Чому більшість гірничодобувного обладнання використовують підшипники кочення замість підшипників ковзання?

Як незамінний та важливий компонент у механічних виробах, підшипники відіграють важливу роль в опорі обертових валів. Залежно від різних властивостей тертя, підшипники поділяються на підшипники тертя кочення (так звані підшипники кочення) та підшипники тертя ковзання (так звані підшипники ковзання). Ці два типи підшипників мають свої конструктивні характеристики, і кожен з них має свої переваги та недоліки в роботі.

Порівняння підшипників кочення та ковзання

1. Порівняння структури та режиму руху

Найбільш очевидна різниця між підшипниками кочення тапідшипники ковзанняє наявність або відсутність тіл кочення.

Підшипники кочення мають елементи кочення (кульки, циліндричні ролики, конічні ролики, голчасті ролики), які за рахунок свого обертання підтримують обертовий вал, тому контактна частина є точкою, і чим більше елементів кочення, тим більше точок контакту.

Підшипники ковзанняне мають тіл кочення та спираються на гладкі поверхні для підтримки обертового вала, тому контактною частиною є поверхня.

 

Різниця в структурі цих двох визначає, що режим руху підшипника кочення - кочення, а режим руху підшипника ковзання - ковзання, тому ситуація тертя зовсім інша.

 

2. Порівняння вантажопідйомності

Загалом, через велику площу опори підшипника ковзання, його несуча здатність, як правило, вища, ніж у підшипника кочення, і здатність підшипника кочення витримувати ударне навантаження невисока, але повністю змащений рідиною підшипник може витримувати велике ударне навантаження завдяки ролі амортизації та поглинання вібрації завдяки масляній плівці. При високій швидкості обертання відцентрова сила тіл кочення в підшипнику кочення збільшується, а його несуча здатність зменшується (на високих швидкостях схильний до виникнення шуму). У випадку динамічних підшипників ковзання їх несуча здатність збільшується з вищими швидкостями.

 

3. Порівняння коефіцієнта тертя та опору тертя при запуску

За нормальних робочих умов коефіцієнт тертя підшипників кочення нижчий, ніж у підшипників ковзання, і його значення стабільніше. Змащення підшипників ковзання легко залежить від зовнішніх факторів, таких як швидкість та вібрація, тому коефіцієнт тертя може сильно змінюватися.

 

Під час запуску опір більший, ніж у підшипника кочення, оскільки підшипник ковзання ще не утворив стабільної масляної плівки, але початковий опір тертя та робочий коефіцієнт тертя гідростатичного підшипника ковзання дуже малі.

 

4. Порівняння застосовних робочих швидкостей

Через обмеження відцентрової сили тіла кочення та підвищення температури підшипника, швидкість підшипника кочення не може бути занадто високою, і він, як правило, підходить для робочих умов із середньою та низькою швидкістю. Підшипники з неповним рідинним змащенням через нагрівання та знос підшипника, робоча швидкість не повинна бути занадто високою. Високошвидкісні характеристики повністю рідинно змащених підшипників дуже хороші, особливо коли гідростатичні підшипники ковзання змащуються повітрям, а їхня швидкість обертання може досягати 100 000 об/хв.

 

5. Порівняння втрат потужності

Через малий коефіцієнт тертя підшипників кочення втрати потужності у них, як правило, невеликі, що менше, ніж у підшипників з неповним рідинним змащенням, але вони значно зростають за умови правильного змащування та встановлення. Втрати потужності на тертя підшипників з повним рідинним змащенням низькі, але для гідростатичних підшипників ковзання загальні втрати потужності можуть бути вищими, ніж у гідростатичних підшипників ковзання, через втрату потужності масляного насоса.

 

6. Порівняння терміну служби

Через вплив точкової корозивності та втоми матеріалу, підшипники кочення зазвичай розраховані на 5~10 років або замінюються під час капітального ремонту. Прокладки неповних підшипників з рідинним змащенням сильно зношені та потребують регулярної заміни. Термін служби повністю підшипників з рідинним змащенням теоретично необмежений, але на практиці втомне руйнування матеріалу підшипника може виникнути через циклічні напруження, особливо для динамічних підшипників ковзання.

 

7. Порівняння точності обертання

Підшипники кочення зазвичай мають високу точність обертання завдяки малому радіальному зазору. Неповний рідинний підшипник знаходиться в стані граничного змащення або змішаного змащення, що призводить до нестабільної роботи, значного зносу та низької точності. Завдяки наявності масляної плівки, повністю рідинний підшипник амортизує та поглинає вібрацію з високою точністю. Гідростатичні підшипники ковзання мають вищу точність обертання.

 

8. Порівняння інших аспектів

У підшипниках кочення використовується олія, мастило або тверде мастило, їх кількість дуже мала, на високій швидкості велика, а чистота оливи має бути високою, тому її потрібно герметизувати, але підшипник легко замінити, і зазвичай не потрібно ремонтувати шийку. Для підшипників ковзання, крім неповного рідкого змащення, мастило зазвичай рідке або газоподібне, його кількість дуже велика, вимоги до чистоти оливи також дуже високі, підшипникові прокладки потребують частої заміни, а іноді й ремонту шийки.

 

Вибір підшипників кочення та ковзання

Через складні та різноманітні фактичні умови експлуатації не існує єдиного стандарту для вибору підшипників кочення та ковзання. Завдяки малому коефіцієнту тертя, малому пусковому опору, чутливості, високому ККД та стандартизації, підшипники кочення мають чудову взаємозамінність та універсальність, зручні у використанні, змащенні та обслуговуванні, і їм зазвичай надається пріоритет при виборі, тому вони широко використовуються в загальних машинах. Самі підшипники ковзання мають деякі унікальні переваги, які зазвичай використовуються в деяких випадках, коли підшипники кочення не можуть бути використані, незручні або не мають переваг, наприклад, у таких випадках:

 

1. Розмір радіального простору обмежений, або установку необхідно розділити

Через наявність у конструкції внутрішнього кільця, зовнішнього кільця, елемента кочення та сепаратора, радіальний розмір підшипника кочення великий, а його застосування певною мірою обмежене. Голчасті роликові підшипники використовуються, коли радіальні розміри суворі, а за необхідності потрібні підшипники ковзання. Для деталей, які незручно встановлювати з підшипників, або які не можна встановити з осьового напрямку, або де деталі необхідно розділити на частини, використовуються роз'ємні підшипники ковзання.

 

2. Високоточні випадки

Коли використовується підшипник з високими вимогами до точності, зазвичай вибирають підшипник ковзання, оскільки мастильна плівка підшипника ковзання може поглинати вібрацію, а коли точність надзвичайно висока, можна вибрати лише гідростатичний підшипник ковзання. Підшипники ковзання широко використовуються для прецизійних та високоточних шліфувальних верстатів, різних прецизійних інструментів тощо.

 

3. Випадки важкого навантаження

Підшипники кочення, як кулькові, так і роликові, схильні до нагрівання та втоми у важких умовах експлуатації. Тому, коли навантаження велике, підшипники ковзання найчастіше використовуються, наприклад, у прокатних станах, парових турбінах, аксесуарах авіаційних двигунів та гірничодобувному обладнанні.

 

4. Інші випадки

Наприклад, робоча швидкість особливо висока, удари та вібрація надзвичайно великі, а також необхідність роботи у воді або агресивних середовищах тощо, підшипники ковзання також можна вибирати розумно.

 

Для різних машин та обладнання, використання підшипників кочення та ковзання має свої переваги та недоліки, і їх слід обґрунтовано вибирати відповідно до конкретного проекту. У минулому великі та середні дробарки зазвичай використовували підшипники ковзання, відлиті з бабіту, оскільки вони могли витримувати великі ударні навантаження, були більш зносостійкими та стабільними. Малі щелепні дробарки здебільшого використовувалися з підшипниками кочення, які мають високий коефіцієнт корисної дії передачі, є більш чутливими та простими в обслуговуванні. З підвищенням технічного рівня виробництва підшипників кочення, більшість великих щелепних дробарок також використовуються в підшипниках кочення.