Почему в большинстве горнодобывающих машин используются подшипники качения вместо подшипников скольжения?

Подшипники, являясь незаменимым и важным компонентом в механических изделиях, играют важную роль в поддержке вращающихся валов. В зависимости от различных свойств трения подшипники делятся на подшипники качения (также называемые подшипниками качения) и подшипники скольжения (также называемые подшипниками скольжения). Оба типа подшипников имеют свои конструктивные особенности, и каждый из них обладает своими преимуществами и недостатками в работе.

Сравнение подшипников качения и подшипников скольжения

1. Сравнение структуры и способа движения.

Наиболее очевидное различие между подшипниками качения иподшипники скольженияЭто наличие или отсутствие элементов качения.

В подшипниках качения используются элементы качения (шарики, цилиндрические ролики, конические ролики, игольчатые ролики), которые за счет своего вращения поддерживают вращающийся вал, поэтому контактная поверхность представляет собой точку, и чем больше элементов качения, тем больше точек контакта.

Подшипники скольженияне имеют элементов качения и опираются на гладкие поверхности для поддержки вращающегося вала, поэтому контактирующей частью является поверхность.

 

Различие в конструкции этих двух подшипников определяет, что режим движения подшипника качения — это качение, а режим движения подшипника скольжения — это скольжение, поэтому условия трения совершенно разные.

 

2. Сравнение несущей способности

В целом, из-за большой площади контакта подшипника скольжения его несущая способность обычно выше, чем у подшипника качения, а способность подшипника качения выдерживать ударную нагрузку невысока. Однако подшипник с полностью жидкостной смазкой может выдерживать большую ударную нагрузку благодаря амортизации и поглощению вибраций за счет масляной пленки. При высокой скорости вращения центробежная сила качения в подшипнике качения возрастает, и его несущая способность снижается (на высоких скоростях может возникать шум). В случае динамических подшипников скольжения их несущая способность увеличивается с повышением скорости.

 

3. Сравнение коэффициента трения и начального сопротивления трению.

В нормальных условиях эксплуатации коэффициент трения подшипников качения ниже, чем у подшипников скольжения, и его значение более стабильно. На смазку подшипников скольжения легко влияют внешние факторы, такие как скорость и вибрация, и коэффициент трения сильно изменяется.

 

При запуске сопротивление больше, чем у подшипника качения, поскольку в подшипнике скольжения еще не сформировалась стабильная масляная пленка, однако пусковое сопротивление трения и рабочий коэффициент трения гидростатического подшипника скольжения очень малы.

 

4. Сравнение применимых рабочих скоростей

Из-за ограничения центробежной силы катящегося элемента и повышения температуры подшипника, скорость вращения подшипника качения не может быть слишком высокой, и обычно он подходит для работы на средних и низких скоростях. В подшипниках с неполной жидкостной смазкой из-за нагрева и износа рабочая скорость не должна быть слишком высокой. Высокоскоростные характеристики подшипников с полной жидкостной смазкой очень хороши, особенно когда гидростатические подшипники скольжения смазываются воздухом, и их скорость вращения может достигать 100 000 об/мин.

 

5. Сравнение потерь мощности

Из-за малого коэффициента трения подшипников качения потери мощности в них, как правило, невелики и меньше, чем в подшипниках с неполной жидкостной смазкой, но они резко возрастают при правильной смазке и установке. Потери мощности на трение в подшипниках с полной жидкостной смазкой невелики, но для гидростатических подшипников скольжения общие потери мощности могут быть выше, чем у гидростатических подшипников скольжения, из-за потерь мощности масляного насоса.

 

6. Сравнение сроков службы

Из-за влияния образования точечных повреждений материала и усталости, срок службы подшипников качения обычно составляет 5–10 лет или заменяется при капитальном ремонте. В подшипниках с неполной жидкостной смазкой обоймы сильно изнашиваются и требуют регулярной замены. Срок службы подшипников с полной жидкостной смазкой теоретически неограничен, но на практике может происходить усталостное разрушение материала подшипника из-за циклических нагрузок, особенно в динамических подшипниках скольжения.

 

7. Сравнение точности вращения

Подшипники качения, как правило, обладают высокой точностью вращения благодаря малому радиальному зазору. Неполностью смазываемый жидкостью подшипник находится в состоянии граничной смазки или смешанной смазки, что приводит к нестабильной работе, сильному износу и низкой точности. Благодаря наличию масляной пленки, полностью смазываемый жидкостью подшипник обеспечивает высокоточную амортизацию и поглощение вибраций. Гидростатические подшипники скольжения обладают более высокой точностью вращения.

 

8. Сравнение с другими аспектами

В подшипниках качения используется масло, консистентная смазка или твердая смазка, их количество очень мало, но при высоких скоростях оно становится большим, поэтому требуется высокая чистота масла, что обуславливает необходимость герметизации. При этом подшипник легко заменяется, и обычно не требуется ремонт цапфы. Что касается подшипников скольжения, то, помимо неполной жидкостной смазки, смазка, как правило, жидкая или газообразная, её количество очень велико, требования к чистоте масла также очень высоки, подшипниковые опоры необходимо часто заменять, а иногда требуется ремонт цапфы.

 

Выбор подшипников качения и подшипников скольжения

Из-за сложных и разнообразных реальных условий эксплуатации не существует единого стандарта для выбора подшипников качения и подшипников скольжения. Благодаря малому коэффициенту трения, малому сопротивлению при запуске, чувствительности, высокой эффективности и стандартизации, подшипники качения обладают отличной взаимозаменяемостью и универсальностью, удобны в использовании, смазке и обслуживании, и, как правило, им отдается приоритет при выборе, поэтому они широко используются в машинах общего назначения. Сами по себе подшипники скольжения обладают рядом уникальных преимуществ, которые обычно используются в тех случаях, когда подшипники качения не могут быть использованы из-за неудобств или отсутствия преимуществ, например, в следующих случаях:

 

1. Радиальный размер пространства ограничен, или установка должна быть разделена.

Из-за наличия в конструкции внутреннего и наружного колец, элементов качения и сепаратора радиальные размеры подшипника качения велики, и область его применения в определенной степени ограничена. Игольчатые подшипники используются, когда радиальные размеры строго регламентированы, а при необходимости требуются подшипники скольжения. Для деталей, в которых неудобно устанавливать подшипники, которые невозможно монтировать в осевом направлении, или где детали должны быть разделены на части, используются разъемные подшипники скольжения.

 

2. События, требующие высокой точности

Когда к используемому подшипнику предъявляются высокие требования к точности, обычно выбирают подшипник скольжения, поскольку масляная пленка подшипника скольжения может гасить вибрации. При чрезвычайно высокой точности можно выбрать только гидростатический подшипник скольжения. Подшипники скольжения широко используются в прецизионных и высокоточных шлифовальных станках, различных прецизионных инструментах и ​​т. д.

 

3. Случаи перевозки тяжелых грузов

Подшипники качения, будь то шариковые или роликовые, подвержены нагреву и усталости при высоких нагрузках. Поэтому при больших нагрузках чаще всего используются подшипники скольжения, например, в прокатных станах, паровых турбинах, авиационных двигателях и горнодобывающем оборудовании.

 

4. Другие случаи

Например, при особенно высокой рабочей скорости, чрезвычайно сильных ударах и вибрации, а также необходимости работы в воде или агрессивных средах и т. д., целесообразно выбирать подшипники скольжения.

 

В машиностроении и оборудовании используются подшипники качения и подшипники скольжения, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки, и его выбор должен быть разумным и соответствовать конкретному проекту. В прошлом в крупных и средних дробилках обычно использовались подшипники скольжения, отлитые из баббита, поскольку они выдерживали большие ударные нагрузки, были более износостойкими и стабильными. В небольших щековых дробилках чаще всего используются подшипники качения, которые обладают высокой эффективностью передачи, более чувствительны и просты в обслуживании. С повышением уровня технологий производства подшипников качения большинство крупных щековых дробилок также используют подшипники качения.