Шариковый подшипник
Почему вал на шариках крутится почти без трения, а подшипник все равно однажды выходит из строя? Разбери его на кольца, шарики, сепаратор и шайбы и посмотри, как его собирают.
Шариковый подшипник держит вал на шариках, которые катятся между двумя кольцами: катить в десятки раз легче, чем тащить.
Внутреннее кольцо крутится вместе с валом, наружное стоит в корпусе, между ними по желобам бегут шарики в сепараторе. Желоба глубокие, поэтому подшипник держит и радиальную силу, и умеренную осевую в обе стороны. Собирают его хитро: внутреннее кольцо сдвигают вбок, засыпают шарики в серповидную щель и потом разводят по кругу. Поэтому шариков в нем меньше, чем поместилось бы вплотную.
Шарик касается дорожки крошечным пятном, и у нагруженного подшипника давление в нем от 1500 до 3000 МПа. Каждый проход шарика нагружает металл и отпускает, и через миллионы оборотов под поверхностью рождается трещина: дорожка выкрашивается. Это нормальный конец подшипника, но многие до него не доживают: их губят грязь, вода, плохая смазка и удары при монтаже. Ресурс считают в теме «Подшипники качения и их ресурс».
- d
- Диаметр отверстия, мм. Умножь две последние цифры номера на 5: у 6205 отверстие 25 мм, у 6310 50 мм. Коды 00, 01, 02 и 03 значат 10, 12, 15 и 17 мм. По ГОСТ 6205 пишут 205.
- C
- Динамическая грузоподъемность, кН. Нагрузка, при которой 90 % подшипников проживут миллион оборотов. Удвой нагрузку, и шариковый подшипник проживет в 8 раз меньше.
- 2Z
- Закрытый подшипник. С двух сторон защитные шайбы, смазка заложена на весь срок. У 2RS вместо шайб резиновые уплотнения: пыль держат лучше, но трут больше.
Из чего состоит шариковый подшипник
Внутреннее кольцо крутится вместе с валом, наружное стоит в корпусе. Шарики катятся между кольцами и обегают вал вместе с сепаратором примерно в 2,5 раза медленнее, чем крутится внутреннее кольцо. Сепаратор только ведет шарики, нагрузку несут они сами.
Модель Bilim.techМодель построена для сайта в открытой библиотеке build123d по каталожным размерам подшипника 6206-2Z: отверстие 30 мм, наружный диаметр 62 мм, ширина 16 мм, 9 шариков диаметром 9,525 мм.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Наружное кольцо
Зачем. Стоит в корпусе и обычно не вращается. Внутри у него дорожка качения: желоб, радиус которого чуть больше радиуса шарика. Шарик касается его маленьким пятном.
Из чего. Подшипниковая сталь ШХ15, закаленная примерно до 60 HRC. Дорожку шлифуют до зеркального блеска.
Износ. Раковины в зоне нагрузки: у неподвижного кольца все время нагружен один и тот же участок, и выкрашивается именно он. Слабо посаженное кольцо проворачивается в корпусе.
- 02
Внутреннее кольцо
Зачем. Сидит на валу с натягом и крутится вместе с ним. Снаружи у него такой же желоб. Натяг не дает кольцу провернуться на валу под нагрузкой.
Из чего. Та же сталь, закалка и шлифовка, что у наружного кольца.
Износ. Кольцо подставляет под нагрузку то одно место дорожки, то другое, поэтому раковина может появиться где угодно. Без натяга кольцо проворачивается и протирает вал.
- 03
Шарики
Зачем. Катятся между кольцами и передают нагрузку от вала к корпусу. Радиальную силу в каждый момент держат только несколько нижних шариков.
Из чего. Та же подшипниковая сталь. Шарики одного подшипника одинаковы по диаметру до долей микрона. В некоторых электродвигателях шарики керамические: они не пропускают ток.
Износ. Вмятины от песчинок. Ток через подшипник делает шарики матово-серыми, а на дорожках оставляет частые полоски, как на стиральной доске.
- 04
Сепаратор
Зачем. Держит шарики на равных расстояниях, чтобы они не сбивались в кучу и не терлись друг о друга. Нагрузку он не несет.
Из чего. Здесь он из двух штампованных латунных половинок на заклепках. Чаще половинки делают из стальной ленты, бывают сепараторы из полиамида со стекловолокном. Сепаратор мягче шариков.
Износ. Без смазки гнезда стираются, сепаратор разбивается, шарики сталкиваются, подшипник гремит и скоро клинит.
- 05
Защитная шайба
Зачем. Стальной диск закрывает щель между кольцами: держит смазку и не пускает крупную грязь. До внутреннего кольца он не достает, поэтому не трет.
Из чего. Тонкая штампованная сталь в канавке наружного кольца. Вместо шайбы бывает резиновое уплотнение с кромкой: оно лучше держит пыль.
Износ. Вмятая при монтаже шайба задевает внутреннее кольцо: подшипник скрипит и греется.
- 06
Вторая защитная шайба
Зачем. Закрывает подшипник с другой стороны. Подшипник, закрытый с двух сторон, смазан на заводе на весь срок службы.
Из чего. Такая же шайба, как с первой стороны.
Износ. Смазку в закрытый подшипник не добавить. Когда она выработалась, подшипник гудит, и его меняют.
Где стоит
- Электродвигатели
Вал двигателя насоса или вентилятора обычно стоит на двух шариковых подшипниках. Один держит вал вдоль оси, второй дает ему удлиняться от нагрева.
- Ролики конвейера
В каждом ролике два шариковых подшипника, а роликов на длинном конвейере тысячи. Заклинивший ролик лента протирает до острой кромки, и кромка режет ленту.
- Двигатель самосвала
Генератор, натяжные и обводные ролики ремня стоят на закрытых подшипниках. Загудевший ролик меняют целиком: смазку в него не добавить.
Как ломается и как это заметить
- Выкрашивание дорожки
Конец ресурса: на дорожке раковина, и шарики бьют по ней. Сначала это видно только по пику на спектре вибрации, потом подшипник гудит и греется. Его меняют по плану, не дожидаясь заклинивания.
- Грязь, вода и плохая смазка
Песчинка под шариком оставляет вмятину, и выкрашивание начинается от нее раньше срока. Вода ржавит дорожки. Без смазки подшипник перегревается, на кольцах появляются цвета побежалости.
- Удар при монтаже
Удар по наружному кольцу, когда подшипник сажают на вал, идет через шарики и продавливает вмятины на дорожках. Сажают прессом через кольцо с натягом или греют подшипник индукционным нагревателем.
Модель Bilim.techМодель построена для сайта в открытой библиотеке build123d по каталожным размерам подшипника 6206-2Z: отверстие 30 мм, наружный диаметр 62 мм, ширина 16 мм, 9 шариков диаметром 9,525 мм.