Интегрированный подшипник

Добавил пользователь Alex
Обновлено: 20.09.2024

Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.

| Что такое подшипники и их основные разновидности

Смотрите также :

Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников. Будет полезна студентам ВТУЗов и , возможно , молодым специалистам.

Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Основные разновидности подшипников

Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

Подшипники выполняют функции опор осей и валов

Подшипник линейного перемещения

В настоящее время широко находят применение подшипники:

По виду трения различают:

Подшипники скольжения

Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала ( часто используются цветные металлы ), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

Примеры смазочных канавок в подшипниках скольжения

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки

Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки

- В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS ₂ и WS ₂ ;

- в виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS ₂ / C , WS ₂ / C , TiC / C и наноалмаза;

- в виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода ( a - C : H ), аморфного углерода ( a -С), нитрида углерода ( C ₃ N ₄ ) и нитрида бора ( BN );

- в виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B ₄ C _, Al ₂ O ₃ , SiC , Si ₃ O ₄ , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN ,

- в виде чешуйчатых пленок из MoS ₂ и графита;

- в виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово,

- в виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка,

- в виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики,

- в виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита;

- полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен,

- жиры, мыло, воск (стеариновая кислота),

- керамика и металлокерамика.

- Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая;
- гидростатическая смазка;
- смазка под высоким давлением.

- Смешанная смазка (полужидкостная);

Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл ",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью ,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например , в гидроцилиндре экскаватора)

Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения , которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения ,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения ,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD

Требования к подшипнику

Подшипник качения

Гидродинамический подшипник

Типичное применение

из твердого металла

из пористого материала*

Большой объем хранения данных

Персональный компьютер, сервер

Высокие скорости вращения

Низкий уровень шума

Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)

Низкое потребление тока

Низкий крутящий момент

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Устойчивость к ударам

Мобильные компьютеры (ноутбуки)

Устойчивость к заклиниванию

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

Подшипники качения

Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

а - с шариковыми телами качения , б - с короткими цилиндрическими роликами , в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами , г - с коническими роликами ,

д - с бочкообразными роликами

Примечание : приведены только некоторые виды тел качения

В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника

Нагрузка

Высокая частота вращения

Восприятие перекоса

радиальная

осевая

комбинированная

Шариковый радиальный двухрядный сферический

Радиально-упорный однорядный шариковый

Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")

Шариковый с четырехточечным контактом

С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец

Упорный с коническими роликами

Упорно-радиальный роликовый сферический

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника , вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом , и / или смазыванием , и/или работой на высоких частотах вращения

Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

Магнитные подшипники

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника ( АМП )

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

а - схема компрессора с подшипниками качения ,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой , что , например , позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта , для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :

Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ;

6) Kazuhisa Miyoshi. Solid Lubricants and Coatings for Extreme Environments: State-of-the-Art Survey. NASA, 2007 ;
7) Needle Roller Bearings. Cat.№ 2300-VII/E. NTN;
8) Needle Roller Bearing Series General Catalogue. IKO;

9 ) NTN Technical Review №71. April 2004. OSAKA, JAPAN;

10 ) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др. DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC
BEARING SYSTEM FOR THE HTR-10. 2nd International Topical Meeting on HIGH TEMPERATURE REACTOR TECHNOLOGY . Beijing, CHINA, September 22-24, 2004 ;
11) Linear Motion Rolling Guide Series General Catalogue , IKO ;
12 ) Precision Rolling Bearings. C at . № 2260-II/E. NTN;
13 ) Spherical Plain Bearings. Сat.№5301-II/E. NTN;

Сайт содержит информацию о продукции компаний NTN-SNR Roulements (до 2010 г. называлась SNR Roulements ) и NTN, а также их партнеров: подшипники, ремонтные комплекты из подшипников и других компонентов, подшипниковые узлы, сервисные продукты .

Л юбое цитирование и иное использование данных материалов возможно только со ссылкой на сайт snr.com.ru и исключительно для рекламирования либо распространения продукции NTN-SNR. Подробнее в " Правовой информации " .

Традиционно различают два типа ступичных подшипников — шариковые радиально-упорные и роликовые конические. С середины прошлого века однорядные подшипники вытесняются более прогрессивными подшипниками типа HUB (Hub Unit Bearings).

Особенности эксплуатации ступичных подшипников

В автомобиле ступичные подшипники подвержены экстремальным нагрузкам: высокие перепады температур, различные влияния окружающей среды (не в последнюю очередь соль), а также, в результате ударных нагрузок при попадании колеса в яму, из-за рывков привода, тормозов и рулевого управления. Колесо должно вращаться без люфтов, с допустимым шумом и минимальным трением.

Поколения ступичных подшипников

Ступичные подшипники применялись еще в конструкции подвески карет. По мере развития автомобилей и увеличения средней скорости их движения ступичный подшипник неоднократно подвергался инженерному переосмыслению, чтобы сделать узел, находящийся в постоянной жесткой эксплуатации, более надежным и ремонтопригодным. На данный момент различают четыре поколения ступичных подшипников, каждый из которых можно встретить в конструкции более или менее современного автомобиля.

Некоторые современные ступичные подшипники оснащены многополюсным магнитным кольцом АБС, поэтому при хранении необходимо избегать воздействия магнитных полей. Компания СХ поставляет такие подшипники с металлической защитной крышкой из специальной легированной стали для защиты от размагничивания.

Подшипник должен монтироваться таким образом, чтобы полюсное кольцо было обращено к сенсору датчика оборотов.

Ступичные подшипники однорядные

Однорядные ступичные подшипники бывают двух видов: шариковые и роликовые конические. Особенностью данных типов подшипников являются большие расстояния между эффективными центрами приложение нагрузок.

Основными неудобствами таких подшипников являются: необходимость создания предварительного натяга при работе со ступичным узлом; сложность установочного процесса; необходимость смазки подшипников.

Подшипники типа HUB

С середины прошлого века однорядные подшипники вытесняются более прогрессивными ступичными подшипниками типа HUB (Hub Unit Bearings). Сегодня такие подшипники чаще всего находят применение в ступицах грузовых автомобилей и автомобилях повышенной проходимости.

Ступичный узел HUB-I представляет собой цельный узел, состоящий из двухрядного радиально-упорного шарикового или двухрядного роликового конического подшипников. Основными компонентами являются внешнее кольцо, два внутренних кольца и комплект шариков или роликов с оптимально подобранными зазорами. Угол контакта подшипника оптимизирован, исходя из существующих нагрузок конкретных марок и моделей автомобилей.

Подшипниковый узел типа HUB-I снабжен уплотнениями и заполнен пластичной смазкой на весь срок службы ступичного узла. Фактически ступичные узлы HUB-I были разработаны в конце 60-х годов прошлого века, как следствие растущего интереса со стороны автомобильной промышленности к собранным ступичным узлам с установленным предварительным натягом, что обеспечивало простоту их установки в условиях конвейерной сборки.

Ступичные узлы HUB-I, предназначенные для установки на автомобили с системами ABS, могут быть оснащены специальным датчиком ABS. Основными преимуществами, в сравнении с однорядными подшипниками, являются: установленный преднатяг облегчение процесса установки отсутствие регулировочных прокладок-распорок в узле отсутствие необходимости дополнительной смазки подшипников компактность ступичного узла

Ступичные узлы HUB-II разработаны на основе опыта эксплуатации подшипников HUB-I. Принципиальное их отличие состоит в наличии специального фланца на внешнем кольце подшипника. В зависимости от модели фланец имеет шпильки или отверстия под болтовые соединения и может быть прикреплен к ступице колеса или тормозному диску. Остальные детали аналогичны элементам, используемым в ступичном узле HUB-I.

Ступичные узлы HUB-II обычно применяются с вращающимся внешним кольцом на неведущих передних или задних осях автомобиля. Для ведущих осей доступен альтернативный дизайн подшипника. В этом случае, внешнее кольцо крепится к элементам подвески автомобиля, а внутреннее кольцо вращается. Датчик ABS может быть интегрирован в конструкцию ступичного узла.

В сравнении со ступичными узлами предыдущего поколения подшипники HUB-II имеют ряд преимуществ, а именно: простота установки уменьшение веса и размеров ступичного узла

Дальнейшим развитием подшипников HUB-II явились ступичные узлы HUB-III. Оба кольца таких подшипников, и внешнее и внутреннее, имеют фланцы. С целью избежать коррозии в местах сопряжений, узел имеет специальное гальваническое покрытие. Динамически распределяемая несущая нагрузка максимизирована за счет использования отдельного внутреннего кольца для одного из рядов тел качения. Внутренне кольцо устанавливается на полуось за счет шлицевого соединения, которое передает крутящий момент. Дополнительно, внутреннее кольцо фиксируется в осевом направлении. Внешнее кольцо крепится к ступице. Вращающееся внутренне кольцо предназначено для крепления к тормозным дискам. Присоединительные размеры ступичного узла специфицированы под конкретную марку и модель автомобиля. Как и предыдущие поколения ступичных узлов HUB-III наполнен пластичной смазкой на весь срок службы подшипника. Кроме того, данный узел допускает установку различных видов манжетных уплотнений, выбор которых определяется общими условиями эксплуатации ступичного узла.

В соответствии с требованиями покупателя, данный узел имеет возможность установки датчика ABS, или только одного многополюсного магнитного кольца на вращающийся элемент ступичного узла. Основной отличительной особенностью данного типа ступичных узлов является низкое значение радиального биения, что значительно уменьшает вибрации колеса при торможении. Кроме того, шлицевое соединение упрощает монтаж и демонтаж подшипника, обеспечивая при этом высокую точность посадки.

Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.

Смотрите также :

В последнее время некоторые производители автомобилей начали применять особую конструкцию для задней подвески, которая снабжается дисковыми тормозами - неразъемный ступичный узел. Особенность этого узла заключается в том, что внешнее кольцо подшипника зафиксировано в тормозном диске и не позволяет его извлечь. Такая конструкция позволяет облегчить монтаж и снизить себестоимость при конвейерной сборке.

NTN-SNR Roulements осуществляет поставки тормозных дисков с интегрированными ступичными подшипниками в виде комплектов как на конвейеры , так и на рынок автомобильных запчастей, полностью готовых к монтажу , некоторые из которых снабжены элементами AS B ®.

Основные преимущества комплектов NTN-SNR :

Особенности тормозных дисков с интегрированными ступичными подшипниками NTN- SNR

Заводская запрессовка подшипника в тормозной диск проводится с точно рассчитанным натягом, так как при этом на несколько микрон изменяется внешний диаметр подшипника, что ведет к уменьшению внутреннего зазора подшипника (зазор между телами качения и наружным кольцом), значение которого должно строго соответствовать требованиям из конструкторской документации автомобиля.

В большинстве случаев данный узел не может быть разобран без повреждения подшипника или диска, так как это влечет существенное сокращение эксплуатационного ресурса и повышает риск возникновения аварий.

В конструкцию интегрированного подшипника Flexpin компании Timken входят штифты, впрессованные только в одну стенку водила планетарной передачи. На свободном конце штифта шестерня поддерживается с помощью кольцевой втулки и подшипника. Под нагрузкой противоположные изгибающие силы на втулке и штифте уравновешивают друг друга, что приводит к нулевому нарушению соосности в широком диапазоне крутящих моментов. Конструкция передачи значительно упрощается, а крутящий момент существенно снижается.

Интегрированный подшипник Flexpin (или подшипник гибкого привода) обеспечивает большую мощность по сравнению с типовой планетарной передачей аналогичных размеров. Это оптимальное решение для многих сложных устройств: аэрокосмических редукторов, главных передач строительного оборудования и редукторов ветровых турбин. Данное решение открывает перед конструкторами новые и весьма широкие возможности по уменьшению размеров систем либо по увеличению номинальной мощности и эффективности работы существующего оборудования.

Особенности конструкции

Компенсация скручивающих усилий штифтов и кольцевых втулок, поддерживающих шестерни, приводит к компенсации нагрузок.
Нарушение соосности передачи, вызванное изгибом водила под нагрузкой, уменьшается или вовсе исчезает. Уравновешивается распределение нагрузки между сателлитами планетарной передачи.
Конструкция позволяет снизить нагрузки на передачу и уменьшить необходимость коррекции профиля и хода передачи. Появляется возможность создания небольших облегченных передач для чувствительного к весу оборудования.
Повышается несущая способность по крутящему моменту в пределах одинакового пространства.

Области применения

Подобные передачи используются в аэрокосмической промышленности, сельском хозяйстве, оборонной, тяжелой и горнодобывающей отраслях промышленности.

Ваш обозреватель не поддерживает встроенные рамки или он не настроен на их отображение.

Смотрите также :

Основные преимущества комплектов NTN-SNR :

Особенности тормозных дисков с интегрированными ступичными подшипниками NTN- SNR

Читайте также: