Шарнирный подшипник
Как гидроцилиндр качается на пальце и не гнет шток, когда проушины под нагрузкой перекашиваются? Разбери шарнирный подшипник на два кольца и посмотри, как сфера лежит в сфере.
Шарнирный подшипник устроен как сустав: сфера внутреннего кольца лежит в сфере наружного и поворачивается в ней в любую сторону.
Тел качения здесь нет: кольца скользят друг по другу сферами. Нагрузку несет большая площадь сферы, а не крошечные пятна, как у шариков, поэтому небольшой подшипник держит большие силы и удары. Зато быстро вращаться он не может: перегреется от трения. Его работа: медленно качаться на небольшой угол и давать оси наклоняться, когда детали перекошены или прогибаются под нагрузкой.
Сталь по стали скользит только со смазкой. При медленном качании масляный клин не возникает, и сферы разделяет лишь тонкий слой смазки, поэтому узел шприцуют часто: свежая смазка выдавливает старую вместе с грязью. Подшипники с фторопластовым слоем работают без смазки, но под удары и нагрузку, которая меняет направление, как у ковша, ставят сталь по стали. Подача смазки разобрана в теме «Пластичная смазка и централизованная система».
- d
- Диаметр отверстия, мм. У этой модели 25,4 мм, ровно дюйм: такие подшипники делают и в дюймах. Метрический с отверстием 25 мм обозначают GE25ES, по ГОСТ ШС25.
- α
- Угол наклона. На сколько внутреннее кольцо может наклониться в наружном. Обычно несколько градусов: хватает, чтобы простить перекос проушин и прогиб пальца.
- pv
- Давление, умноженное на скорость скольжения. Предел подшипника скольжения без масляного клина. При медленном качании шарнир держит огромное давление, при быстром перегревается, и начинается задир.
Из чего состоит шарнирный подшипник
Внутреннее кольцо качается внутри наружного, как шар в гнезде: палец наклоняется вместе с деталью, к которой прикреплен, и не заклинивает в проушине. Кольца скользят друг по другу по сфере, поэтому шарнирный подшипник относится к подшипникам скольжения.
Источник модели«Spherical Bearing», автор vimalgeorge10, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Внутреннее кольцо
Зачем. Сидит на пальце. Снаружи у него выпуклая сфера, которая лежит в наружном кольце. Внутреннее кольцо шире наружного: даже при наклоне его сфера подпирает наружное кольцо по всей ширине.
Из чего. Закаленная подшипниковая сталь. Сферу шлифуют и фосфатируют или хромируют, чтобы она лучше скользила.
Износ. Задиры и бурые пятна на сфере. Если кольцо проворачивается на пальце, стирается палец.
- 02
Наружное кольцо
Зачем. Сидит в проушине с натягом, внутри у него вогнутая сфера. Посередине кольца канавка и отверстия: по ним смазка от масленки идет к сферам. На модели уплотнений нет, а в грязной работе с двух сторон ставят резиновые кромки: они держат смазку и не пускают пыль.
Из чего. Закаленная подшипниковая сталь. Чтобы вложить внутреннее кольцо, наружное на заводе разламывают в одном месте и разжимают. В проушине посадка сжимает его, и разлом не мешает.
Износ. Сфера стирается, и появляется люфт. Слабо посаженное кольцо проворачивается и разбивает проушину.
Где стоит
- Проушины гидроцилиндров
В проушины цилиндров подъема кузова и рулевых цилиндров самосвала, цилиндров погрузчика и экскаватора часто ставят шарнирные подшипники. Сфера не дает перекосу проушин гнуть шток.
- Подвеска и рулевые тяги
Тяги подвески самосвала качаются вместе с мостом, а рулевые еще и сдвигаются при повороте колес. Шарнир на конце тяги прощает перекос в любую сторону.
- Отвал бульдозера
Раскосы и цилиндры перекоса отвала крепят на сферических шарнирах. Когда отвал перекашивают, рычаги поворачиваются сразу в двух плоскостях, и простой палец заклинило бы в проушине.
Как ломается и как это заметить
- Люфт от грязи
Без смазки в щель набивается пыль и работает как наждак. Появляется люфт: когда цилиндр меняет направление движения, в узле слышен стук, а палец заметно ходит в проушине.
- Фреттинг
При большой нагрузке и малом качании смазка выдавливается и не возвращается. Металл трется о металл микросдвигами: рыжая пыль, бурые пятна, потом задиры. Помогает частая смазка малыми порциями.
- Проворот кольца
Слабо посаженное наружное кольцо проворачивается и разбивает проушину, и ее восстанавливают наплавкой и расточкой. Признаки: кольцо сдвинулось к краю проушины, а на стыке кольца с проушиной темный налет от стертого металла.
Источник модели«Spherical Bearing», автор vimalgeorge10, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.