Підшипник - виріб, що є частиною опори або упору, яке підтримує вал, вісь або іншу рухливу конструкцію із заданою жорсткістю. Фіксує положення в просторі, забезпечує обертання, кочення або лінійне переміщення (для лінійних підшипників) з найменшим опором, сприймає і передає навантаження від рухомого вузла на інші частини конструкції.
Історія підшипника налічує вже багато років.
До I в. н.е. археологи приписують знайдені поворотні круги, що нагадують за принципом дії шарикопідшипники.
У XVIII столітті з'явилися підшипники для верстатного інструменту.
У XIX столітті сконструйований підшипник колеса залізничного вагона.
У 1853 році Фрідріх Фішер сконструював машину для шліфування сталевих кульок, що послужило основою створення компанії з виробництва підшипників FAG.
У 1898 р Генрі Тімкеном, засновником американського виробника підшипників і стали The Timken Company, встановлений на візок з кіньми конічний підшипник.
У 1907 р Свеном Вінгквіст намальований ескіз підшипника кочення. Для виробництва була заснована компанія SKF.
У 1920 р розроблені роликові підшипники, здатні сприймати значні навантаження.
У 1945 р з'явилися безмаслянниє підшипники ковзання.
Стрімкий розвиток промисловості в післявоєнні роки, триваюче до наших днів призвело до появи гібридних підшипників, підшипників з низьким моментом обертання, Мікропідшипники для мікроелектроніки, підшипників з керамічними тілами кочення, підшипників з вбудованими датчиками обертів і вібрації і т.д.
Сфера застосування підшипників величезна - практично жодна галузь не обходиться без застосування підшипників. Інакше кажучи, все, що обертається, обертається на підшипниках. Різновидів підшипників досить багато, і застосовуються вони в залежності від умов експлуатації в конкретному механізмі. Наведемо деякі приклади застосування різних типів підшипників:
Мабуть, найчисленніша і помітна сфера застосування підшипників. В автомобілях використовуються кулькові радіальні підшипники (генератор, натяжні ролики, кпп, роздаткові коробки), кулькові дворядні (муфта кондиціонера, маточини коліс), роликові конічні (маточини коліс, кпп, роздаткові коробки), радіально-наполегливі підшипники (вижимний підшипник зчеплення), голчасті (ступичні вузли повнопривідних автомобілів). Окремо стоять використовувані у всіх двигунах внутрішнього згоряння так звані підшипники ковзання, які представляють собою втулку з особливого сплаву, через отвір в якій в зазор між валом і підшипником під тиском подається масло. Завдяки цьому вал ковзає у втулці по масляній плівці, завдяки чому виключається сухе тертя і знос поверхонь, що сполучаються стає мінімальним.
Тут переважають потужні роликові підшипники, що пов'язано з великою масою рухомого складу і високими навантаженнями. Хоча використовуються і кулькові, наприклад в генераторах, компресорах та інше допоміжному обладнанні.
Тут є своя специфіка, обумовлена важкими умовами експлуатації. Перш за все це температурні перепади (на ешелоні польоту тепература становить до -70С, між тим в турбіні високого тиску авіаційного двигуна температури вкрай високі), перепади тиску, високі обороти (в газотурбінних двигунах). Також в цій галузі вкрай високі вимоги до безпеки, і, як наслідок, до якості комплектуючих. Зважаючи на це в авіабудуванні застосовуються свої групи підшипників, як правило, зі спеціальними сертифікатами. Типи застосовуваних підшипників вельми різноманітні - мініатюрні кулькові (гіроскопи, авіоніка, бортове електронне обладнання), кулькові радіальні (електродвигуни приводів, механізація крила), роликові конічні (шасі), роликові (механіція крила).
Тут гамма підшипників найрізноманітніша - від мініатюрних кулькових підшипників і високооборотних прецезіонного шпиндельних підшипників до роликових гігантів діаметром кілька метрів.
По виду тертя розрізняють:
- підшипники ковзання, в яких опорна поверхня осі або валу ковзає по робочій поверхні підшипника;
- підшипники кочення, в яких використовується тертя кочення завдяки установці кульок або роликів між рухомим і нерухомим кільцями підшипника.
Підшипник ковзання являє собою корпус, який має циліндричний отвір, в який вставляється вкладиш або втулка з антифрикційного матеріалу (часто використовуються кольорові метали), і змазує пристрій. Між валом і отвором втулки підшипника є зазор, який дозволяє вільно обертатися валу. Для успішної роботи підшипника зазор попередньо розраховується.
Залежно від конструкції, окружної швидкості цапфи, умов експлуатації тертя ковзання буває:
- рідинним, коли поверхні вала і підшипника розділені шаром рідкого мастильного матеріалу, безпосереднього контакту між цими поверхнями або немає, або він відбувається на окремих ділянках;
- граничним - поверхні вала і підшипника стикаються повністю або на ділянках великої протяжності, причому мастильний матеріал у вигляді тонкої плівки;
- сухим - безпосередній контакт поверхонь вала і підшипника по всій довжині або на ділянках великої протяжності, рідинної або газоподібний мастильний матеріал відсутній;
- газове - поверхні вала і підшипника розділені шаром газу, тертя мінімально.
Підшипники ковзання мають наступні переваги:
- допускають високу швидкість обертання;
- дозволяють працювати в воді, при вібраційних і ударних навантаженнях;
- економічні при великих діаметрах валів;
- можливість установки на валах, де підшипник повинен бути роз'ємним (для колінчатих валів);
- допускають регулювання різного зазору і, отже, точну установку геометричній осі валу.
Недоліки підшипників ковзання:
- високі втрати на тертя і, отже, знижений коефіцієнт корисної дії (0,95. 0,98);
- необхідність в безперервному змазуванні;
- нерівномірний знос підшипника і цапфи;
- застосування для виготовлення підшипників дорогих матеріалів;
- відносно висока трудомісткість виготовлення.
Підшипники кочення працюють переважно при терті кочення і складаються з двох кілець, тіл кочення, сепаратора, що відокремлює тіла кочення один від одного, що утримує на рівній відстані і направляє їх рух. По зовнішній поверхні внутрішнього кільця і внутрішньої поверхні зовнішнього кільця (на торцевих поверхнях кілець завзятих підшипників кочення) виконують жолоби - доріжки кочення, за якими при роботі підшипника котяться тіла кочення.
У деяких вузлах машин з метою зменшення габаритів, а також підвищення точності і жорсткості, застосовуються так звані суміщені опори: доріжки кочення виконуються безпосередньо на валу або на поверхні корпусної деталі. Деякі підшипники кочення виготовляють без сепаратора. Такі підшипники мають велике число тіл кочення і, отже, більшу вантажопідйомність. Однак граничні частоти обертання бессепараторних підшипників значно нижче внаслідок підвищених моментів опору обертанню.
У порівнянні з підшипниками ковзання мають наступні переваги:
- значно менше втрати на тертя, а, отже, більш високий ККД (до 0,995) і менше нагрівання;
- в 10. 20 раз менше момент тертя при пуску;
- економія дефіцитних кольорових матеріалів, які найчастіше використовуються при виготовленні підшипників ковзання;
- менші габаритні розміри в осьовому напрямку;
- простота обслуговування і заміни;
- менше витрата мастильного матеріалу;
- невисока вартість внаслідок масового виробництва стандартних підшипників;
- простота ремонту машини внаслідок взаємозамінності підшипників.
Недоліками підшипників кочення є:
- обмежена можливість застосування при дуже великих навантаженнях і високих швидкостях;
- непридатність для роботи при значних ударних і вібраційних навантаженнях через високі контактних напружень і погану здатність демпфіровать коливання;
- значні габаритні розміри в радіальному напрямку і маса;
- шум під час роботи, обумовлений похибками форм; - складність установки і монтажу підшипникових вузлів;
- підвищена чутливість до неточності установки;
- висока вартість при дрібносерійному виробництві унікальних за розмірами підшипників.