Угловой шарикоподшипник контакта
Шарикоподшипник тип подшипника завальцовк-элемента который использует шарики для поддержания разъединения между обоймами подшипника.
Цель шарикоподшипника уменьшить вращательное трение и поддержку радиальные и аксиальные нагрузки. Она достигает этого путем использовать по крайней мере 3 гонки для содержания шариков и для того чтобы передать нагрузки через шарики. В большинств применениях, одна гонка неподвижна и другое прикрепляются во вращая собрание (например, эпицентр деятельности или вал). Как одна из обойм подшипника поворачивает ее причиняет шарики вращать также. Потому что шарики свертывают они имеют гораздо ниже коэффициент трения чем если 2 плоской поверхности сползали друг против друга.
Шарикоподшипники клонят иметь более низкую емкость нагрузки для их размера чем другие виды подшипников завальцовк-элемента должных к более небольшой площади контакта между шариками и гонками. Однако, они могут допустить некоторое рассогласование внутренних и наружных гонок.
Общие дизайны
Несколько общих дизайнов шарикоподшипника, каждого предлагая различные обмены представления. Их можно сделать из много различных материалов, включая: нержавеющая сталь, хромовая сталь, и керамическое (нитрид кремния (Si3N4)). Гибридный шарикоподшипник подшипник с керамическими шариками и гонками металла.
Угловой контакт
Угловой шарикоподшипник контакта использует осев несимметричные гонки. Аксиальная нагрузка проходит в прямую линию через подшипник, тогда как радиальная нагрузка принимает косой путь который действуют, что отделяет гонки осев. Так угол контакта на внутренней гонке это же как это на наружной гонке. Подшипники с наклонным корпусом улучшают радиальные и осевые нагрузки поддержки (нагружая и в радиальных и осевых направлениях) и угол соприкосновения подшипника следует соответствовать к относительным пропорциям каждого. Большой градусы угла соприкосновения (типично в границах 10 до 45), более высоко аксиальная нагрузка поддержала, но низкий радиальная нагрузка. В высокоскоростных применениях, как турбины, реактивные двигатели, и оборудование зубоврачевания, маховые силы произведенные шариками изменяют угол соприкосновения на внутренней и наружной гонке. Керамика как нитрид кремния теперь регулярно использована в таких применениях должных к их низкой плотности (40% из стали). Эти материалы значительно уменьшают маховую силу и действуют хорошо в высокотемпературных окружающих средах. Они также клонят нести в подобном пути к носить сталь-довольно чем трескающ или разрушающ как стекло или фарфор.
Большинств велосипеды используют подшипники с наклонным корпусом в шлемофонах потому что силы на этих подшипниках и в радиальном и осевом направлении.
Осевой
Гонки осевого или тяги шарикоподшипника польз бок о бок. Аксиальная нагрузка передана сразу через подшипник, пока радиальная нагрузка бедно поддержана и клонит отделить гонки, так, что более большая радиальная нагрузка будет правоподобна для того чтобы повредить подшипник.
Глубок-паз
В подшипнике глубок-паза радиальном, размеры гонки близко к размерам шариков которые бегут в ей. подшипники Глубок-паза поддерживают более высокие нагрузки чем более мелкий паз. Как подшипники с наклонным корпусом, подшипники глубок-паза поддерживают и радиальный и аксиальная нагрузка, но без выбора угла соприкосновения для того чтобы позволить выбору относительной пропорции этих емкостей нагрузки.
Поджатые пары
Выше основные типы подшипников типично приложены в методе поджатых пар, где 2 индивидуальных подшипника твердо прикреплены вдоль вращая вала для того чтобы смотреть на один другого. Это улучшает боковое биение путем занять (поджимать) необходимый небольшой зазор между нося шариками и гонками. Дуэт также обеспечивает преимущество равномерно распределять нагрузки, почти удваивая емкость общей нагрузки сравненную к одиночному подшипнику. Подшипники с наклонным корпусом почти всегда использованы в сопротивляясь парах: несимметричный дизайн каждого подшипника поддерживает аксиальные нагрузки в только одном направлении, поэтому необходима сопротивляемая пара если поддержка требований применения в обоих направлениях. Поджимая силу необходимо конструировать и собрать осторожно, потому что она вычитает от емкости осевой силы подшипников, и может повредить подшипники если приложено чрезмерно. Спаривая механизм может просто смотреть на подшипники совместно сразу, или отделите их с шиммой, втулкой, или особенностью вала.
Типы конструкции
Conrad
Шарикоподшипник Conrad-стиля назван после своего изобретателя, Роберт Conrad, которому наградило великобританский патент 12 206 в 1903 и патент 822 723 США в 1906. Эти подшипники собраны путем устанавливать внутреннее кольцо в эксцентричное положение по отношению к наружному кольцу, с 2 кольцами в контакте в одной точке, приводящ в большом зазоре напротив пункта контакта. Шарики введены через зазор и после этого равномерно распределены вокруг нося собрания, причиняя кольца стать концентрическими. Собрание выполнено путем приспособление клетки к шарикам для поддержания их положений по отношению к одину другого. Без клетки, шарики окончательно перемещались бы из положения во время деятельности, причиняя подшипник вылтить из строя. Клетка носит нулевую нагрузку и служит только поддерживать положение шарика.
Подшипники Conrad имеют преимущество что они могут выдержать и радиальное и аксиальные нагрузки, но имеют недостаток более низкой емкости нагрузки должной к ограниченному количеству шариков которые можно нагрузить в нося собрание. Вероятно самый знакомый промышленный шарикоподшипник стиль Conrad глубок-паза. Подшипник использован в большей части из механических индустрий.
Слот-заполнение
В подшипнике слот-заполнения радиальном, надрезают внутренние и наружные гонки на одной стороне так, что когда зазубрины будут выровняны, шарики можно сместить в приводя слот для того чтобы собрать подшипник. Носить слот-заполнения имеет преимущество которое больше шариков можно собрать (даже позволяющ дизайну полного дополнения), приводящ в более высокой емкости радиальной нагрузки чем подшипник Conrad таких же размеров и типа материала. Однако, подшипник слот-заполнения не может снести значительную аксиальную нагрузку, и слоты причиняют скачкообразность в гонках которые могут иметь небольшое только отрицательное влияние на прочности.
Сброшенная гонка
Сброшенные шарикоподшипники гонки „сброшены“ по мере того как имя предлагает по существу для того чтобы иметь любым OD внутреннего кольца уменьшенного на одну сторону, или ID наружного кольца увеличил на одной стороне. Это позволяет большему количеству шариков быть собранным в или внутреннюю или наружную гонку, и после этого пригонку прессы над сбросом. Иногда наружное кольцо будет нагрето для того чтобы облегчить собрание. Как конструкция слот-заполнения, сброшенная конструкция гонки позволяет большему номеру шариков чем конструкция Conrad, до и включая полного дополнения, и дополнительный отсчет шарика дает емкость груза сверх нормы. Однако, сброшенный подшипник гонки может только поддержать значительные аксиальные нагрузки в одном направлении ("прочь от“ сброшенной гонки).
Сломанная гонка
Другой путь приспособления больше шариков в радиальный шарикоподшипник радиально „ломать“ (отрезающ) одно из колец на всем протяжении, нагружающ шарики внутри, re-собирающ сломанную часть, и после этого используя пару стальных полос для того чтобы держать сломанные разделы кольца совместно в соответствии. Опять, это позволяет больше шариков, включая полный комплект шарика, как бы непохожий с любым заполнением слота или сброшенные конструкции гонки, оно может поддержать значительную осевую загрузку в любом направлении.
Строки
2 дизайна строки: подшипники и двухрядные подшипники одно-строки. Большинств шарикоподшипники дизайн одно-строки, который значит что одна строка шариков подшипника. Этот проектные работы с нагрузками радиальных и тяги.
Дизайн двух-строки имеет 2 строки шариков подшипника. Их недостатку они нужно лучшее выравнивание чем подшипникам одно-строки.
Служенный фланцем
Подшипники с фланцом на наружном кольце упростить осевое положение. Снабжение жилищем для таких подшипников может состоять из через-отверстия равномерного диаметра, но сторона входа снабжения жилищем (которое может быть или наружной или внутренней стороной) должна быть, который подвергли механической обработке поистине нормальными к оси отверстия. Однако такие фланцы очень дороги изготовить. Более рентабельное расположение нося наружного кольца, с подобными преимуществами, паз пружинного кольца на любых или обоих концах внешнего диаметра. Пружинное кольцо принимает функцию фланца.
Проарретированный
Клетки типично использованы для того чтобы обеспечить шарики в шарикоподшипнике Conrad-стиля. В других типах конструкции они могут уменьшить число шариков в зависимости от специфической формы клетки, и таким образом уменьшить емкость нагрузки. Без клеток касательное положение стабилизировано путем сползать 2 выпуклых поверхностей на одине другого. С клеткой касательное положение стабилизировано сползать выпуклой поверхности в, который соответствуют вогнутой поверхности, которая избегает вдавленных мест в шариках и имеет более низкое трение. Проарретированные подшипники ролика были изобретены Джон Гаррисон в середине восемнадцатого века как часть его работы на хронографах. [5]
Гибридные шарикоподшипники используя керамические шарики
Керамические нося шарики могут весить до 40% более менее чем стальные одни, в зависимости от размера и материала. Это уменьшает центробежный нагружать и направляющ рельсами, настолько гибридные керамические подшипники могут привестись в действие подшипники 20% до 40% более быстро чем обычные. Это значит что наружный паз гонки прилагает меньше ввозимых товаров силы против шарика как нося закрутки. Это сокращение численности вооруженных сил уменьшает трение и свертывая сопротивление. Более светлые шарики позволяют подшипнику закрутить быстрое, и используют меньше энергии для поддержания своей скорости.
Керамические шарики типично более трудны чем гонка. Должный для того чтобы нести, с временем они сформируют паз в гонке. Это предпочтительно к носить шариков который вышл бы они с возможными плоскими пятнами значительно вредя представлению.
Пока керамические гибридные подшипники используют керамические шарики вместо стальных одних, они построены со стальными внутренними и наружными кольцами; следовательно гибридное обозначение. Пока керамический материал сам более силен чем стальной, он также жестче, который результаты в увеличенных стрессах на кольцах, и следовательно уменьшенной емкости нагрузки. Керамические шарики электрически изолируют, которые могут предотвратить „образовывая дугу“ отказы если настоящий должны быть проведены через подшипник. Керамические шарики могут также быть эффективны в окружающих средах где смазка не может быть доступна (как в применения космоса).
В некоторых установках только тонкое покрытие керамического использовано над подшипником металлического шара.
Полностью керамические подшипники
Эти подшипники используют и керамические шарики и гонку. Эти подшипники непроницаемый к корозии и редко требуют смазки если на всех. Должный к жесткости и твердости шариков и участвуйте в гонке эти подшипники шумна на высоких скоростях. Жесткость керамического делает эти подшипники хрупкой и подлежащей для того чтобы треснуть под нагрузкой или ударом. Потому что и шарик и гонка подобной носки твердости могут привести к откалывать на высоких скоростях и шариков и гонка это может причинить искриться.
Само-выравнивать
Wingquist развило само-выравнивая шарикоподшипник
Само-выравнивая шарикоподшипники, как подшипник Wingquist показанный в изображении, построены с внутренним кольцом и собрание шарика содержало внутри наружное кольцо которое имеет сферически raceway. Эта конструкция позволяет подшипнику допустить небольшое угловое отклонение следующ из отклонения вала или снабжения жилищем или неправильная установка. Подшипник был использован главным образом в носить расположения с очень длинными валами, как трансмиссионные передаточные валы в фабриках ткани. Один недостаток само-выравнивая шарикоподшипников оценка предельной нагрузки, по мере того как наружный raceway имеет очень низкий osculation (радиус гораздо больше чем радиус шарика). Это привело к вымыслу сферически подшипника ролика, который имеет подобный дизайн, но использует ролики вместо шариков. Также сферически подшипник тяги ролика вымысел который выводит от заключений Wingquist.
Эксплуатационные режимы
Продолжительность жизни
Более подробная информация: Завальцовк-элемент нося разрушение при смятии несущей поверхности §
Высчитанная жизнь для подшипника основана на нагрузке она носит и своя скорость обработки. Индустриальный стандарт годная к употреблению нося продолжительность жизни обратно пропорциональна к давлению на подшипник cubed. [нужная цитация] номинальная максимальная нагрузка подшипника, для продолжительности жизни 1 миллиона вращений, которых на 50 Hz (т.е., 3000 RPM) продолжительность жизни 5,5 рабочих часов. 90% из подшипников этого типа имеют по крайней мере что продолжительность жизни, и 50% подшипников имеют продолжительность жизни по крайней мере 5 раз как длиной.
Вычисление жизни индустриального стандарта основано на работе Lundberg и Palmgren выполненной в 1947. Формула принимает жизнь, который будет ограничиваться усталость металла и что распределение жизни может быть описано распределением Weibull. Много изменений формулы существуют которые включают факторы для материальных свойств, смазки, и загрузки. Факторизовать для нагружать может быть осмотрен как подразумеваемое допущение которому современные материалы демонстрируют различное отношение между нагрузкой и жизнью чем Lundberg и Palmgren определили.
Классификации аварий и повреждений
Если подшипник не вращает, то максимальная нагрузка определена силой которая причиняет пластиковую деформацию элементов или raceways. Вмятия причиненные элементами могут сконцентрировать стрессы и произвести отказы на компонентах. Максимальная нагрузка для не или очень медленно вращая подшипники вызвана «статической» максимальной нагрузкой.
Также если подшипник не вращает, то, осциллируя силы на подшипнике могут причинить повреждение удара к обойме подшипника или свертывая элементам, известным как brinelling. Второе меньшая вызванная форма ложный brinelling происходит если подшипник только вращает через короткую дугу и нажимает смазку вне далеко от свертывая элементов.
Для вращая подшипника, емкость динамической нагрузки показывает нагрузку к которой подшипник терпит 1 000 000 циклов.
Если подшипник вращает, но тяжелый груз, то опытов который продолжает скорее чем одна революция, статическую максимальную нагрузку необходимо использовать в вычислениях, в виду того что подшипник не вращает во время максимальной нагрузки.
Если косой вращающий момент приложен к подшипнику глубокого паза радиальному, то неровная сила в форме эллипсиса приложена на наружном кольце свертывая элементами, концентрируя в 2 регионах на противоположных сторонах наружного кольца. Если наружное кольцо не сильно достаточно, или если оно достаточно не связано структурой поддержки, то наружное кольцо деформирует в овальную форму от косого стресса вращающего момента, до тех пор пока зазор не будет большой достаточно для свертывая элементов для того чтобы избегать. Внутреннее кольцо после этого хлопает вне и подшипник структурно рушится.
Косой вращающий момент на радиальном подшипнике также придает давление к клетке которая держит свертывая элементы на равных расстояниях, должной к свертывая элементам пробуя ко всему скольжению совместно на положении самого высокого косого вращающего момента. Если клетка рушится или ломается врозь, то свертывая элементы собирают совместно, внутреннее кольцо теряет поддержку, и может хлопнуть из центра.
Максимальная нагрузка
Вообще, максимальная нагрузка на шарикоподшипнике пропорциональна к наружному диаметру времен подшипника ширина подшипника (где ширина измерена в направлении цапфы).
Подшипники имеют оценки неподвижной нагрузки. Эти основаны на превышении некоторое количество пластиковой деформации в raceway. Эти оценки могут быть превышены применениями большого количества для некоторых.
Смазка
Для подшипника, который нужно привестись в действие как следует, для этого нужно быть смазанным. В большинстве случаев смазка основана на эластогидродинамическом влиянии (маслом или тавотом) но работающ на подшипниках экстремальных температур сухих смазанных также доступен.
Для подшипника для того чтобы иметь свою номинальную продолжительность жизни на своей номинальной максимальной нагрузке, его необходимо смазать со смазкой (масло или тавот) которая имеет по крайней мере минимальную динамическую выкостность порекомендовала для этого нося.
Порекомендованная динамическая выкостность обратно пропорциональна к диаметру подшипника.
Порекомендованные уменшения динамической выкостности с вращая частотой. Как грубая индикация: для меньше чем 3000 RPM, порекомендовал повышения выкостности с фактором 6 для уменшения фактора 10 в скорости, и для больше чем 3000 RPM, порекомендовал уменшения выкостности с фактором 3 для роста фактора 10 скорости.
Для подшипника где среднее наружного диаметра подшипника и диаметра отверстия цапфы 50 mm, и это вращает на 3000 RPM, порекомендованная динамическая выкостность 12 mm ² /s.
Заметьте что динамическая выкостность масла меняет сильно с температурой: рост температуры 50-70 причин °C выкостность, который будет уменьшать фактор 10.
Если выкостность смазки выше чем порекомендовано, то продолжительность жизни носить повышения, грубо пропорциональная к квадратному корню выкостности. Если выкостность смазки ниже чем порекомендовано, то продолжительность жизни нося уменшений, и насколько зависит от которого типа будучи использованной масла. Для масел с добавками EP ("весьма давления "), продолжительность жизни пропорциональна к квадратному корню динамической выкостности, как раз по мере того как она была для слишком высоковязкого, пока для обычной продолжительности жизни масел пропорциональн к квадрату выкостности если низк-чем-порекомендованная выкостность использована.
Смазку можно сделать с тавотом, который имеет преимущества что тавот нормально держится внутри подшипник выпуская масло смазки по мере того как он обжат шариками. Она обеспечивает защитный барьер для подшипникового металла от окружающей среды, но имеет недостатки что этот тавот необходимо заменять периодически, и максимальную нагрузку носить уменшения (потому что если подшипник получает слишком теплым, то тавот плавит и бежит из подшипника). Время между заменами тавота уменьшает очень сильно с диаметром подшипника: для подшипника 40 mm, тавот должен быть заменен каждые 5000 рабочих часов, пока для подшипника 100 mm он должен быть заменен каждые 500 рабочих часов.
Смазке можно также сделать с маслом, которое имеет преимущество более высокой максимальной нагрузки, но нужен некоторый путь держать масло в подшипнике, по мере того как оно нормально клонит побежать из его. Для смазки масла порекомендовано что для применений где масло не будет более теплым чем °C 50, масло должно быть заменено один раз в год, пока для применений где масло не будет более теплым чем °C 100, масло должно быть заменено 4 раза в год. Для двигателей автомобиля, масло будет °C 100 но двигатель имеет фильтр для масла для поддержания качества масла; поэтому, масло обычно изменено более менее часто чем масло в подшипниках.
Направление нагрузки
Большинств подшипники значены для поддерживая нагрузок перпендикулярных к цапфе («радиальным нагрузкам»). Ли они могут также принести аксиальные нагрузки, и если так, то насколько, зависит от типа подшипника. Подшипники тяги (обыкновенно нашл на ленивых susans) специфически конструированы для аксиальных нагрузок.
Для шарикоподшипников глубок-паза одно-строки, максимальная аксиальная нагрузка около 50% из максимальной радиальной нагрузки, но она также говорит что «свет» и/или «небольшие» подшипники могут принять аксиальные нагрузки которые 25% из максимальной радиальной нагрузки.
Для шарикоподшипников кромочного касания одно-строки, аксиальная нагрузка может быть около 2 раза максимальной радиальной нагрузкой, и для конических подпятников максимальная аксиальная нагрузка между 1 и 2 раза максимальной радиальной нагрузкой.
Часто шарикоподшипники Conrad-стиля будут показывать усекание эллипсиса контакта под аксиальной нагрузкой. Это значит что или ID наружного кольца большой достаточно, или OD внутреннего кольца небольшой достаточно, для уменьшения поля зацепления между шариками и raceway. Когда это случай, оно может значительно увеличить стрессы в подшипнике, часто invalidating общие эмпирические способы относительно отношений между емкостью радиальных и аксиальной нагрузки. С типами конструкции за исключением Conrad, одно может дальше уменьшить наружный ID кольца и увеличить внутреннее кольцо OD для того чтобы защитить против этого.
Если и осевой и радиальная нагрузка присутствуйте, то они можно складывать геометрически, для того чтобы привести в общей нагрузке на подшипнике, который в комбинации с номинальной максимальной нагрузкой можно использовать для того чтобы предсказать продолжительность жизни. Однако, правильно для того чтобы предсказать классифицируя жизнь шарикоподшипников ISO/TS 16281 должно быть использовано с помощью программному обеспечению вычисления.
Избежание нежелательной аксиальной нагрузки
Части подшипника который вращает (любые отверстие цапфы или наружная окружность) необходимо исправить, пока для части которая не поворачивает это нет необходимый (поэтому он можно позволить для того чтобы сползти). Если подшипник нагружен осев, то обе стороны необходимо исправить.
Если цапфа имеет 2 подшипника, и температура меняет, то цапфа сжимает или расширяет, поэтому она не допустима для обоих подшипников, который нужно зафиксировать на обеих их сторонах, в виду того что расширение цапфы приложило бы осевые силы которые разрушили бы эти подшипники. Поэтому, по крайней мере один из подшипников должно мочь сползти.
„Свободно сползать пригонку“ одно где по крайней мере зазор 4 µm, предположительно потому что шероховатость поверхности поверхности сделанной на токарном станке нормально между µm 1,6 и 3,2.
Пригонка
Подшипники могут выдержать их максимальную нагрузку только если сопрягая части как следует определять размер. Носящ изготовители поставляют допуски для пригонки вала и расквартировывать так, что этого можно достигнуть. Материал и твердость могут также быть определены.
Штуцеры которые не позволены сместить сделаны к диаметрам которые предотвращают сместить и следовательно сопрягая поверхности не могут быть принесены в положение без силы. Для небольших подшипников это наиболее хорошо сделано с прессой потому что выстукивающ с повреждениями и подшипником и валом молотка, пока для больших подшипников необходимые силы настолько большие что никакая альтернатива к нагревать одну часть перед приспособлением, так, что тепловое расширение позволит временной сползая пригонке.
Избежание нагрузок на кручение
Если вал поддержан 2 подшипниками, и оси вращения этих подшипников нет этих же, то большие силы приложены на подшипнике который может разрушить его. Некоторое очень небольшое количество рассогласования приемлемо, и насколько зависит от типа подшипника. Для подшипников которые специфически сделаны „для того чтобывыравнивать“, приемлемое рассогласование между 1,5 и 3 градусами дуги. Подшипники которые не конструированы для того чтобывыравнивать могут признавать рассогласование только 2-10 дуговых минут.
Применения: Земледелие
Химикат
Общая индустрия
Общие назначения
Шпиндель механического инструмента
Механический инструмент для высокоскоростной подвергать механической обработке точности (высокоскоростной встроенный центр)
Поддержка шпинделя точности
