Зачем нужны подшипники?

Вспомните: тащить какой-нибудь массивный предмет по скользкой, мокрой глине намного легче, чем по сухому, шероховатому асфальту. А если приходится тащить по асфальтированному покрытию, то лучше подкладывать под предмет какие-то катки.

На языке техники это означает, что сделать меньше трение можно, заменив сухое трение жидкостным трением скольжения или трением качения.
Опорные участки вала – их называют шипами или шейками – протачивают, зашлифовывают и помещают в особенные опоры – подшипники, которые делятся на 2 важные группы: подшипники качения и подшипники скольжения.

подшипники скольжения состоят из корпуса с отверстием и запрессованной в него втулки, а чаще – из разъемного корпуса и вкладышей. Во время сборки вал кладется отшлифованными шейками на находящиеся снизу половинки вкладышей и укрывается верхними половинками.

В силу того, что трущиеся детали выполняют всегда из тех или иных материалов ( валы – из черных металлов, вкладыши – из бронзы или иного сплава), трение существенно уменьшается. Но этого мало. На поверхности внутри вкладышей есть бороздки, по которой растекается смазка. Как только вал начинает вращаться, он затягивает под шейки частицы масла. Понемногу между валом и вкладышами образуется масляная пленка, она приподнимает вал, и он крутится, уже не касаясь поверхности вкладышей. Так сухое трение заменяется жидкостным https://podsnab.ru/21-ina.

При больших частотах вращения даже трение жидкостного скольжения вызывает крепкий нагрев подшипника. Его нужно охлаждать, и это обязанность также поручается маслу. В одних подшипниках устраивают масляную ванную, а на вал одевают кольца, которые, вращаясь, подают свежее масло из ванны на шейку вала. В иные подшипники постоянно подают масло с помощью специализированных насосов. Масло одновременно и смазывает трущиеся поверхности, и охлаждает их. Обеспечить хорошую работу подшипников скольжения не просто: они просят ежедневного ухода.

Существенно лучше и удобнее в работе подшипники качения. В подобных подшипниках стальные шарики ( шариковые подшипники) или ролики ( роликовые подшипники) катятся по канавкам колец, поставленных между крутящимися валом и неподвижной опорой. На преодоление трения в шариковых подшипниках тратится только пару тысячных долей общей нагрузки на вал. Мазать их нужно густым маслом исключительно при очередных ремонтах машин.

Решая вопрос про то, какому виду подшипников предпочтение отдать, нужно предусматривать, что подшипники скольжения плохо работают при трогании с места, пока не появилась масляная пленка (стоит еще сказать, что при резких толчках на валу эта пленка легко нарушается). Подшипники качения, наоборот, отлично работаю при трогании с места. Но и есть у них минус: они переносят плохо повышенные нагрузки, когда давление на шарики или ролики оказывается слишком большим. Благодаря этому для любого узла машины выбирается подходящий вид подшипника. И это следует принимать во внимание, когда строишь разные модели.

В обыкновенных электродвигателях, в основном, устанавливают шариковые подшипники; в редукторах подъемных кранов, в колесных парах ЖД вагонов – роликовые. А в любом автомобиле много разных видов подшипников: коленчатый вал опирается на подшипники скольжения, полуоси передних колес – на шариковые, вал ведущей шестерни главной передачи – на конусообразные роликовые и т.д.

Для мощных авиационных двигателей, огромных прокатных станов и прочих машин, валы которых испытуют достаточно высокие и часто изменяющиеся нагрузки, используют игольчатые подшипники. У них между кольцами находятся хорошо смазанные тонкие стальные иглы. В первую очередь такой подшипник работает как роликовый – иглы катятся по поверхности колец. При увеличении скорости вала иглы перестают катиться и одновременно с маслом образовывают внутренне кольцо, которое скользит между стальными кольцами подшипника. Игольчатый подшипник сочетает хорошие качества подшипников скольжения и подшипников качения.

Сделать меньше трение можно и иными вариантами. Вы, возможно, слыхали о судах на воздушной подушке. Нагнетаемый сильным вентилятором воздушный поток поступает под дно судна и создаёт там давление, приподнимающее судно над водой. Увлекаемое воздушным винтом, такое судно легко скользит по водной поверхности как будто бы на воздушной подушке.

На опытах по электричеству в школе вам, наверняка, случалось видеть, как под воздействием магнитного поля металлическое кольцо приподымается над сердечником сильного электромагнита. Оно как бы лежит на незаметной магнитной подушке.

Значит, воздушная и магнитная подушки могут уменьшать трение в самых разных механизмах. Подшипники с воздушным трением находят применение в маленьких воздушных (или газовых) турбинах, приводимых в движение сжатым воздухом. Эти турбины имеют достаточно высокие скорости вращения, нужные для создания прочной воздушной подушки между крутящимися частями и опорой. Тут воздух одновременно приводит в движение турбину, «смазывает» её и охлаждает.