Вальниця: відмінності між версіями
| [перевірена версія] | [неперевірена версія] |
Вилучено вміст Додано вміст
Basio (обговорення | внесок) м вилучена Категорія:Машинобудування; додана Категорія:Деталі машин за допомогою HotCat |
Додав більш розширену інформацію по підшипниках. Орієнтувався на довідник підшипників із Українськими гостами та на рос.версію Вікіпедії |
||
Рядок 18:
Основні типи, які застосовуються в [[Машинобудування|машинобудуванні]] — це вальниці кочення й вальниці ковзання.
== Підшипники (вальниці) кочення ==
[[Файл:Насыпные подшипники.jpg|thumb|Різні види насипних вальниць]]
[[Файл:Bearing 02.JPG|thumb|Вальниці кочення різних розмірів та конструкцій|225x225px]]
Вальниці кочення складаються з двох кілець, тіл кочення і сепаратора, що відокремлює тіла кочення один від одного та утримує на рівній відстані і направляє їх рух. Деякі вальниці бувають і без сепаратора. По зовнішній поверхні внутрішнього кільця і внутрішньої поверхні зовнішнього кільця робляться жолоби - доріжки кочення, по яких при роботі підшипника рухаються тіла кочення. Такі вальниці називають промисловими.
Також існують насипні вальниці, що складаються із сепаратора і вставлених в нього кульок, які можна витягувати.
У деяких вузлах машин з метою зменшення габаритів, а також підвищення точності і жорсткості застосовують так звані суміщені опори: доріжки кочення при цьому виконують безпосередньо на валу або на поверхні корпусної деталі.
Є вальниці кочення, виготовлені без сепаратора. Такі вальниці мають більше число тіл кочення і більшу вантажопідйомність. Однак граничні частоти обертання підшипників без сепараторів значно нижчі внаслідок підвищених моментів опору обертанню.
У вальниць кочення виникає переважно тертя кочення (присутні лише невеликі втрати на тертя ковзання між сепаратором та тілами кочення), тому в порівнянні з вальницями ковзання знижуються втрати енергії на тертя, і зменшується знос виробу. Закриті підшипники кочення, із захисними кришками, практично не вимагають обслуговування (заміни мастила), відкриті ж навпаки є чутливими до потрапляння сторонніх предметів, що може призвести до швидкого руйнування вальниці.
=== Класифікація ===
Класифікація вальниць кочення здійснюється за такими ознаками:
* За видом тіл кочення
** Кулькові;
** Роликові (або голчасті, якщо ролики тонкі та довгі);
* За типом навантаження, якому піддається виріб
** Радіальні (навантаження вздовж осі вала не допускається);
** Радіально-упорні, упорно-радіальні. Сприймають навантаження як уздовж, так і поперек осі вала. Часто навантаження уздовж осі тільки в одному напрямку;
** Упорні (навантаження поперек осі вала не допускається);
** Лінійні. Забезпечують рухливість уздовж осі, обертання навколо осі не нормується або є неможливим. Зустрічаються рейкові, телескопічні або лінійні підшипники валу;
*** [[Гвинтова передача|Кулькові гвинтові передачі]]. Забезпечують сполучення гвинт-гайка за допомогою тіл кочення;
* За кількістю рядів тіл кочення
** Однорядні;
** Дворядні;
** Багаторядні;
* За здатністю компенсувати неспіввісність (не відповідність осям) вала і втулки
** Самоустановлювальні;
** Несамоустановлювальні;
* За матеріалом тіл кочення
** Повністю сталеві;
** Гібридні (сталеві кільця, тіла кочення неметалеві. Як правило, керамічні).
<gallery>
Файл:Cylindrical-roller-bearing din5412-t1 type-n 120.png|Радіальна роликова вальниця
Файл:Thrust-ball-bearing din711 120.png|Упорна кулькова вальниця
Файл:Thrust-cylindrical-roller-bearing din722 120.png|Упорна роликова вальниця
Файл:Angular-contact-ball-bearing single-row din628 type-b 120.png|Радіально-упорна кулькова вальниця
Файл:Four-point-contact-bearing din628 type-qj 120-ex.png|Радіально-упорна кулькова вальниця з контактом у чотирьох точках
Файл:Tapered-roller-bearing din720 ex.png|Радіально-упорна роликова вальниця (конічна)
Файл:Spherical-ball-bearing double-row din630-t1 120.png|Самовстановлювальна дворядна радіальна кулькова вальниця
Файл:Self-aligning-roller-bearings single-row din635-t1 120.png|Самовстановлювальна дворядна радіальна роликова вальниця
Файл:Self-aligning-roller-thrust-bearing din728 120-ex.png|Самовстановлювальна радіально-упорна роликова вальниця
Файл:Spherical-roller-bearing double-row din635-t2 120.png|Самовстановлювальна дворядна радіальна роликова вальниця з бочкоподібними роликами (сферичні)
Файл:Ball bearing self aligning.gif|Самоустановлювальна вальниця
Файл:Needle bearing.jpg|Сепаратор з роликами голчастої вальниці
Файл:Mono Rail.jpg|Лінійна рейкова вальниця
Файл:Telescopic Rail.jpg|Лінійна телескопічна вальниця
Файл:BallScrews-with-detail-insets.jpg|Кулькова гвинтова передача
</gallery>
=== Механіка ===
Вальниця по суті це [[Планетарна передача|планетарний механізм]], в якому водилом є сепаратор, функції центральних коліс виконують внутрішнє і зовнішнє кільця, а тіла кочення замінюють сателіти.
Частота обертання сепаратора або частота обертання кульок навколо осі підшипника<br>
<math> n_c = \frac{n_1}{2} \left(1-\frac{D_\omega}{d_m} \right) </math>
де n<sub>1</sub> — частота обертання внутрішнього кільця радіальної кулькової вальниці,<br>
D<sub>ω</sub> — діаметр кульки,<br>
d<sub>m</sub> = 0,5(D+d) — діаметр окружності, який проходить через осі всіх тіл кочення (кульок або роликів).
Частота обертання кульки відносно сепаратора<br>
<math> n_{sp} = \frac{n_1}{2} \left(\frac{d_m}{D_\omega} - \frac{D_\omega}{d_m} \right) </math>
Частота обертання сепаратора при обертанні зовнішнього кільця<br>
<math> n_{c*} = \frac{n_3}{2} \left(1+\frac{D_\omega}{d_m} \right) </math>
де n<sub>3</sub> — частота обертання зовнішнього кільця радіальної кулькової вальниці.
Для радіально-упорної вальниці<br>
<math> n_c = \frac{n_1}{2} \left(1-\frac{D_\omega \cos \alpha}{d_m} \right) </math>
<math> n_{sp} = \frac{n_1}{2} \left(\frac{d_m}{D_\omega} - \frac{D_\omega \cos^2 \alpha}{d_m} \right) </math>
З наведених вище співвідношень випливає, що при обертанні внутрішнього кільця сепаратор обертається в ту ж сторону. Частота обертання сепаратора залежить від діаметра D<sub>ω</sub> кульок при незмінному d<sub>m</sub>: він зростає при зменшенні D<sub>ω</sub> та зменшується при збільшенні D<sub>ω</sub>.
У зв'язку з цим різна розмірність кульок в комплекті підшипника є причиною підвищеного зносу та виходу з ладу сепаратора і вальниці загалом.
При обертанні тіл кочення навколо осі вальниці на кожне з них діє [[відцентрова сила]], що додатково навантажує доріжку кочення зовнішнього кільця
<math> F_c = 0,5 m d_m \omega^2_c </math>,
де m — маса тіла кочення, <br>
ω<sub>с</sub> — кутова швидкість сепаратора.
Відцентрові сили викликають перевантаження підшипника при роботі на підвищеній [[Кутова частота|частоті обертання]], підвищене тепловиділення (перегрівання вальниці) та прискорений знос сепаратора. Все це скорочує термін служби підшипника.
В упорній вальниці, крім відцентрових сил, на кульки діє обумовлений зміною напрямку осі обертання кульок в просторі гіроскопічний момент
<math> M_r = J \omega_c \omega_{sp} </math>
Гіроскопічний момент буде діяти на кульки також у випадку коли при дії осьового навантаження радиально-упорний кульковий підшипник обертається
<math> M_r = J \omega_c \omega_{sp} \sin \alpha </math>
де <math> J = \rho \cdot \pi \cdot D^5_\omega / 60 </math> — полярний момент інерції маси кульки;<br>
ρ — щільність матеріалу кульки;<br>
ω<sub>sp</sub> та ω<sub>с</sub> — відповідно, [[кутова швидкість]] кульки при обертанні навколо своєї осі та навколо осі вала (кутова швидкість сепаратора).
Під дією гіроскопічного моменту кожна кулька отримує додаткове обертання навколо осі, перпендикулярної площині, утвореної векторами кутових швидкостей кульки та сепаратора. Таке обертання супроводжується зношенням поверхонь кочення, і для запобігання обертання вальницю слід навантажувати такою осьовою силою, щоб за умови
<math> T_f = M_r </math>,
де T<sub>f</sub> — момент сил тертя від осьового навантаження на областях контакту кульок з кільцями.
=== Умовне позначення підшипників (вальниць) кочення в Україні ===
Українське та колишнє радянське маркування підшипників кочення складається з основного та додаткових позначень та стандартизовані у відповідності з ''ГОСТ 3189''.
Основне позначення складається із семи цифр, при цьому частина позначення із нульовими значеннями не враховується та може бути скорочено до 2 знаків. Додаткові позначення розташовуються ліворуч (відокремлені знаком тире) та праворуч (починається з літери) від основного. Читання знаків основного і додаткових позначень проводиться справа наліво.
== Вальниці (підшипники) ковзання ==
[[Файл:Bearings_for_crankshaft_journal.jpg|thumb|Вкладыши (втулки) подшипников скольжения]]
=== Определение ===
[[Файл:CMCGleitlager.jpg|thumb|]]
Підшипник ковзання - це опора або напрямна механізму або машини, в якій тертя відбувається при ковзанні зв'язаних поверхонь. Радіальний підшипник ковзання являє собою корпус, який має циліндричний отвір, у який вставляється робочий елемент - вкладиш, або [[втулка]] з [[Антифрикційні матеріали|антифрикційного матеріалу]] і пристрій для змащення. Між валом і отвором втулки підшипника є зазор, який заповнено мастильною речовиною, що дозволяє вільно обертатися валу. Розрахунок зазору підшипника, що працює в режимі поділу поверхонь тертя мастильним шаром, проводиться на основі гідродинамічної теорії мастила.
При розрахунку визначаються: мінімальна товщина мастильного шару (вимірюється в [[Мікрометр|мкм]]), тиск в шарі змащення, температура і витрата [[Мастильні матеріали|мастильних матеріалів]]. Залежно від конструкції, окружної швидкості [[Цапфа|цапфи]], умов експлуатації тертя ковзання буває сухим, граничним, рідинним і газодинамічним. Але навіть підшипники з рідинним тертям при пуску проходять етап з граничним тертям.
Мастило є одним з основних умов надійної роботи підшипника і забезпечує низьке тертя, розділення рухомих частин, відведення тепла, захист від шкідливого впливу навколишнього середовища.
Змазка може бути:
* рідкою (мінеральні і синтетичні [[Мастило|мастила]], [[вода]] для неметалічних підшипників),
* пластичною (на основі [[Стеарат літію|літієвого мила]] та [[Сульфонати|сульфоната]] кальцію і ін.),
* твердою ([[графіт]], дисульфід молібдену та ін.),
* газоподібною (різні [[Благородні гази|інертні гази]], [[азот]] і ін.).
Найкращі експлуатаційні властивості показують пористі підшипники, які самі змащуються, виготовлені методом [[Порошкова металургія|порошкової металургії]]. При роботі пористий самозмащувальний підшипник, просочений мастилом, нагрівається і виділяє мастило з [[Пористість|пор]] на робочу ковзаючу поверхню, а в стані спокою охолоджується і вбирає мастило назад у пори.
Антифрикційні матеріали підшипників виготовляють з [[Тверді сплави|твердих сплавів]] (карбід вольфраму або карбід хрому методом порошкової металургії або високошвидкісним [[Високошвидкісне газополуменеве напилювання|газополуменевим напиленням]]), [[Бабіти|бабітів]] і [[Бронза|бронз]], [[Полімери|полімерних матеріалів]], [[Кераміка|кераміки]], твердих порід дерева ([[залізне дерево]]).
==== PV-фактор ====
PV-фактор - основний критерій оцінки працездатності вальниці ковзання. Є добутком питомого навантаження P ([[Паскаль (одиниця)|МПа]]) і окружної швидкості V ([[Метр за секунду|м/с]]). Визначається для кожного антифрикційного матеріалу експериментально при випробуваннях або в процесі експлуатації. Більшість даних щодо дотримання оптимального PV-фактора доступні в довідниках.
=== Класифікація ===
В основу класифікації покладено аналіз режимів роботи підшипників за діаграмою Герсі-Штрібек.
Підшипники ковзання поділяють:
* в залежності від форми отвору:
** одно- або багато поверхневі,
** зі зміщенням поверхонь (у напрямку обертання) або без (для збереження можливості зворотного обертання),
** зі зміщенням або без зміщення центру (для кінцевої установки валів після монтажу);
* у напрямку сприйняття навантаження:
** радіальні
** осьові (упорні, підп'ятники),
** радіально-упорні;
* за конструкцією:
** нероз'ємні (втулкові; в основному, дляI-1),
** роз'ємні (що складаються з корпусу і кришки; в основному, для всіх, крім I-1),
** вбудовані (рамові, що складають одне ціле з картером, рамою або [[Станина|станиною]] машини);
* за кількістю масляних клапанів:
** з одним клапаном,
** з декількома клапанами;
* за можливістю регулювання:
** регульовані,
** нерегульовані.
Нижче подана таблиця груп і класів підшипників ковзання (приклади позначення'': I-1, II-5)''.
{| class="wikitable" style="text-align:center;"
|-
! Група !! Клас !! width="15%" | Спосіб змащення !! [[Режими змащення|Вид тертя]] !! width="10%" | Приблизний [[коефіцієнт тертя]] !! width="20%" |Призначення !! Область застосування
|-
| rowspan="5" style="background:#e1e1e1"| I <br>(недосконале змащення)
|- style="background:#e7e7e7;"
| 1 || Мала кількість, непостійна подача || style="background:#CC0605; color:#dfdfdf;" | Граничне || 0,1…0,3 || Малі швидкості ковзання і невеликі питомі тиску || style="text-align: left;" |
Опорні ролики [[Конвеєр|транспортерів]], ходових коліс [[Мостовий кран|мостових кранів]]
|- style="background:#efefef;"
| 2 || Зазвичай безперервне || rowspan="3" style="background:#F55F55; color:white;" | Напіврідинне || 0,02…0,1 || style="text-align: left;"| Короткочасний режим з постійним або змінним напрямком обертання валу, малі швидкості і великі питомі навантаження || style="text-align: left;" |
* Лінійні та формувальні машини
* Ковальсько-пресове обладнання
* [[Вальцювальний стан|Вальцювальні стани]]
* Вантажопідйомні машини
|-
| rowspan="2" | 3 || Мастильна ванна або кільця || rowspan="2" | 0,001…0,02 ||style="text-align: left;"| Мало мінливі за величиною і напрямком зусилля, великі і середні навантаження || style="text-align: left;" |
* [[Букса|Букси вагонів]]
* Важкі верстати
* Потужні електричні машини
* Важкі редуктори
* Текстильні машини
|-
| Під тиском || style="text-align: left;" |Змінне навантаження || style="text-align: left;" |
* Газові двигуни
* Тихохідні та двигуни для суден
|-
| rowspan="3" style="background:#eee" | II
|- style="background:#fefefe;"
| 4 || Кільця, комбіноване або під тиском || rowspan="2" style="background:#CeDeBe" | Рідинне || 0,0005…0,005 || style="text-align: left;"|Малі окружні швидкості валів, особливо важкі умови роботи при змінних за величиною і напрямком навантаженнях || style="text-align: left;" |
* Електричні машини середньої та малої потужності
* Легкі та середні редуктори
* Відцентрові насоси та компресори
* Вальцювальні стани
|- style="background:#f4f4f4;"
| 5 || Під тиском || 0,005…0,05 || style="text-align: left;"|Слабонавантажені опори з великими швидкостями ковзання || style="text-align: left;" |
* [[Паровий котел|Парові котли]]
* [[Гідравлічна турбіна|Водяні турбіни]]
* [[Газова турбіна|Газові турбини]]
* Осьові вентилятори
* [[Турбокомпресор|Турбокомпресори]]
|}
=== Переваги ===
* Надійність у високошвидкісних приводах
* Здатні сприймати значні ударні та вібраційні навантаження
* Порівняно малі радіальні розміри
* Допускають установку роз'ємних підшипників на шийки колінчастих валів і не вимагають демонтажу інших деталей при ремонті
* Проста конструкція в тихохідних машинах
* Дозволяють працювати у воді
* Допускають регулювання зазору та забезпечують точну установку геометричної осі валу
* Економічні при великих діаметрах валів
=== Недоліки ===
* У процесі роботи вимагають постійного нагляду за мастилом
* Порівняно великі осьові розміри
* Великі втрати на тертя при пуску та недосконалому змащенні
* Велика витрата мастильного матеріалу
* Високі вимоги до температури та чистоті мастила
* Знижений коефіцієнт корисної дії
* Нерівномірне зношування підшипника та цапфи
* Застосування більш дорогих матеріалів
== Примітки ==
Рядок 24 ⟶ 245:
== Джерела ==
* ''[[Павлище Володимир Теодорович|Павлище В. Т.]]'' Основи конструювання та розрахунок деталей машин. — Львів: Афіша. 2003. — 560 с. — ISBN 966-8013-58-1.
* Довідник підшипників [http://www.podshypnik.info/ua/ www.podshypnik.info]
{{commonscat|Bearings}}
| |||