Подши́пник, опора вала или оси, фиксирующая положение вращающейся или качающейся части детали, воспринимающая от неё нагрузки. По направлению воспринимаемых нагрузок подшипники разделяют на:

• радиальные, для восприятия нагрузок, перпендикулярных к оси вала;

• осевые (упорные), для восприятия нагрузок, направленных по оси вала;

• комбинированные, для восприятия преимущественно радиальных нагрузок, реже применяют упорно-радиальные подшипники – преимущественно для восприятия осевых нагрузок.

Подшипники – распространённая деталь машин и механизмов, задача которой не только фиксация вращающейся детали, но и максимальное снижение сухого трения в опоре.

Конструкция и типы подшипников

По принципу работы подшипники делят на:

• подшипники качения;

• подшипники скольжения.

Подшипники качения, опора вращающейся части механизма или машины, работающая в условиях преобладающего трения качения. Подшипники качения наиболее распространены в технике, состоят из подшипниковых колец (внутреннего и наружного), тел качения (шариков, роликов) между ними и чаще всего сепаратора, удерживающего тела качения на определённом расстоянии друг от друга.

По воспринимаемым нагрузкам подшипники качения делятся на:

• радиальные – предназначены для восприятия только радиальных (например, роликоподшипники с игольчатыми роликами) или радиальных и ограниченных осевых нагрузок (например, шарикоподшипники радиальные однорядные);

• упорно-радиальные – для восприятия комбинированных, т. е. радиальных и осевых, нагрузок (например, подшипники с коническими роликами);

• упорные – для восприятия только осевых нагрузок.

По форме тел качения подшипники могут быть:

• шариковые;

• роликовые.

По рядности они подразделяются на:

• однорядные;

• двухрядные;

• многорядные.

Как шариковые, так и роликовые подшипники качения могут быть сферическими, позволяющими небольшие перекосы осей вращения. Роликовые подшипники качения могут быть с коническими роликами, выдерживающими большие осевые и радиальные нагрузки, а также с цилиндрическими роликами, как короткими, так и длинными (игольчатые подшипники качения, имеющие минимальные радиальные габариты). Особые шариковые подшипники качения могут иметь три и даже четыре точки контакта шариков с рабочей поверхностью колец, что позволяет им воспринимать большие двусторонние осевые нагрузки. Материалом для тел качения и колец подшипников служит особо твёрдая подшипниковая сталь, а в последнее время тела качения изготовляют из сверхтвёрдой керамики – нитрида кремния, позволяющего значительно повысить частоту вращения и долговечность подшипников качения.

В подшипниках скольжения поверхности вращающейся детали и опоры скользят непосредственно друг по другу всухую либо со смазкой. В первом случае как минимум одна из трущихся поверхностей покрыта антифрикционным материалом сухого трения – графитом, дисульфидом молибдена, тефлоном и другими, а другая выполнена с достаточной твёрдостью и чистотой обработки. Такие подшипники скольжения чаще всего используются там, где смазка по тем или иным причинам невозможна, например в высоком вакууме, где она испаряется. При наличии смазки подшипник скольжения может работать в режиме как полужидкостного, так и жидкостного трения, в т. н. гидродинамическом режиме. В этом случае микронеровности трущихся поверхностей подшипника скольжения разделены слоем смазки (масляным клином), устойчивым при высоких относительных скоростях этих поверхностей. При такой смазке несущая способность подшипников скольжения максимальна, а потери на трение и износ – минимальны. Подшипники скольжения применяются в двигателях внутреннего сгорания, в частности автомобильных. При низких относительных скоростях трущихся поверхностей (например, при пуске двигателей, когда подшипник скольжения работает в режиме полужидкостного трения) микронеровности трущихся поверхностей начинают касаться друг друга, что вызывает повышенные трение и износ. Поэтому одна из рабочих поверхностей подшипников скольжения и при наличии смазки покрывается антифрикционным материалом – бронзой, баббитом и др.

Подшипники качения, в отличие от подшипников скольжения, хорошо переносят низкие частоты вращения, малочувствительны к смазке, но плохо переносят удары и вибрации.

Историческая справка

Первая конструкция, которую можно считать действующим «прототипом» подшипника, была разработана греческим инженером Диадом около 330 г. до н. э. Это была головка осадной вышки для разрушения крепостных стен. Первый металлический подшипник, сохранившийся до наших дней, был построен в 1780 г. в Англии. Он состоял из двух дорожек качения, между которыми находилось 40 чугунных шаров. Изобретение подшипника приписывают Ф. Вону, кузнецу из Уэльса, который в 1794 г. первым запатентовал конструкцию классического подшипника.

Впервые в мире промышленное производство подшипников было организовано в 1883 г. в Германии. Примерно в это же время вступили в действие подшипниковые заводы в США. В России первое подшипниковое предприятие возникло в Москве в 1916 г., где в небольших мастерских производилась сборка шариковых подшипников. После Октябрьской революции 1917 г. оно передано (1923) в концессию шведской фирме «СКФ»; в 1932 г. построен 1-й Государственный подшипниковый завод. Современные заводы оснащены высокопроизводительным автоматизированным оборудованием и, как правило, специализируются на производстве подшипников определённой конструктивной номенклатуры. Наиболее важным переломным моментом в проектировании подшипниковых узлов стало использование компьютерной техники, позволяющей моделировать подшипниковые узлы. Созданные с помощью компьютерной техники виртуальные подшипники могут быть тщательно проверены без необходимости приведения в действие целого технологического процесса. Современные компьютерные программы позволяют ввести для виртуальных подшипников и подшипниковых узлов любые параметры – как внешние, так и внутренние. Таким методом был спроектирован микроподшипник, используемый в жёстких дисках компьютера.