Как показано на рис. 1, подшипники качения обычно состоят из внутреннего и наружного колец, тел качения (шариков или роликов) и сепаратора, который служит для равномерного распределения тел качения по окружности.

На наружных и внутренних кольцах имеются дорожки качения (рабочие поверхности), по которым катятся тела качения при вращении кольца. Выступающие части колец носят название бортов. Отверстие d внутреннего кольца называется внутренним диаметром подшипника. Наружный диаметр D наружного кольца называется наружным диаметром подшипника. Ширина подшипника обозначается буквой.

Как видно из приведенного описания, по конструкции подшипники очень просты. Простота их конструкции в большинстве случаев является причиной недооценки подшипников как очень точных механизмов.

Точность изготовления деталей подшипников описана в § 3. Здесь можно коротко сказать, что отдельные части подшипников изготовляются с точностью в несколько микрон 1 и даже долей микрона (например, шарики подшипников повышенных точностей). Подобные точности применяются в очень немногих механизмах и машинах. В электрических машинах даже ответственного назначения таких точностей не применяют, так как это не вызывается технической необходимостью. Ведь чем выше точность, тем больше необходимо затратить труда на ее получение, тем, следовательно, стоимость будет выше. Кроме того, более точные механизмы всегда требуют более высокой культуры обращения и предъявляют большие требования к знаниям обслуживающего персонала.

Особенности обращения с подшипниками качения и технические требования к сопрягаемым с подшипниками деталям, изложенные ниже, могут на первый взгляд показаться несколько сложными, слишком жесткими и обременительными. Однако невыполнение этих требований приводит к тому, что большой труд, затрачиваемый подшипниковой промышленностью, будет сведен на нет, и подшипники преждевременно выйдут из строя.

Разнообразие условий работы подшипников, а также требований к их монтажу привели к созданию множества разных конструкций. Каждая из них обладает как положительными, так и отрицательными свойствами. Универсального подшипника, в котором сочетались бы только преимущества всех конструкций, не существует. Следовательно, каждая конструкция хороша только для определенных условий работы и монтажа. Исходя из этих условии, подшипники разделяют на группы, типы и серии.

Типичная схема установки подшипников качения в электрической машине общего назначения дана на рис. 2. Внутренние кольца обоих подшипников жестко (с натягом) посажены на вал. Наружное кольцо подшипника со стороны, противоположной приводу, закреплено в подшипниковом щите. Наружное кольцо второго подшипника не закрепляется: между отверстием з ‘подшипниковом щите и наружным кольцом имеется зазор. Благодаря зазору второй подшипник может свободно перемещаться вдоль отверстия подшипникового щита 5, поэтому его обычно называют «плавающим».

В качестве плавающей опоры часто применяют подшипник, который допускает достаточно большое перемещение внутреннего кольца относительно наружного. В этом случае наружное кольцо жестко сажается в подшипниковый щит.

Для чего нужна свобода перемещения? Свобода перемещения необходима, так как в процессе работы машины ее детали (вал, корпус, подшипниковые щиты) имеют неодинаковый нагрев и, следовательно, расширяются в разной степени, из-за чего жесткое закрепление обоих подшипников привело бы в конечном итоге к защемлению тел качения между кольцами.

Для защиты от попадания в подшипники пыли, песка, грязи, продуктов износа щеток электрической машины и других абразивных1 частиц подшипники иногда снабжаются защитными шайбами, резиновыми и фетровыми уплотнениями.

Большое значение для работы подшипников имеет смазка. Для предотвращения ее вытекания, а также для защиты от пыли, грязи и т. п. в подшипниковых щитах электрических машин устанавливают уплотнения, устройство которых иллюстрируется рис. 3.

Одно из них (рис. 3,б) применено в машине, которая показана на рис. 2.

Классификация подшипников. Выше уже упоминалось о том, что, исходя из условий работы, подшипники разделяются на группы, типы и серии.

Группы подшипников объединяют подшипники по следующим признакам: по направлению нагрузки, которую они могут воспринимать, по форме тел качения и по числу рядов тел качения.

Радиальной нагрузкой называется нагрузка, которая действует под прямым углом к оси вращения подшипника, т. е. оси вала (рис. 4,а). Осевая нагрузка действует в направлении оси вращения подшипника (рис. 4,б). Комбинированная нагрузка — совместное действие как радиальной, так и осевой нагрузок (рис. 4,в).

По направлению нагрузки. Подшипники, которые могут воспринимать только радиальные нагрузки, носят название радиальных подшипников. В эту группу также входят подшипники, которые предназначены для радиальной нагрузки, но могут воспринимать и осевую нагрузку. Подшипники, предназначенные для воспринятая только осевых нагрузок, называются упорными. Подшипники, воспринимающие комбинированные нагрузки, называются радиально-упорными.

По форме тел качения подшипники делятся на шариковые—тела качения шарики (рис. 4,6 и в) и роликовые— тела качения ролики. В свою очередь роликовые подшипники по форме ролика подразделяются на следующие типы: подшипники с короткими цилиндрическими роликами (рис. 4,а), с длинными цилиндрическими роликами, с игольчатыми роликами, с витыми роликами, с коническими роликами, с бочкообразными роликами (рис. 5).

По числу рядов тел качения подшипники делятся на однорядные (рис. 4), двухрядные (рис. 6,а) и четырехрядные (рис. 6,6).

Типы подшипников. Одинаковые по конструкции подшипники объединяются в типы. Подшипники одного типа имеют одинаковую конструкцию, форму и число рядов тел качения и способны воспринимать нагрузку одного характера.

Серии подшипников. Серией называется ряд подшипников одного типа, габаритные размеры которых (наружный и внутренний диаметры и ширина) закономерно изменяются от одного размера подшипника к другому и регламентируются размерными рядами, установленными ГОСТ 3478-54. Например, шарикоподшипники радиальные однорядные, широко применяемые в народном хозяйстве, в том числе и в электрических машинах, имеют пять серий.

Номенклатура основных типов подшипников, выпускаемых подшипниковой промышленностью, их сравнительные данные по допускаемым оборотам и нагрузкам с краткой характеристикой эксплуатационных качеств даны в ГОСТ 3395-46.

Ниже рассматриваются только типы подшипников, нашедшие наибольшее применение в электрических машинах.

По точности основных размеров и точности вращения подшипники делятся на несколько классов точности. Чем выше класс точности, тем точнее изготовляется подшипник и тем выше его стоимость.

В электрических машинах как общего, так и во многих машинах специального назначения применяются подшипники нормального класса точности. Применение в них дорогостоящих подшипников более высоких классов точности технически не оправдано и не экономично. Подшипники высоких классов точности применяются только в машинах, где требуется точность вращения валов. В качестве примера применения подшипников высоких классов точности можно привести электрошпиндель (электропривод шлифовального камня) шлифовального станка. При высоких числах оборотов 5000—40 000 об/мин и даже до 100 000 об/мин шлифовальный круг не должен давать биений как в радиальном, так и осевом направлении, иначе точность шлифовки детали нарушается. Поэтому в электрошпинделях применяют подшипники классов точности А, СА и даже С.

Зазоры в подшипниках. Для правильной работы подшипника между его деталями должны выдерживаться нормируемые зазоры. Величина зазоров сильно сказывается на долговечности подшипника и точности работы машины. При малых зазорах происходит нагрев деталей и как следствие этого заклинивание подшипника. При больших зазо-pax’ уменьшается его долговечность и появляются вибрации машины.

Под зазором в подшипнике подразумевают зазоры меж-nv телами качения и кольцами, которые дают возможность некоторого перемещения одного кольца относительно другого в радиальном и осевом направлениях.

Радиальный зазор — это величина максимально возможного перемещения одного кольца относительно другого в радиальном направлении (рис. 7,а).

Осевая игра (осевой зазор) — величина максимально возможного перемещения одного кольца относительно другого в осевом направлении (рис. 7,б).

Долговечность подшипников. Продолжительность работы подшипников — срок их службы — является одной из важнейших характеристик подшипников и ограничивается усталостью металла от многократных нагружений телами качения: шарики или ролики, катясь по рабочим поверхностям колец, под действием нагрузки на подшипник то нагружают, то разгружают каждое место дорожки качения. В результате этого через определенный промежуток времени работы в поверхностном слое дорожек качения появляются трещины усталости. При дальнейшей работе подшипника в этом месте начинают выкрашиваться отдельные кусочки поверхностного слоя дорожки качения кольца т. е. появляется усталостное выкрашивание (рис. 8). Усталостное выкрашивание быстро прогрессирует, температура подшипника повышается, появляются вибрации и происходит заклинивание подшипника.

Продолжительность работы подшипника в часах до появления следов усталости металла называется долговечностью подшипника. Долговечность подшипника, подсчитанная по расчетным формулам, называется расчетной долговечностью. Согласно ГОСТ 520-55 расчетную долговечность должны отрабатывать не менее 90% подшипников испытуемой партии. Расчетная дол говеч ность п одш и п н иков, установленных в машинах малой и средней мощности общего назначения, обычно составляет 10 000—20000 ч и выше.

Долговечность отремонтированных подшипников может быть на 15% ниже, чем новых подшипников нормального класса точности.

Если подшипник правильно смонтирован в узле машины, при эксплуатации хорошо защищен от попадания посторонних частиц (пыли, грязи и т. д.), не перегревается выше допустимой температуры, то подшипник обычно выходит из строя из-за появления усталостного выкрашивания на дорожках качения колец. Это подтверждают многочисленные стендовые испытания, массовая эксплуатация ряда специальных электрических машин, где культура обращения с подшипниками высокая и соблюдаются правила ухода в процессе эксплуатации. При этом подшипники отрабатывают расчетную долговечность. Многие подшипники выдерживают по 5—12 расчетных долговечностей.