Представьте, что вы сели в автомобиль, повернули ключ зажигания, нажали на педаль газа, а машина не тронулась с места. В чем проблема? Скорее всего, вышел из строя подшипник в двигателе или трансмиссии. Или другая ситуация: включили стиральную машину, а барабан с бельем не завертелся, стоит на месте и лишь жалобно гудит мотор. Вновь виноват подшипник, на котором вращается барабан.
Подшипники являются одними из важнейших, но зачастую незаметных деталей большинства механизмов и машин. Это те самые детали, которые обеспечивают вращение валов и осей, принимая на себя тяжелейшие нагрузки. Без них не работал бы ни один автомобиль и мотоцикл, ни одна стиральная или посудомоечная машина, ни один электродвигатель или насос. Подшипники используются буквально везде — от кухонного комбайна до реактивных двигателей авиалайнеров и турбин атомных электростанций. Их надёжная работа критически важна для функционирования всех вращающихся механизмов.
Давайте разберемся, какие бывают типы этих «невидимых героев», за счёт каких принципов они работают, как устроены и где применяются.
Основные типы
Существует несколько основных типов подшипников, различающихся конструкцией и принципом работы.
Скольжения представляют собой сопряженные поверхности вала и вкладыша, между которыми имеется зазор, заполняемый смазочным материалом. Вращение происходит за счет скольжения these поверхностей относительно друг друга. Такие подшипники дешевы в производстве, но обладают повышенным трением и нагревом.
Намного более распространены подшипники качения, в которых вращение элементов происходит за счет качения тел качения (обычно шариков или роликов). Они характеризуются высокой нагрузочной способностью, низким трением, долговечностью и надежностью.
Существуют радиальные и радиально-упорные подшипники. В радиальных воспринимаются только радиальные нагрузки, перпендикулярные оси вращения. Радиально-упорные могут воспринимать также осевые и упорные нагрузки.
Отдельный класс представляют магнитные подшипники, в которых взаимодействующие поверхности полностью изолированы друг от друга магнитным полем. Они отличаются практически полным отсутствием трения, высокой скоростью вращения и долговечностью.
Материалы для изготовления
Для производства подшипников используется широкий спектр материалов.
Наиболее часто применяют различные стали: конструкционные, легированные, нержавеющие. Из стали изготавливаются наружные кольца, сепараторы, сепараторные кольца. Стали отличаются прочностью, износостойкостью и относительно низкой стоимостью.
Для внутренних колец подшипников используют бронзу и латунь. Эти сплавы обладают высокой антифрикционностью, мягкостью, хорошей прирабатываемостью.
Тела и ролики качения обычно изготавливают из высококачественной стали, которая подвергается специальной термообработке — закалке. Сталь при этом приобретает высокую износостойкость и твердость.
Важную роль играет применение смазочных материалов на основе минеральных масел, лития, полимочевины и других компонентов.
Для специальных подшипников, работающих в экстремальных условиях могут использоваться экзотические материалы: керамика, рубин, сапфир, сплавы на основе серебра, вольфрама. Эти материалы отличает предельная твердость, жаростойкость и долговечность.
Основные области применения
Подшипники находят широчайшее применение практически во всех отраслях промышленности и транспорта, где используется вращательное движение.
- Транспортное машиностроение: железнодорожный транспорт, автомобилестроение, судостроение, авиастроение. Подшипники используются в двигателях, трансмиссиях, ходовых частях, механизмах управления.
- Электротехническая промышленность — электродвигатели, электрогенераторы, насосы, компрессоры.
- Тяжелое машиностроение: металлорежущие станки, прокатные станы, доменные печи, горно-обогатительное оборудование и т.д.
- Пищевая промышленность: конвейеры, сепараторы, гомогенизаторы, смесители, дозаторы.
- Строительная техника: экскаваторы, дорожные катки, бетономешалки.
- Военная техника: танки, самолеты, ракеты, корабли, вертолеты.
- Бытовая техника: стиральные машины, холодильники, пылесосы, миксеры, швейные машины.
- Робототехника и автоматизация производственных процессов.
Таким образом, подшипники являются неотъемлемой частью широкого спектра механизмов и оборудования. От надежности их работы напрямую зависит бесперебойное функционирование многих технических систем. Поэтому созданию и производству подшипников уделяется огромное внимание со стороны инженеров и производителей. Развитие новых материалов и технологий позволят в дальнейшем еще больше повысить эксплуатационные характеристики этого столь широко применяемого изделия.