610 и 620 имеют круглую форму и окружают отверстия 608 нижней части 602 .Коленчатый вал , 604, содержит стержневые части, проходящие через отверстия 608 . Упорные подшипники 610 и 620 расположены между шатуном 606 и коленчатым валом 604 . Упорные подшипники 610 и 620 физически соединены с нижней частью 602 шатуна 606 посредством сварки, клея, винтов, сплавов и / или других подходящих соединительных элементов. Подшипники 610, и 620 следуют за движением шатуна 606 , когда коленчатый вал 604 приводит в движение поршень двигателя.Ниже описаны геометрические характеристики упорных подшипников 610 и 620 .

Теперь обратимся к РИС. 7, на нем показан вид 700 в разрезе по плоскости A-A ‘сечения на фиг. 6. Таким образом, ранее представленные компоненты могут быть пронумерованы аналогичным образом на последующих фигурах. Как показано, коленчатый вал 604 полностью окружает нижнюю часть 602 шатуна (например, шатун 606 на фиг. 6). Большая часть коленчатого вала 604 проходит в горизонтальном направлении вдоль горизонтальной оси 795 , перпендикулярной вертикальной оси 690 .Упорные подшипники 610 и 620 представляют собой идентичные кольца, противоположно ориентированные относительно вертикальной оси 790 . Подшипник 702 расположен между упорными подшипниками 610 и 620 внизу 602 . Подшипник , 702, может быть физически соединен как с упорными подшипниками , 610, и , 620, , так и с шатуном. Таким образом, все три подшипника могут следовать за движением шатуна, одновременно обеспечивая смазку промежутков между подшипниками и коленчатым валом.В одном примере геометрия подшипника 702 может быть менее сложной, чем у упорных подшипников 610 и 620 , поскольку смазке между подшипником 702 и коленчатым валом 604 может способствовать сила тяжести (направление силы тяжести равно показано стрелкой 799 ). Коленчатый вал 604 и шатун вращаются вокруг горизонтальной оси 795 в направлении, аналогичном направлению стрелки 798 . Таким образом, движение коленчатого вала , 604, и шатуна может быть круглым или эллиптическим.Другие фигурные движения могут быть реализованы без выхода за рамки настоящего раскрытия. Таким образом, упорные подшипники 610 и 620 параллельны направлению движения коленчатого вала 604 и шатуна 606 .

Упорные подшипники 610 и 620 содержат стороны коленчатого вала 712 и 722 , прилегающие к коленчатому валу 604 , соответственно. Таким образом, стороны 711 и 721 соответствуют стороне шатуна упорных подшипников 610 и 620 соответственно.В то время как подшипники 610 и 620 физически соединены с шатуном на сторонах шатуна 711 и 721 , подшипники разнесены от коленчатого вала 604 на сторонах коленчатого вала 712 и 722 . Однако стороны коленчатого вала 712 и 722 могут касаться коленчатого вала 604 при выключенном двигателе, поскольку смазка больше не поступает в зазор между сторонами коленчатого вала 712 и 722 и коленчатым валом 604 .

Большие скосы 714 и 724 расположены вдоль сторон коленчатого вала 712 и 722 , соответственно, и предназначены для обеспечения смазки (например, маслом) из картера или масляной шейки, в одном примере. Большие скосы , 714, и , 724, могут быть по существу равны поверхности захвата 5 , описанной выше. Большие скосы 714 и 724 создают пространство между упорным подшипником 610 и 620 и коленчатым валом 604 соответственно.Во время движения коленчатого вала 604 центробежные силы (перпендикулярные направлению движения 798 ) могут проталкивать смазку (например, масло) в зазор, образованный большими скосами 714 и 724 . Однако большие скосы 714 и 724 могут не обеспечивать достаточной смазки частей упорных подшипников 610 и 620 , прилегающих к коленчатому валу 604 над толстыми линиями 716 и 726 .Например, в условиях, когда осевая нагрузка коленчатого вала 604 превышает пороговую нагрузку, больший скос 714 и / или больший скос 724 не обеспечивают достаточной смазки для предотвращения контакта металла с металлом между упорными подшипниками 610 и / или 620 соответственно и коленчатый вал 604 . Таким образом, меньшие скосы (обозначены жирными линиями 716 и 726 ), например опорные поверхности 3 , описанные выше, вырезаны в упорных подшипниках для обеспечения достаточной смазки даже при осевой нагрузке на коленчатый вал 604 превышает пороговую нагрузку.Здесь толстые линии 716 и 726 также называются меньшими скосами 716 и 726 соответственно. Таким образом, меньшие скосы 716 и 726 обеспечивают смазку частей упорных подшипников 610 и 620 над меньшими скосами, чтобы предотвратить контакт металла с металлом, который скосы большего размера 714 и 724 не может.

В одном примере использование только больших фацетов 714 и 724 может не обеспечить достаточной смазки, а также предотвратить значительное перемещение (например.г., скольжение) коленчатого вала по горизонтальной оси 795 . Таким образом, меньшие скосы 716 и 726 обеспечивают дополнительную смазку между упорным подшипником 610 и 620 , а также уменьшают горизонтальное перемещение коленчатого вала 604 из-за изменения осевых нагрузок.

Обратимся теперь к РИС. 8 показан подробный вид 800 границы раздела 850 между коленчатым валом 604 и упорным подшипником 610 .Упорный подшипник 620 на фиг. 8, однако приведенное ниже описание размера и формы большего скоса 714 и меньшего скоса 716 может применяться к большему скосу 724 и меньшему скосу 726 упорного подшипника 620 . Таким образом, упорный подшипник 620 по существу идентичен упорному подшипнику 610 и может быть зеркальным отображением упорного подшипника 610 .

Детальный вид 800 изображает упорный подшипник 610 с большим скосом 714 и меньшим скосом 716 , создающим два разных острых угла относительно поверхности 860 коленчатого вала 604 рядом с упорным подшипником 610 .Как показано, угол θ ₁ соответствует большему скосу 714 и больше угла α, который соответствует меньшему скосу 716 . В частности, угол θ ₁ в 20 раз больше угла α. Например, угол θ ₁ равен 20 °, а угол α равен 1 °. Таким образом, расстояние между меньшим скосом , 716, и поверхностью , 860, меньше расстояния между большим скосом , 714, и поверхностью , 860, , как будет описано ниже.Следует понимать, что в других примерах углы могут быть ближе или дальше друг от друга, чем в 20 раз. Угол α может быть меньше 5 °. В одном примере угол α равен точно 1 °, а угол θ равен точно 20 °. В одном примере угол большего скоса постепенно уменьшается в радиальном направлении наружу к меньшему скосу. Таким образом, больший скос наклонен в 20 раз больше, чем меньший скос в радиальном месте, удаленном от меньшего скоса, но наклонен менее чем в 20 раз больше (например.g., в пять раз больше) в радиальном месте, проксимальнее меньшего скоса.

Меньший скос 716 позволяет смазывать маслом всю поверхность 712 упорного подшипника 610 , прилегающую к поверхности 860 при вращении коленчатого вала 604 . Таким образом, направление центробежной силы (стрелка 898 ) проталкивает масло через меньший скос 716 и в небольшое пространство между поверхностями 860 и 712 .Хотя поверхности , 860, и , 712, показаны на фиг. 8, поверхности отделены друг от друга при вращении коленчатого вала в масле. Таким образом, если масло не находится между поверхностями , 860, и , 712, , то поверхности могут тереться друг о друга, увеличивая вероятность разрушения (например, растрескивания коленчатого вала). Таким образом, меньший скос 716 обеспечивает достаточное количество масла между поверхностью 860 и 712 во время вращения коленчатого вала, а также ограничивает горизонтальное движение коленчатого вала параллельно горизонтальной оси 795 .

Теперь обратимся к фиг. 9A и 9B, они показывают вид сбоку 900 и вид спереди 950 , соответственно. Вид сбоку , 900, сделан по плоскости разреза B-B ‘на фиг. 6. Аналогичным образом, вид , 950, спереди сделан по плоскости разреза C-C ‘на фиг. 6.

Вид сбоку 900 показывает зазор между поверхностью 860 коленчатого вала 604 и большим 714 и меньшим 716 скосами.Как показано, зазор между поверхностью 860 и коленчатым валом 604 меньше, чем зазор между поверхностью 860 и большим скосом 714 . В одном примере зазор между меньшим скосом 716 и поверхностью 860 составляет 40 мкм или меньше на самом большом расстоянии, в то время как зазор между большим скосом 714 и поверхностью 860 составляет 1600 мкм или меньше на его наибольшее расстояние. Следует понимать, что зазоры могут увеличиваться или уменьшаться в размере, не выходя за рамки объема настоящего раскрытия.

Как показано на фиг. 9В показана половина упорного подшипника 610 . Большой скос 714 больше, чем меньший скос 716 по длине в радиальном направлении, высоте и углу. В частности, меньший скос 716 проходит по всей окружности упорного подшипника 610 , проходя в радиальном направлении на 20-40 мкм. Однако больший скос 714 также проходит по всей окружности упорного подшипника 610 , но в радиальном направлении на 800–1600 мкм.Как показано, больший скос 714 радиально расположен внутри меньшего скоса 716 и является большим клином, чем меньший скос 716 .

Теперь обратимся к РИС. 10 показан метод 1000 для определения того, достаточно ли смазан упорный подшипник. Команды для выполнения способа , 1000, могут выполняться контроллером на основе инструкций, хранящихся в памяти контроллера, и в сочетании с сигналами, полученными от датчиков системы двигателя, таких как датчики, описанные выше со ссылкой на фиг.5. Контроллер может использовать исполнительные механизмы двигателя системы двигателя для регулировки работы двигателя в соответствии со способами, описанными ниже.

Способ 1000 начинается с 1002 , где способ определяет, оценивает и / или измеряет текущие рабочие параметры двигателя. Текущие рабочие параметры двигателя могут быть основаны на одном или нескольких из числа оборотов двигателя, нагрузки двигателя, положения дроссельной заслонки, скорости транспортного средства, температуры двигателя, температуры охлаждающей жидкости и отношения воздух / топливо.

На этапе 1004 метод 1000 включает определение смазки упорного подшипника на основе обратной связи от датчика.Датчик может быть датчиком температуры, звуковым датчиком, датчиком движения и / или датчиком другого типа, подходящим для контроля смазки. Например, если упорный подшипник недостаточно смазан, датчик температуры может обеспечить измерение температуры, превышающей пороговую температуру. В качестве альтернативы, если упорный подшипник недостаточно смазан, аудиодатчик может измерять звук, соответствующий, например, шлифованию металла по металлу. Таким образом, измеряемый звук может быть громче и резче, чем при достаточной смазке упорного подшипника.Кроме того, если датчик движения недостаточно смазан, то датчик движения может измерять движение коленчатого вала, отклоненное от порогового значения. Например, движение может быть медленнее порогового. В качестве альтернативы движение может следовать другой схеме, чем пороговое движение (например, эллиптическое вместо кругового).

По адресу 1006 метод 1000 определяет, достаточно ли смазан упорный подшипник. Если упорный подшипник достаточно смазан (например,g., упорный подшипник не слишком горячий и не слышно отличий от работы с достаточной смазкой), затем метод 1000 переходит к 1008 для поддержания текущих рабочих параметров двигателя. Однако, если упорный подшипник недостаточно смазан, то метод 1000 переходит к 1010 для регулировки рабочих параметров двигателя для предотвращения и / или смягчения деградации коленчатого вала и / или упорного подшипника. Регулировка рабочих параметров двигателя может включать в себя уменьшение скорости вращения двигателя, уменьшение выходной мощности двигателя и / или другие регулировки для уменьшения скорости вращения коленчатого вала для уменьшения трения, возникающего между коленчатым валом и упорным подшипником во время операций недостаточной смазки.

Таким образом, простой в изготовлении подшипник с большими и меньшими скосами для обеспечения смазки между коленчатым валом и упорным подшипником может быть расположен между шатуном и коленчатым валом. Скосы проходят по всей окружности упорного подшипника, причем больший скос находится внутри меньшего скоса. Таким образом, большая кромка направляет смазку к меньшей кромке, которая направляет смазку в зазор между коленчатым валом и упорным подшипником. Технический эффект от использования упорного подшипника с двумя коническими кромками разного размера заключается в обеспечении достаточной смазки между упорным подшипником и коленчатым валом на протяжении всей осевой нагрузки коленчатого вала.Таким образом снижается вероятность повреждения коленчатого вала.

Гидродинамический осевой подшипник скольжения для поддержки осевых сил между частями подшипника, вращающимися друг относительно друга, содержащий по меньшей мере одну опорную поверхность, направленную в осевом направлении в сторону одной из частей подшипника, при этом, если смотреть в радиальном направлении, по меньшей мере, одна поддерживающая Поверхность расположена под наклоном в радиальном направлении, при этом наклон выполнен с возможностью образования зазора для смазки, сужающегося в радиальном направлении наружу, между опорной поверхностью и соответствующей опорной частью, при этом опорная поверхность является частью внешней поверхности шатуна. .Первый пример подшипника также включает в себя то, что опорная поверхность сконфигурирована с наклоном в окружном направлении, при этом наклон в окружном направлении сконфигурирован для образования смазочного зазора, сужающегося в окружном направлении, между опорной поверхностью и соответствующей частью подшипника. . Второй пример подшипника, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно включает в себя, где по меньшей мере одна захватная поверхность расположена рядом с поддерживающей поверхностью в окружном направлении и / или лежит дальше внутрь в радиальном направлении, для образования зазора захвата смазки.Третий пример подшипника, необязательно включающий в себя первый и / или второй примеры, дополнительно включает в себя то, что опорная поверхность является частью внешней поверхности шатуна. Четвертый пример подшипника, необязательно включающий один или несколько примеров с первого по третий, дополнительно включает в себя то, что опорная поверхность имеет угол наклона в радиальном направлении, составляющий менее 5 °. Пятый пример подшипника, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по четвертый, дополнительно включает в себя то, что зазор для смазки проходит радиально внутрь менее чем на 50 мкм больше, чем в его самом узком месте.Шестой пример подшипника, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по пятый, дополнительно включает канавки для смазки, открытые в сторону соответствующей части подшипника. Седьмой пример подшипника, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по шестой, дополнительно включает в себя канавки для смазки, соединяющие по текучей среде радиально внутреннюю область отверстия подшипника осевого подшипника с радиально внешней областью осевого подшипника.

Система, состоящая из шатуна и коленчатого вала, а также упорного подшипника, расположенного между шатуном и коленчатым валом, причем упорный подшипник дополнительно содержит большой скос и меньший скос, пересекающие всю окружность упорного подшипника, причем больший скос наклонен менее остро, чем меньший скос.Первый пример системы дополнительно включает в себя то, что меньший скос проходит в радиальном направлении меньше, чем больший скос. Второй пример системы, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно включает в себя то, что больший скос содержит угол, в 20 раз больший, чем угол меньшего скоса. Третий пример системы, необязательно включающий в себя первый и / или второй примеры, дополнительно включает в себя, где меньший скос соответствует зазору между коленчатым валом и упорным подшипником.Четвертый пример системы, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по третий, дополнительно включает в себя то, что поперечное сечение большего и меньшего скосов параллельно направлению вращения шатуна и коленчатого вала. Пятый пример системы, необязательно включающий один или несколько примеров с первого по четвертый, дополнительно включает в себя смазку с меньшими усилиями при скосе между коленчатым валом и упорным подшипником.

Система, содержащая шатун, содержащий упорный подшипник на границе между шатуном и коленчатым валом, причем упорный подшипник имеет форму кольца с большим скосом, имеющим больший угол, расположенный радиально внутри меньшего скоса с меньшим угол, и где каждый скос полностью проходит по всей внутренней окружности упорного подшипника.Первый пример системы дополнительно включает в себя то, что больший скос наклонен менее остро, чем меньший скос, и где угол большего скоса равен 20 °, а угол меньшего скоса равен 1 °. Второй пример системы, необязательно включающий в себя первый пример, дополнительно включает в себя то, что угол большего скоса постепенно уменьшается в радиальном направлении наружу к меньшему скосу. Третий пример системы, необязательно включающий в себя первый и / или второй примеры, дополнительно включает в себя, где больший и меньший скосы образуют соответственно больший и меньший зазоры между упорным подшипником и коленчатым валом, и где зазор между большим скосом и коленчатый вал больше, чем зазор между меньшим скосом и коленчатым валом.Четвертый пример системы, необязательно включающий в себя один или несколько примеров с первого по третий, дополнительно включает в себя смазочные канавки, проходящие в радиальном направлении наружу вдоль большего и меньшего скосов. Пятый пример системы, необязательно включающий один или несколько примеров с первого по четвертый, дополнительно включает в себя то, что упорный подшипник физически соединен с нижней частью шатуна.

Отметим, что приведенные здесь примерные процедуры управления и оценки могут использоваться с различными конфигурациями двигателя и / или системы транспортного средства.Раскрытые здесь способы и процедуры управления могут храниться в виде исполняемых инструкций в энергонезависимой памяти и могут выполняться системой управления, включая контроллер, в сочетании с различными датчиками, исполнительными механизмами и другим аппаратным обеспечением двигателя. Конкретные процедуры, описанные здесь, могут представлять одну или несколько из любого количества стратегий обработки, таких как управляемая событиями, управляемая прерываниями, многозадачность, многопоточность и т.п. По существу, различные проиллюстрированные действия, операции и / или функции могут выполняться в проиллюстрированной последовательности, параллельно или в некоторых случаях опускаться.Аналогично, порядок обработки не обязательно требуется для достижения характеристик и преимуществ описанных здесь примерных вариантов осуществления, но предоставляется для простоты иллюстрации и описания. Одно или несколько проиллюстрированных действий, операций и / или функций могут выполняться повторно в зависимости от конкретной используемой стратегии. Кроме того, описанные действия, операции и / или функции могут графически представлять код, который должен быть запрограммирован в энергонезависимую память машиночитаемого носителя данных в системе управления двигателем, где описанные действия выполняются путем выполнения инструкций в системе, включающей различные аппаратные компоненты двигателя в сочетании с электронным контроллером.

Следует принять во внимание, что конфигурации и процедуры, раскрытые в данном документе, являются примерными по своей природе, и что эти конкретные варианты осуществления не должны рассматриваться в ограничительном смысле, поскольку возможны многочисленные вариации. Например, описанная выше технология может применяться к двигателям V-6, I-4, I-6, V-12, оппозитным 4 двигателям и другим типам двигателей. Предмет настоящего раскрытия включает в себя все новые и неочевидные комбинации и субкомбинации различных систем и конфигураций, а также другие признаки, функции и / или свойства, раскрытые в данном документе.

В нижеследующей формуле изобретения особо выделяются определенные комбинации и субкомбинации, рассматриваемые как новые и неочевидные. Эти пункты формулы могут относиться к «элементу» или «первому» элементу или их эквиваленту. Следует понимать, что такая формула изобретения включает включение одного или нескольких таких элементов, не требуя и не исключающих два или более таких элементов. Другие комбинации и подкомбинации раскрытых признаков, функций, элементов и / или свойств могут быть заявлены посредством внесения поправок в настоящую формулу изобретения или посредством представления новой формулы изобретения в этой или связанной с ней заявке.Такие формулы изобретения, будь то более широкие, узкие, равные или отличающиеся по объему от исходной формулы изобретения, также считаются включенными в предмет настоящего раскрытия.

Подшипники скольжения и их смазка

Подшипники скольжения или скольжения состоят из вала или шейки, которые свободно вращаются в опорной металлической втулке или кожухе. В этих подшипниках нет тел качения. Их конструкция и конструкция могут быть относительно простыми, но теория и работа этих подшипников могут быть сложными.

В этой статье рассматриваются подшипники скольжения с жидкой пленкой, смазываемые маслом и консистентной смазкой; но сначала краткое описание пальцев и втулок, сухих и полусмазываемых опорных подшипников и подшипников качения.

Тихоходные пальцы и втулки представляют собой форму опорных подшипников, в которых вал или вкладыш, как правило, не совершают полного вращения. Частичное вращение на низкой скорости перед тем, как обычно меняет направление, не позволяет сформировать полную пленку жидкости, и, таким образом, контакт металл-металл действительно происходит внутри подшипника.Пальцы и втулки постоянно работают в режиме граничной смазки.

Эти типы подшипников обычно смазываются консистентной смазкой с противозадирными присадками (EP), которая помогает выдерживать нагрузку. Твердый дисульфид молибдена (молибден) включен в консистентную смазку для повышения несущей способности смазки.

Во многих приложениях для наружного строительства и горнодобывающего оборудования используются пальцы и втулки. Следовательно, ударные нагрузки и загрязнение водой и грязью часто являются основными факторами их смазки.

Рис. 1. Радиальное кольцо Кингсбери
и упорный подшипник

Сухие опорные подшипники состоят из вала, вращающегося в сухой втулке, обычно из полимера, который может быть смешан с твердыми частицами, такими как молибден, графит, ПТФЭ или нейлон.

Эти подшипники предназначены только для приложений с низкой нагрузкой и низкой поверхностной скоростью. Полусмазываемые опорные подшипники состоят из вала, вращающегося в пористой металлической втулке из спеченной бронзы или алюминия, в которой смазочное масло содержится в порах пористого металла.Эти подшипники рассчитаны на низкие нагрузки, скорость от низкой до средней и температуру до 100 ° C (210 ° F).

Подшипники с поворотными подушками или поворотными башмаками состоят из вала, вращающегося внутри корпуса, состоящего из изогнутых подушек. Каждая колодка может поворачиваться независимо и совпадать с кривизной вала. Схема подшипника с наклонной подушкой представлена ​​на рисунке 1.

Преимущество этой конструкции заключается в более точном совмещении опорной оболочки с вращающимся валом и повышении устойчивости вала. ¹

Подшипники скольжения включают подшипники скольжения, скольжения, вкладыши и баббитовые подшипники. Термин баббит на самом деле относится к слоям более мягких металлов (свинец, олово и медь), которые образуют металлическую контактную поверхность вкладыша подшипника. Эти более мягкие металлы накладываются на более прочную стальную опорную оболочку и необходимы для защиты оболочки от более твердого вращающегося вала.

Простые опорные подшипники скольжения воспринимают только радиальную нагрузку, перпендикулярную валу, как правило, из-за веса или нагрузки вала, направленной вниз.Осевые или осевые нагрузки вдоль оси вала также могут восприниматься опорными подшипниками, предназначенными для этой цели. На рис. 1 показан подшипник с наклонной подушкой, способный воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки.

Рис. 2. Слои конструкции подшипников скольжения

Подшипники скольжения работают в граничном режиме (контакт металл-металл) только во время пуска и останова оборудования, когда частота вращения вала (шейки) недостаточна для создания масляной пленки.Именно во время пуска и останова происходит почти полное повреждение подшипника. ²

Гидростатическая подъемная сила, создаваемая подачей масла под внешним давлением, может использоваться для смещения больших тяжелых цапф перед запуском (вращение вала) для предотвращения такого типа повреждений. Во время нормальной работы вал вращается с достаточной скоростью, чтобы протолкнуть масло между соответствующими изогнутыми поверхностями вала и кожуха, тем самым создавая масляный клин и гидродинамическую масляную пленку.

Эта полностью гидродинамическая пленка жидкости позволяет этим подшипникам выдерживать чрезвычайно тяжелые нагрузки и работать с высокими частотами вращения.Обычные скорости на поверхности от 175 до 250 метров в секунду (от 30 000 до 50 000 футов в минуту). Температуры часто ограничиваются используемым смазочным материалом, так как свинцово-оловянный баббит может достигать температуры 150 ° C (300 ° F).

Важно понимать, что вращающийся вал не центрируется в вкладыши подшипника при нормальной работе. Это расстояние смещения называется эксцентриситетом подшипника и создает уникальное место для минимальной толщины масляной пленки, как показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Движение вала при запуске

Обычно минимальная толщина масляной пленки также является динамическим рабочим зазором подшипника. Знание толщины масляной пленки или динамических зазоров также полезно при определении требований к фильтрации и чистоте поверхности металла.

Обычно минимальная толщина масляной пленки в зоне нагрузки во время работы составляет от 1,0 до 300 микрон, но значения от 5 до 75 микрон чаще встречаются в промышленном оборудовании среднего размера.Толщина пленки будет больше в оборудовании с валом большего диаметра.

Лица, которым требуется более точное значение, должны получить информацию о числе Зоммерфельда и числе Рейнольдса. Более подробное обсуждение этих расчетов выходит за рамки данной статьи. Обратите внимание, что эти значения значительно превышают значения в один микрон, встречающиеся в подшипниках качения.

Давления, возникающие в зоне контакта опорных подшипников, значительно меньше, чем в подшипниках качения.Это происходит из-за большей площади контакта, создаваемой соответствующими (схожей кривизной) поверхностями шейки и оболочки.

Среднее давление в зоне нагрузки опорного подшипника определяется силой на единицу площади или, в данном случае, весом или нагрузкой, поддерживаемой подшипником, деленными на приблизительную площадь нагрузки подшипника (диаметр подшипника, умноженный на длину опоры). несущий). В большинстве промышленных приложений эти значения находятся в диапазоне от 690 до 2070 кПа (от 100 до 300 фунтов на кв. Дюйм).

При таком низком давлении вязкость масла в зоне контакта подшипника практически не увеличивается из-за давления. Подшипники автомобильных поршневых двигателей и некоторые сильно нагруженные промышленные применения могут иметь среднее давление от 20,7 до 35 МПа (от 3000 до 5000 фунтов на квадратный дюйм). При таких уровнях давления вязкость может немного увеличиться. Максимальное давление, с которым сталкивается подшипник, обычно примерно вдвое превышает среднее значение, до максимального примерно 70 МПа (10 000 фунтов на квадратный дюйм).

Масляный вихрь – это явление, которое может возникать в высокоскоростных подшипниках скольжения, когда положение вала внутри корпуса становится нестабильным, и вал продолжает менять свое положение во время нормальной работы из-за сил жидкости, создаваемых внутри подшипника.Масляный завихрение можно уменьшить, увеличив нагрузку или изменив вязкость, температуру или давление масла в подшипнике.

Постоянное решение может включать новый подшипник с другим зазором или другой конструкцией. Масляный выброс возникает, когда частота масляного вихря совпадает с собственной частотой системы. Результатом может стать катастрофический отказ. ³

Смазка маслом

Масла используются в опорных подшипниках, когда требуется охлаждение или необходимо смыть загрязнения или мусор с подшипника.Высокоскоростные опорные подшипники всегда смазываются маслом, а не консистентной смазкой. Масло подается в подшипник либо системой масляного насоса под давлением, либо масляным кольцом, либо манжетой, либо фитилем. Канавки вкладыша подшипника используются для распределения масла по поверхностям подшипников.

Требуемый класс вязкости зависит от частоты вращения подшипника, температуры масла и нагрузки. Скорость подшипника часто измеряется строго по оборотам вала в минуту, без учета поверхностной скорости вала, согласно значениям «nd _m », рассчитанным для подшипников качения.В таблице 1 приведены общие рекомендации по выбору правильного класса вязкости по ISO.

Указанный номер класса ISO является предпочтительным для диапазона скорости и температуры. Масла классов ISO 68 и 100 обычно используются в помещениях с подогревом, а масла класса 32 используются для высокоскоростных (10 000 об / мин) агрегатов и некоторых наружных низкотемпературных применений.

Обратите внимание на таблицу, что чем выше частота вращения подшипника, тем ниже требуемая вязкость масла; и чем выше рабочая температура агрегата, тем выше требуемая вязкость масла.Если возможна вибрация или незначительная ударная нагрузка, следует рассмотреть более высокий сорт масла, чем тот, который указан в Таблице 1.

Скорость подшипника	Температура подшипника / масла (° C)
(об / мин)	От 0 до 50	60	75	90
От 300 до 1500	–	68	От 100 до 150	–
~ 1,800	32	32 по 46	68 к 100	100
~ 3,600	32	32	46 по 68	68 к 100
~ 10 000	32	32	32	32 по 46

Таблица 1.Выбор класса вязкости по ISO

опорного подшипника

Другой метод определения надлежащей степени вязкости – применение критериев минимальной и оптимальной вязкости к графику зависимости вязкости от температуры. Общепринятая минимальная вязкость масла при рабочей температуре для подшипников скольжения составляет 13 сСт, хотя в некоторых конструкциях допускается использование масла толщиной от 7 до 8 сСт при рабочей температуре.

Оптимальная вязкость при рабочей температуре составляет от 22 до 35 сСт для подшипников с умеренной скоростью вращения, если не происходит ударных нагрузок.Оптимальная вязкость может достигать 95 сСт для низкоскоростных, сильно нагруженных или ударно нагруженных подшипников скольжения.

Использование этого метода требует определенных знаний о температуре масла в подшипнике в рабочих условиях, которую бывает сложно определить. К счастью, точная температура масла не требуется для большинства определений вязкости. Обычно определяют температуру внешней поверхности труб, по которым масло подается к подшипнику и от него.

Температура масла внутри труб обычно выше (от 5 до 10 ° C, от 10 до 18 ° F), чем на внешней металлической поверхности трубы.Температуру масла внутри подшипника можно принять как среднее значение температуры масла на входе и температуры на выходе из подшипника. ⁴

Третий, более сложный метод – это расчет вязкости масла, необходимой для получения удовлетворительной толщины масляной пленки. Лица, желающие узнать больше об этом методе, должны искать информацию относительно уравнения Зоммерфельда и либо коэффициентов эксцентриситета, либо чисел Рейнольдса. ⁴

Если выбранное масло имеет слишком низкую вязкость, из-за недостаточной толщины пленки будет выделяться тепло, и произойдет некоторый контакт металла с металлом.Если масло имеет слишком высокую вязкость, снова будет выделяться тепло, но из-за внутреннего жидкостного трения, создаваемого внутри масла. Выбор масла слишком высокой вязкости также может увеличить вероятность кавитации.

Зоны высокого и низкого давления, которые создаются в масле с каждой стороны зоны минимальной толщины пленки, могут вызвать кавитацию масла в этих подшипниках. Кавитация – это результат расширения растворенного воздуха или пара (воды или топлива) в зоне низкого давления подшипника.

Образовавшийся пузырь лопается, вызывая повреждение при прохождении через часть подшипника, находящуюся под высоким давлением. Если схлопывание или схлопывание пузырька пара происходит рядом с поверхностью металла, это может вызвать кавитационное точечное повреждение металла. Если взрыв пузыря происходит внутри масла, может возникнуть микрогорячее пятно или микродизель, что может привести к покрытию лаком внутри системы.

Обычно в маслах, используемых в этих областях, используется система присадок, ингибирующих ржавчину и окисление (R&O).Также могут присутствовать антипенные добавки и присадки, понижающие температуру застывания. Противоизносные (AW) гидравлические масла также могут использоваться, если не превышается предел высокой температуры цинкового компонента AW и не присутствует избыточное количество воды.

Масла R&O, как правило, обладают лучшими характеристиками водоотделения, что является полезным, а свойства гидравлического масла AW могут быть полезными только во время пуска и останова, при условии, что подшипник работает должным образом.

Консистентная смазка

Консистентная смазка используется для смазки опорных подшипников, когда охлаждение подшипника не имеет значения, как правило, если подшипник работает на относительно низких скоростях.Смазка также полезна, если возникает ударная нагрузка или если подшипник часто запускается и останавливается или меняет направление.

Консистентная смазка почти всегда используется для смазки пальцев и втулок, поскольку она обеспечивает более густую смазку, чем масло, для выдерживания статических нагрузок и защиты от вибрации и ударных нагрузок, которые являются обычными для многих из этих применений.

Литиевое мыло или загустители на основе литиевого комплекса являются наиболее распространенными загустителями, используемыми в консистентных смазках, и отлично подходят для большинства применений в подшипниках скольжения.Используемая консистентная смазка обычно относится к классу № 2 по NLGI с вязкостью базового масла приблизительно от 150 до 220 сСт при 40 ° C.

Консистентные смазки для низкоскоростных, высоконагруженных и высоких температур, а также для пальцев и втулок могут использовать базовое масло с более высокой вязкостью и содержать противозадирные и твердые присадки. Консистентные смазки для повышения водостойкости могут быть изготовлены на основе более тяжелых базовых масел, различных загустителей и специальных составов присадок.

Консистентные смазки для лучшего нанесения при низких температурах могут включать базовое масло с более низкой вязкостью, произведенное в соответствии со спецификацией NLGI # 1.Подшипники, смазываемые централизованными системами подачи консистентной смазки, обычно используют консистентную смазку №1, 0 или 00.

Кажущаяся вязкость консистентной смазки изменяется в зависимости от сдвига (давления, нагрузки и скорости), то есть консистентные смазки являются неньютоновскими или тиксотропными. Внутри вращающегося опорного подшипника, поскольку подшипник вращается быстрее (увеличивается скорость сдвига), кажущаяся вязкость консистентной смазки уменьшается и приближается к вязкости базового масла, используемого в консистентной смазке.

На обоих концах вкладыша подшипника давление ниже, поэтому кажущаяся вязкость остается выше.Образовавшаяся более густая смазка на концах подшипников действует как встроенное уплотнение, уменьшая проникновение загрязняющих веществ.

Процедуры смазки

Процедуры смазки подшипников скольжения, пальцев и втулок не так четко определены и не столь критичны, как для подшипников качения, поскольку смазка не подвергается перемешиванию, создаваемому телами качения.

Объем впрыскиваемой смазки и частота нанесения больше зависят от метода проб и ошибок.Как правило, большинство опорных подшипников нельзя чрезмерно смазывать. Необходимо соблюдать осторожность при нагнетании смазки в подшипник с уплотнениями, чтобы они не были повреждены или смещены под действием силы и объема поступающей смазки.

Суровые условия окружающей среды, ударные нагрузки и особенно рабочая температура будут основными факторами при определении частоты повторного смазывания.

Подшипники скольжения обычно имеют более простую конструкцию и их не так сложно смазывать, как подшипники качения.Соответствующая вязкость, соответствующая условиям эксплуатации, и чистая и сухая смазка обычно достаточны для образования полностью жидкой смазочной пленки и обеспечения длительного срока службы подшипников.

Список литературы

1. Стрекер, Уильям. «Поиск и устранение неисправностей в упорных подшипниках качения». Machinery Lubrication, журнал , март-апрель 2004 г.

2. Стрекер, Уильям. «Анализ отказов подшипников скольжения.» Machinery Lubrication, журнал , июль-август 2004 г.

3. Берри, Джеймс. «Неустойчивость масляного вихря и хлыста в подшипниках скольжения». Machinery Lubrication, журнал , май-июнь 2005 г.

4. Справочник по трибологии . Глава 61, Конструкция и анализ подшипников скольжения. Хонсари, М. CRC Press, 1997.

Примечание редактора:
Отдельные части этой статьи были ранее опубликованы в Разделе Альберты Общества трибологов и инженеров по смазочным материалам (STLE), Basic Handbook of Lubrication , Second Edition, 2003.

Что такое втулка? Взгляд на этот тип подшипника скольжения (он же подшипник скольжения)

Подшипник скольжения, также известный как втулка, представляет собой механический элемент, используемый для уменьшения трения между вращающимися валами и неподвижными опорными элементами. Обычно втулка состоит из мягкого металла или пластика и масляной пленки, которая поддерживает вращающийся вал на закаленной шейке вала.Подшипники скольжения используются в основном в оборудовании с вращающимся или скользящим валом. Подшипники скольжения, также называемые опорными подшипниками, подшипниками скольжения или подшипниками скольжения, не имеют тел качения. Некоторые из них сделаны из относительно мягкого металла, например, из баббита, для защиты шейки вала. Они также изготавливаются из других материалов, в зависимости от области применения и требований к нагрузке. Другие втулки могут использоваться для центровки при сверлении.

Пример простых резиновых втулок.

Изображение предоставлено: Томас А. Казерта

Типы подшипников скольжения

Видео о типах подшипников скольжения

Гидродинамические подшипники скольжения и шарнирные опоры

Обычно подшипники скольжения используются для поддержки коленчатого вала двигателя, такого как показанный справа. Показанные сильно отполированные поверхности поковки представляют собой шейки как коренных подшипников, так и подшипников шатуна. Сами коренные подшипники устанавливаются в картер.Коренные подшипники выполнены в виде нижнего и верхнего вкладыша. Они устанавливаются в обработанные части отливки картера, как показано на фото слева. Подшипники главного двигателя работают в основном в так называемом гидродинамическом режиме, что означает, что в нормальных условиях шейки и подшипники разделены масляным клином, образующимся при вращении вала. Масло закачивается в подшипник через питающие отверстия, которые распределяют масло по коренным и шатунным подшипникам. Подшипники скольжения используются в крупных промышленных турбомашинах, таких как компрессоры и турбины.Многие подшипники в этом оборудовании являются гидростатическими, что означает, что вал может поддерживаться масляной пленкой, даже когда он не вращается. Иногда подшипники сегментированы, как показано справа, а иногда подшипники могут наклоняться, чтобы подавить явление, известное как завихрение вала или биение. Обычная форма подшипников качения используется в качестве упорных подшипников на больших турбомашинах. Обычно поверхности таких подшипников облицованы баббитом. Баббит – это относительно мягкий белый металл, который поддерживает смазку жидкой пленки, обеспечивая мягкую поверхность при контакте с закаленной шейкой вала.Подшипники автомобильных двигателей часто облицованы бронзой. Подшипники скольжения этих больших размеров часто имеют разъемную конструкцию, аналогичную коренным подшипникам двигателя, что позволяет снимать большие роторы для обслуживания.

Подшипник скольжения

Хотя в принципе они похожи на гидродинамические подшипники скольжения и подшипники скольжения с баббитом, подшипники скольжения также используются для линейного движения с почти такой же частотой, как они используются для вращательного движения. Термины «подшипник» и «втулка» используются как синонимы для описания этих элементов машины.И хотя гидродинамические подшипники скольжения и подшипники скольжения с баббитом часто представляют собой довольно сложную систему с системами смазки и т. Д., Подшипники скольжения могут быть относительно простыми запрессовываемыми устройствами, используемыми для множества применений, от втулок направляющих столбов до подшипников качения. Подшипники скольжения часто изготавливаются из подшипниковой бронзы, спеченной или литой, и иногда заполняются пробками смазки, например графитом, как и в подшипниках слева. Для подшипников скольжения также популярны различные пластмассы. Подшипники скольжения предлагаются в двух основных типах: цилиндрическая версия с гладкой поверхностью, запрессованная заподлицо с компонентом, и фланцевое исполнение, которое возвышается над компонентом, в которое он запрессован, и обеспечивает опорную поверхность для осевых нагрузок.Некоторые производители называют первый тип подшипниками скольжения, а второй – фланцевыми.

Сферические подшипники

Сферические подшипники допускают угловое вращение между рычажными механизмами, рычагами управления и т. Д. Они отличаются от сферических роликоподшипников, которые представляют собой подшипники качения, относящиеся к семейству «Подшипники». Как правило, для сферических подшипников сферическое внутреннее кольцо вращается под углом в определенных пределах в наружном кольце, в то время как консистентная смазка, ПТФЭ и т. Д. Обеспечивают смазочный слой между поверхностями скольжения.В очень сложных приложениях, таких как тяги управления в аэрокосмической отрасли, маленькие шарики подшипников катятся между внутренним и внешним кольцами, обеспечивая движение с очень низким коэффициентом трения. Сферические подшипники не предназначены для управления вращением как таковым, хотя часто, когда рычаги перемещаются через свой диапазон, соединенные части вращаются и перемещаются под углом друг к другу. Возможно, наиболее распространенное применение сферических подшипников – это концы шатунов.

Втулки кондуктора

Втулки кондуктора обеспечивают направление сверления во время операций точного сверления металла и обычно доступны как отдельные детали с запрессовкой или как состоящие из двух частей возобновляемые компоненты, в которых используются сменные вкладыши.Втулки такого типа служат больше для направляющих, чем для поддержки, и часто изготавливаются из более твердых сталей, чем втулки, предназначенные для работы в качестве подшипников. Обычно они имеют очень жесткие допуски для поддержания точности, необходимой для операций механической обработки.

Втулки и подшипники – Области применения и отрасли промышленности

В отличие от подшипников качения, которые рассчитаны на конечный срок службы, подшипники скольжения, рассчитанные на полную жидкостную смазку, теоретически способны работать неограниченно долго и используются в очень критических приложениях, где отказ подшипников может иметь серьезные последствия.Примеры включают в себя многие из десятков видов турбомашин, таких как паровые турбины электростанций, компрессоры, работающие в критических трубопроводах и т. Д. Подшипники скольжения также часто используются в низкоскоростных валах, таких как гребные валы судов. Как уже упоминалось, они используются почти исключительно в двигателях. Подшипники скольжения также превосходны на другом конце спектра из-за их низкой стоимости и простоты, а также хорошо подходят для приложений с прерывистым движением и, конечно же, для линейного движения.Для этих подшипников материалы играют широкую роль и могут варьироваться от спеченной бронзы, пропитанной маслом, до конструкций из термопластов, способных работать всухую с использованием встроенных смазочных материалов. Последние часто применяются в пищевой промышленности, где смазочные материалы не должны попадать в продукты. Подшипники скольжения часто отливают из бронзы или прессуют из металлического порошка и пропитывают маслом, которое обеспечивает пленочную смазку. Пластиковые подшипники из нейлона, ПТФЭ, веспеля и т. Д. Доступны там, где прочность и характеристики металлических подшипников не требуются.

Рекомендации

Конструкция гидродинамических опорных подшипников учитывает вязкость масел, толщину масляной пленки, коэффициенты трения, расход масла, утечки масла и т. Д., А также параметры нагрузки на вал и скорости вращения. Таким образом, конструкция гидродинамического подшипника скольжения в значительной степени зависит от производителей подшипников скольжения, которые часто поставляют подшипники скольжения в виде корпусных узлов с уплотнениями и смазкой. Смазка маслом часто обеспечивается с помощью маслосъемных колец.Подшипники скольжения подбираются с учетом давления и скорости, которые вместе определяют так называемый предел PV. Это представляет собой верхний предел комбинированного давления и скорости для данного материала втулки. Подшипник рассчитан на работу ниже этого порога. Расчет включает проектирование площади подшипника на основе его внутреннего радиуса и длины. Некоторые производители определяют максимальные нагрузки и скорости для своих индивидуальных размеров подшипников скольжения, избавляя проектировщиков от необходимости их рассчитывать.Установка подшипников скольжения имеет решающее значение, поскольку для сохранения целостности подшипников обычно используются прессовые посадки. Вдавливание подшипника на место может исказить геометрию отверстия и вызвать проблемы с формированием профиля пленки жидкости, что приведет к быстрому износу подшипника. Производители подшипников скольжения могут предложить рекомендации по выбору посадок для обеспечения правильной работы подшипников. Некоторые подшипники также требуют обкатки, особенно некоторые из так называемых пластмассовых подшипников с сухим ходом. Нарезание канавок подшипников часто выполняется для добавления карманов для удержания смазки для подшипников, которые работают со скоростями, близкими к гидродинамическому режиму.Многие стандартные рисунки канавок могут быть обработаны в стандартных подшипниках, и эти рисунки варьируются от очень простых круговых, прямых или петлевых разрезов до сложных комбинаций и кратных этих простых форм. Сферические подшипники выбираются исходя из допустимых нагрузок и углов перекоса. Втулки кондуктора больше заботятся о точности, чем о нагрузке, и обычно выбираются на основе этих параметров.

Важные атрибуты

Предполагаемое применение втулочного подшипника

Поскольку многие подшипники скольжения предназначены для конкретных применений (например, подшипники двигателя), предполагаемое применение может быть хорошим признаком для поиска подшипников, подходящих для конкретных нужд.С другой стороны, многие подшипники скольжения являются универсальными, подходящими для различных применений подшипников, и в этом случае поиск по геометрии, материалу и т. Д. Может дать лучшие результаты.

Тип подшипника

Если вы ищете сферические подшипники, то здесь вы можете их выбрать. Аналогичным образом, выбор кондуктора вернет втулки такого типа. Выбор втулки или шейки в качестве типа может дать почти идентичные результаты, поскольку различие между подшипниками скольжения и подшипниками скольжения не обязательно является отраслевой практикой.Действительно, втулки скольжения, подшипники скольжения, подшипники скольжения и т. Д. Могут означать примерно одно и то же. Лучшим выбором для выбора опорного подшипника из разновидности полножидкостной пленки является выбор материала из материала Babbitt (см. Ниже), который вернет поставщиков гидродинамических подшипниковых узлов.

Типы материалов втулки

Выбор материалов для подшипников скольжения намного шире, чем для шариковых и роликовых подшипников из-за необходимости найти материал, который может поддерживать развитие масляной пленки, обеспечивать основания, более мягкие, чем шейки вала, обеспечивать пористые структуры, удерживающие и выделяющие масла и т. Д.Нагрузка и скорость играют большую роль в выборе материалов, как и условия окружающей среды. Пластиковые втулки, работающие всухую, используются в фармацевтической и пищевой упаковке, где масло и металл считаются потенциально опасными, если они могут загрязнять продукты. Дерево иногда можно использовать в морских приложениях, где вода служит смазкой, а не маслом. Баббит – традиционный материал для гидродинамических подшипников, используемых в турбомашинах. Материалы для подшипников скольжения часто состоят из сплавов бронзы, включая алюминиевый никель, фосфор, кремний и т. Д., которые удовлетворяют различным требованиям к смазке и устойчивости.

Процесс изготовления

Многие подшипники из баббита скольжения производятся методом центробежного литья. Цельнолитые штанги часто используются для обработки бронзовых подшипников. Металлический спеченный порошок – еще один популярный метод изготовления подшипников из бронзы, пропитанной маслом.

Категории связанных продуктов

• Валы (валы) – это механические компоненты, обычно металлические, которые обычно вращаются в осевом направлении для передачи движения.
• Консистентные смазки – это полутвердые смеси смазочных материалов и загустителей, которые обычно изготавливаются из минералов и мыла для получения более высокой вязкости, чем масло, и используются для предотвращения износа контактных поверхностей.
• Смазочное масло – скользкая и вязкая жидкость, состоящая из любого из множества минеральных, растительных, животных или синтетических веществ. Часто для смазки используется смесь газообразных, жидких и твердых углеводородов. Он также доступен в синтетической и съедобной формах.
• Подшипники – это механические узлы, состоящие из тел качения и обычно внутренних и внешних дорожек качения, которые используются для вращающихся или линейных валов.

Подшипник скольжения (подшипник скольжения) – сводка

В этой статье представлены общие сведения о подшипниках скольжения. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу Thomas Supplier Discovery Platform, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах.

ресурса

1. http://www.kingsbury.com/index.shtml
2. http://www.aera.org/engine-professional/avoiding-failure/
3. http://www.mae.ncsu.edu/
4. http://products.oiles.com/category/industrial-bearings
5. http://www.radialbearing.com/engdata.html
6. http://catalog.buntingbearings.com/Asset/Drilling-Graphiting.pdf
7. http://www.copper.org
8. http://www.bsahome.org/default.aspx
9. https: // блог.emersonbearing.com/blog/bearings-in-the-food-processing-packaging-industry

Подшипники прочие изделия

Прочие «виды» изделий

Другие товары из категории Машины, инструменты и расходные материалы

Подшипники скольжения | Mein Autolexikon

Функция Подшипники скольжения поддерживают и направляют движущиеся компоненты внутри двигателя. Их основная цель – облегчить вращение этих компонентов практически без износа. Подшипники скольжения состоят из одного …

Функция

Функция Подшипники скольжения поддерживают и направляют движущиеся компоненты внутри двигателя.Их основная цель – облегчить вращение этих компонентов практически без износа. Подшипники скольжения состоят из одной или двух вкладышей подшипников, которые прочно зафиксированы в гнезде подшипника. Вкладыши подшипников охватывают вращающийся вал на шейках подшипников. Моторное масло подается в подшипник скольжения через отверстие. При нормальной работе двигателя вал практически проходит над масляной пленкой, не касаясь вкладыша подшипника.

Подшипники скольжения поглощают осевые и радиальные силы, перенаправляя их на корпус подшипника.Подшипники скольжения используются как для вращающихся валов:

Они также выполняют важную задачу по поглощению и заделке абразивного материала. Это истирание происходит при нормальной работе двигателя. Он принимает форму крошечных металлических частиц, которые слишком малы для захвата масляным фильтром, но достаточно велики, чтобы вызвать повышенный износ, если они не заделаны. Эта ключевая функция подшипника скольжения, обеспечивающая плавный ход и работу двигателя с низким уровнем износа, требует особой конструкции.

Безопасность

Безопасность Подшипники скольжения необходимы для безопасной работы и длительного срока службы двигателя. Повреждение подшипников скольжения, называемое в этом контексте экспертами «фреттингом», может вызвать внезапную остановку двигателя. В некоторых дорожных ситуациях это может увеличить риск аварии.

Амортизация

Амортизация Подшипники двигателя рассчитаны на срок службы двигателя. Однако существует множество факторов, которые могут вызвать преждевременный выход из строя подшипников скольжения.К ним относятся использование

• некачественного или отработанного масла
• грязи в масле или топливе
• вода в масле
• Масляное голодание

Подшипники скольжения также могут быть повреждены масляным голоданием. Масляное голодание может быть вызвано неисправностью или утечкой масляного насоса, например, неисправностью клапана ограничения давления, утечкой в ​​системе маслопроводов, слишком малым количеством масла или слишком резким наклоном автомобиля.