Что такое тела качения в подшипниках?

Представьте, что вам нужно передвинуть тяжеленный шкаф. Тащить его по полу — сложно. А если подложить под него несколько круглых палочек или шариков? Он поедет в разы легче! Вот эти «палочки и шарики» в нашем примере — и есть тела качения, только в миниатюре.

В этой статье простыми словами разберем, что это такое, зачем они нужны и почему от их формы зависит, где будет работать весь механизм.

Что это такое и зачем они нужны?

Тела качения — это главные «трудяги» внутри подшипника. Именно они перекатываются между двумя металлическими кольцами (внутренним и наружным), позволяя валу или оси вращаться с минимальным сопротивлением.

Их основная задача — заменить трение скольжения на трение качения. Проще говоря, чтобы детали не «терлись боками», создавая жар и износ, а перекатывались друг относительно друга. Благодаря этому:

• Сильно снижается трение и, как следствие, нагрев.
• Повышается КПД механизма (нужно меньше энергии, чтобы его крутить).
• Увеличивается срок службы всего узла.

Какими они бывают: главные типы и применение

Форма тела качения — это как специализация у врача. Один лучше лечит сердце, другой — зубы. Так и здесь: каждая форма создана для своих задач.

1. Шарики 

• Как выглядят: знакомые всем шарики.
• Как работают: соприкасаются с кольцами подшипника в одной точке (точечный контакт).
• Где служат: везде, где нужна высокая скорость и умеренная нагрузка.
• Примеры: электродвигатели пылесосов и стиральных машин, велосипедные втулки, компьютерные кулеры, роликовые коньки.
• Плюсы: высокие скорости, малое трение, относительно невысокая цена.
• Минусы: не любят сильные ударные нагрузки.

2. Цилиндрические ролики

• Как выглядят: как карандаши без грифеля.
• Как работают: касаются колец всей длиной (линейный контакт). Это позволяет выдерживать огромные радиальные нагрузки (нагрузки «на изгиб»).
• Где служат: в станках, электродвигателях большей мощности, опорах валов.
• Плюсы: очень высокая грузоподъёмность.
• Минусы: чувствительны к перекосам вала.

3. Конические ролики

• Как выглядят: как маленькие конусы, обрезанные с кончика.
• Как работают: благодаря форме принимают на себя одновременно и радиальные, и осевые нагрузки (толчки вдоль вала).
• Где служат: автомобильные ступицы колес — их самое известное место службы! Также в редукторах, дифференциалах.
• Плюсы: идеальны для комбинированных нагрузок.
• Минусы: требуют очень точной настройки при установке.

4. Игольчатые ролики

• Как выглядят: тонкие и длинные, как иголки (отсюда и название).
• Как работают: при малом диаметре имеют большую длину, что дает высокую нагрузочную способность при скромных габаритах.
• Где служат: в компактных узлах: коробках передач, автомобильных стартерах, компрессорах.
• Плюсы: максимальная экономия места при высокой прочности.
• Минусы: не работают с осевыми нагрузками.

5. Сферические ролики 

• Как выглядят: похожи на бочонки.
• Как работают: катятся по сферической дорожке наружного кольца. Это позволяет подшипнику самоустанавливаться и работать даже при перекосе вала.
• Где служат: в тяжелой технике, которая работает в экстремальных условиях: горнодобывающее оборудование, металлургические станки, мощные вентиляторы.
• Плюсы: невероятная грузоподъёмность, устойчивость к ударам и перекосам.
• Минусы: большое трение, не для высоких скоростей.

Из чего их делают?

Материал — это вторая важнейшая характеристика после формы.

• Высокоуглеродистая сталь: твёрдая, износостойкая, для большинства стандартных задач.
• Нержавеющая сталь. Для агрессивных сред: пищевой промышленности, медицинского оборудования, мест с повышенной влажностью.
• Керамика (нитрид кремния): используется в высокоскоростных шпинделях, профессиональном гоночном транспорте. Невероятно твёрдый, лёгкий, не боится коррозии и нагрева.
• Пластик (полимеры): для лёгких, бесшумных и не требующих смазки узлов. Например, в скейтбордах, офисной технике, оборудовании для пищепрома.