Эксплуатация подшипников качения


В. А. Сидоров, А. Л. Сотников







ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ




Монография



















Москва Вологда « Инфра-Инженерия»

2022

УДК 621.822.6
ББК 34.500.1
С34

              Рекомендовано к печати ученым советом ГВУЗ «Донецкий национальный технический университет», протокол № 5 от 21.06.2013 г.




Рецензенты:
                  доктор технических наук, профессор
Донецкого национального технического университета В. В. Гусев;
                  доктор технических наук, профессор
Донецкого национального технического университета О. Е. Шабаев; доктор технических наук, профессор
Приазовского государственного технического университета В. Г. Артюх

    Сидоров, В. А.

С34 Эксплуатация подшипников качения : монография / В. А. Сидоров, А. Л. Сотников. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2022. - 136 с. : ил., табл.

           ISBN 978-5-9729-0839-4


     Рассмотрен ряд основных вопросов, связанных с эксплуатацией подшипников качения. Освещены вопросы входного контроля, сборки и разборки подшипников. Выполнен анализ задач, возникающих при использовании пластичных и жидких смазочных материалов. Приведены общие правила ухода и надзора за подшипниками качения, включая вопросы технического диагностирования. Предложена классификация повреждений подшипников качения для решения задач генезиса и определения причин неисправностей промышленного оборудования на основании визуального осмотра деталей подшипников. Установлены основные причины повреждений подшипников при нарушении их смазывания.
     Для инженерно-технических работников эксплуатационных и ремонтных служб промышленных предприятий, монтажных и сервисных организаций, а также для студентов, обучающихся по направлениям «Машиностроение» и «Инженерная механика».


УДК 621.822.6
ББК 34.500.1





ISBN 978-5-9729-0839-4

     © Сидоров В. А., Сотников А. Л., 2022
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2022
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2022

            ВВЕДЕНИЕ



    Среди узлов механического оборудования подшипники качения следует выделить особо. Назначение данного узла - обеспечение вращения различных валов и осей относительно неподвижных корпусных деталей оборудования с минимальным коэффициентом трения. Относительно простая конструкция подшипника качения предъявляет целый ряд требований к качеству изготовления деталей подшипника и его монтажу, обеспечивающих длительную безотказную работу, как подшипника, так и оборудования в целом. Срок службы подшипников должен быть сопоставим с общим сроком службы механического оборудования. Однако ряд факторов, среди которых качество и точность изготовления деталей подшипников, правильность выбора подшипников под конкретные режимы и условия работы, соблюдение технологии сборки, монтажа и обслуживания подшипников, могут приводить к ситуациям, когда необходимо производить регулярные замены подшипников до выработки ими своего расчётного срока службы. Что в принципе недопустимо. Для предупреждения таких ситуаций и предназначен научно-технический материал, представленный в данной книге.
    Перед сборкой подшипниковых узлов оборудования следует оценить качество изготовления или восстановления подшипников. Используемые для этого методы виброметрии позволяют получить комплексную оценку и являются основными в операциях по входному контролю подшипников качения. Следующая проблема связана с правильной сборкой подшипниковых узлов. Как правило, качественной сборке предшествует технически грамотно проведенные работы по разборке подшипниковых узлов без повреждений посадочных мест под подшипники. На первом месте в данном случае выступают не только технологии, но и применяемые инструменты и приспособления.
    Основа длительной работы подшипникового узла заключается в качественном смазывании, включая правильный выбор смазочного материала и режима смазывания, а также контроль качества применяемой смазки. Качественное техническое обслуживание подшипниковых узлов требует знания их фактического технического состояния. Определить состояние подшипниковых узлов без разборки помогают методы технического диагностирования. Данные методы позволяют определить отклонения в сложных физических и химических процессах, происходящих в подшипниках качения.
    Наглядную картину процессов износа можно увидеть, разобрав подшипник качения. Приведенная классификация повреждений подшипников качения предназначена для определения, при внешнем осмотре деталей подшипников, причин повреждений и необходимых дополнительных ремонтных воздействий по восстановлению их работоспособного состояния.
    В книге рассмотрен ряд основных вопросов, связанных с эксплуатацией подшипников качения, что явилось обобщением опыта работы на промышленных предприятиях. Авторы не претендуют на полноту рассмотрения всех вопросов, связанных с эксплуатацией подшипников. Основная цель книги - обобще

3

ние известных неизменных правил, дополнение практикой решения задач генезиса - определения причин повреждений механического оборудования и стремление заинтересовать механиков изучением вопросов повышения безотказности работы подшипников качения и соответственно механического оборудования.
    Авторы будут признательны всем, кто выскажет свои замечания и пожелания по улучшению и расширению представленных материалов.

4

            РАЗДЕЛ 1


            ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДШИПНИКАХ КАЧЕНИЯ


    Подшипники качения используются в качестве опор механического оборудования чаще, чем подшипники других типов.
    Основа длительной эксплуатации подшипников качения заключается в правильном выборе типа подшипника для конкретных режимов и условий работы подшипниковых узлов оборудования. При этом необходимо учитывать множество факторов. Обоснованность выбора определяется знаниями типов существующих подшипников, их назначением, достоинствами и недостатками, кинематическими и силовыми характеристиками. Насколько точно эти факторы удается учесть, а тем более предвидеть на этапе проектирования подшипниковых узлов механического оборудования, настолько долговечными будут как подшипники, так и оборудование в целом. Однако, правомерна и обратная задача, связанная с неправильным выбором или неопределенностью режимов и условий эксплуатации подшипников качения.
    Далее обобщены сведения о назначении и устройстве подшипников, достоинствах и недостатках подшипников качения и скольжения, классификации подшипников. Приведена сравнительная оценка эксплуатационных свойств подшипников качения. Рассмотрены основы расчёта кинематических и силовых характеристик подшипников качения, а также их долговечности.

        1.1. Назначение и устройство подшипников

    Подшипник - узел механизма или машины, являющийся частью опоры, которая поддерживает вал, обеспечивая вращение или линейное перемещение с минимальным сопротивлением, воспринимающий и передающий нагрузку от вала на корпусные детали механизма или машины [1, 2]. Опора с упорным подшипником называется подпятником.
    Подшипники характеризуются следующими основными параметрами:
    -  максимальные динамическая и статическая нагрузки;
    -  максимальная скорость вращения для радиальных подшипников;
    -  посадочные размеры;
    -  класс точности;
    -  группа зазоров.
    Нагружающие подшипник силы подразделяют на следующие виды:
    -      радиальная сила, действующая в направлении перпендикулярном к оси вращения подшипника;
    -      осевая сила, действующая в направлении параллельном оси вращения подшипника.

5

    По конструкции, обуславливающей различный принцип работы, все подшипники можно разделить на несколько типов:
    -  подшипники качения;
    -  подшипники скольжения;
    -  газостатические подшипники;
    -  газодинамические подшипники;
    -  гидростатические подшипники;
    -  гидродинамические подшипники;
    -  магнитные подшипники.
    Основные типы подшипников, которые применяются в машиностроении, -это подшипники качения и скольжения.
    Достоинства подшипников скольжения: малые радиальные размеры; возможность работы при ударных нагрузках и применения при больших нагрузках и высоких скоростях вращения. Недостатки: не могут работать без смазки, не допускают перекосов валов, сложны в установке (требуют пришабривания).
    Подшипники качения по сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества [3]:
    -       значительно меньшие потери на трение, а, следовательно, более высокий коэффициент полезного действия (до 0,995) и меньший нагрев;
    -  в 10...20 раз меньше момент трения при пуске машин;
    -       экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;
    -  меньшие габаритные размеры в осевом направлении;
    -  возможность компенсировать перекосы валов;
    -  простота обслуживания и замены;
    -  меньший расход смазочного материала;
    -       невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников.
    К недостаткам подшипников качения можно отнести [3]:
    -       ограниченную возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;
    -       непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;
    -  значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;
    -       шум во время работы, обусловленный погрешностями форм и размеров деталей;
    -  сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;
    -       повышенную чувствительность к неточности установки в подшипниковый узел;
    -       высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.
    Конструкция подшипников качения состоит из двух колец, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора (некоторые типы подшипников могут быть без


6

сепаратора), отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение (рис. 1.1). По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности внешнего кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполнены желоба - дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.


Рис. 1.1. Устройство радиального шарикоподшипника:
1 - внешнее кольцо; 2 - шарик (тело качения); 3 - сепаратор;
4 - дорожка качения; 5 - внутреннее кольцо

    В некоторых узлах механизмов и машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жёсткости применяют совмещённые опоры: дорожки качения в этом случае выполняют непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали.
    Существуют подшипники качения, изготовленные без сепаратора. Такие подшипники имеют большее число тел качения и большую грузоподъёмность. Однако предельные скорости вращения бессепараторных подшипников значительно ниже, вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.
    Закрытые подшипники качения (имеющие защитные крышки) практически не требуют обслуживания (замены смазки), открытые - чувствительны к попаданию инородных тел, что может привести к быстрому разрушению подшипника и выходу механического оборудования из строя.

        1.2. Классификация подшипников качения

    Классификация подшипников качения осуществляется на основе следующих признаков:
    -      по виду тел качения: шариковые и роликовые. Последние, в свою очередь, подразделяются на следующие группы: с короткими и длинными цилиндрическими роликами; с витыми; с игольчатыми; с коническими и со сферическими роликами;
    -      по типу воспринимаемой нагрузки: радиальные, радиально-упорные, упорно-радиальные, упорные и линейные;


7

    -     по числу рядов тел качения: однорядные, двухрядные, многорядные;
    -      по способности компенсировать перекосы валов [4]: самоустанавливаю-щиеся и несамоустанавливающиеся.
    На рис. 1.2 приведены основные виды подшипников качения [2]:
    а)  радиально-упорный шариковый подшипник;
    б)      радиально-упорный шариковый подшипник с четырёхточечным контактом;
    в)  самоустанавливающийся двухрядный радиальный шариковый подшипник;
    д)  радиальный шариковый подшипник для корпусных узлов;
    е)  радиальный роликовый подшипник;
    ж)  радиально-упорный (конический) роликовый подшипник;
    з)  самоустанавливающийся радиальный роликовый подшипник;
    и)  упорный роликовый подшипник;
    к)      самоустанавливающийся двухрядный радиальный роликовый подшипник с бочкообразными роликами (сферический);
    л)  упорный шариковый подшипник;
    м) радиально-упорный роликовый подшипник;
    н) ролики и сепаратор упорного игольчатого подшипника.
    В табл. 1.1 приведено сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам [3].

а                                        б

д

Рис. 1.2 (начало). Внешний вид и конструкция основных типов подшипников качения

в

8

е

ж

и

з

л

к

м                                       н
Рис. 1.2 (окончание). Внешний вид и конструкция основных типов подшипников качения

9

Сравнение подшипников качения, по эксплуатационным характеристикам

Таблица 1.1

              Тип                    Нагрузка        Высокая  Восприятие
          подшипника            ради-         комби- частота   перекоса 
                                альная осевая ниро-  вращения           
                                              ванная                    
Шариковый радиальный              +      +      +      +++        о     
Шариковый радиальный              +      о      о       ++    +++       
двухрядный сферический                                                  
Радиально-упорный                 +      +      ++      ++        о     
однорядный шариковый                                                    
Радиально-упорный                                                       
шариковый двухрядный              ++     +      ++      +         х     
и однорядный сдвоенный («спина                                          
к спине»)                                                               
Шариковый с четырехточечным       о      +      +       ++    х         
контактом                                                               
С короткими цилиндрическими                                             
роликами без бортов на одном из +++      х      х      +++    х         
колец                                                                   
С короткими цилиндрическими                                             
роликами с бортами на                                                   
противоположных                 +++      о      о      +++    х         
сторонах внешнего                                                       
и внутреннего колец                                                     
Радиальный игольчатый           +++      х      х       о     х         
Сферический роликовый           +++      +     +++      +     +++       
Конический роликовый              ++     ++     ++      +         о     
Упорный шариковый                 о      +      о       +         х     
Упорный с коническими             о      ++     о       о     х         
роликами                                                                
Упорно-радиальный                 о     +++     ++      +     +++       
роликовый сферический                                                   

    Условные обозначения: +++ - очень хорошо; ++ - хорошо; + - удовлетворительно; о - плохо; х - непригодно.

10