Не все знают, что подшипник качения, как, впрочем, и многие другие изобретения в механике, был придуман давным-давно. Обычно историки демонстрируют поднятые с морского дна остатки древнеримского или древнегреческого судна, в которых сохранились некоторые детали подъёмника. Основной вал этого кабестана (лебёдки) вращали каменные ядра. Считается, что именно этот механизм и есть самый первый известный учёным шариковый подшипник.
Несмотря на это, подшипники с механизмом вращения на опорах качения, исключая редчайшие единичные случаи, не использовались широко до того момента, пока технологический прогресс не снабдил мастеров огромными количествами одинаковых шариков, а затем и роликов, способных равномерно распределить между собой рабочую нагрузку. Поэтому подшипники качения многие считают высокотехнологическими «пионерами» сферы массового машиностроения.
Стандартизация подшипников качения
Сложности и особая специфика технологий изготовления подшипников заставили производителей разработать универсальные модели. В большинстве компаний придерживаются стандартов США и ISO/DIN. В России действует Государственный стандарт качества - ГОСТ.
Конструкция и характеристики подшипника
Любой подшипник состоит из внутреннего и внешнего колец, роликов или шариков, а также сепаратора, разделяющего между собой эти элементы качения. Кроме сепаратора, изготовленного из мягкого цветного метала или пластика, остальные части подшипниковой конструкции выполнены из специальной высокопрочной стали.
Важной характеристикой подшипника считается диаметр его вала (цапфы), на который он устанавливается. Однако при одинаковом диаметре вала, внешние габариты подшипника могут существенно варьироваться, в зависимости от максимально допустимой нагрузки на модель данной серии. Стандартные подшипники выпускают в легкой, средней и тяжелой сериях (у различных производителей классификация может незначительно различаться).
Не менее важен и класс точности подшипника, определяющий отсутствие вибраций, бесшумность работы и долговечность всего подшипникового узла.
Классификация подшипников
В зависимости от восприятия нагрузки подшипники бывают:
- радиальные;
- радиально-упорные;
- упорные.
Несмотря на то, что радиально-упорные модели воспринимают только одностороннее осевое усилие, в некоторых из них предусмотрена возможность двухсторонней радиальной нагрузки. В подшипниках ступиц колес автомобилей, к примеру, конструкция включает два работающих навстречу один другому стандартных радиально-упорных подшипника. Шариковые радиально-упорные подшипники более быстроходны и воспринимают осевые усилия непосредственно шариками и особыми «высокими» бортиками внутреннего и внешнего колец. Роликовые модели более грузоподъёмные и воспринимают осевое усилие всей поверхностью внутреннего и внешнего колец через конические ролики.
В редких случаях и при исключительно осевых нагрузках на вал, задействуют упорные подшипники, которые серьёзно ограничены по угловой скорости, то есть при действии центробежной силы работают «неправильно». Кольца упорных моделей не вращаются, а только перемещаются от своего центра на определённый угол, в зависимости от поворота, к примеру, стойки руля управления.
Радиальные подшипники
Радиальные модели подшипников могут быть шариковыми (наиболее распространены) и роликовыми. Они просты по своей конструкции и незначительно сопротивляются вращению. При этом нагрузки могут быть как радиальные, так и осевые величиной до 70% неизрасходованной радиальной.
Роликовые подшипники
Из одинаковых по размеру шариковых и роликовых подшипников к более высоким нагрузкам лучше приспособлен второй тип. Однако, находясь под осевой нагрузкой, такой подшипник серьёзно износится, если сопротивление качению резко увеличится. К тому же этот тип крайне чувствителен к перекосам. Иногда роликовые модели комплектуют нестандартными, похожими на витые пружины роликами. И хотя каждый такой ролик рассчитан на меньшую нагрузку, чем традиционный, он, благодаря своим пружинящим качествам, менее чувствителен к ударам и перекосам.
Игольчатые и насыпные подшипники
Желание уменьшить размеры подшипников заставило промышленников придумать игольчатые модели, в которых ролики существенно удлинены. Иногда они на самом деле похожи на толстые иглы. Многие такие устройства вообще не имеют какого-либо кольца, а иногда и обоих. А если в них нет также сепаратора, а элементы качения занимают все пространство от вала до корпуса, то их считают «насыпными». Такие устройства востребованы при изготовлении относительно маломощных ДВС (для газонокосилок, пил, скутеров и даже некоторых мотоциклов). Обычно они входят в конструкции коленчатых валов, шатунов и опор поршневого пальца вместо подшипников скольжения.
Самоустанавливающиеся подшипники
Агрегаты, в которых валы могут перекоситься, снабжают самоустанавливающимися подшипниками. Их внешнее кольцо расточено по сфере, в центре которой и будет находиться центр самого подшипника. Это позволяет внешнему кольцу перекоситься по отношению ко внутреннему не более чем на 3 градуса, без заклинивания элементов качения в самом подшипнике. Такие модели бывают преимущественно шариковыми. Мелкие шарики в них размещены в два ряда. При высоких радиальных нагрузках шарики заменяют на «бочкообразные» ролики.
