Подшипник качения из чего состоит: Как устроены подшипники (скольжения, качения, шариковые, опорный)

alexxlab | 30.11.1987 | 0 | Разное

Опоры качения

Не все знают, что подшипник качения, как, впрочем, и многие другие изобретения в механике, был придуман давным-давно. Обычно историки демонстрируют поднятые с морского дна остатки древнеримского или древнегреческого судна, в которых сохранились некоторые детали подъёмника. Основной вал этого кабестана (лебёдки) вращали каменные ядра. Считается, что именно этот механизм и есть самый первый известный учёным шариковый подшипник. Да будет так.

 

Несмотря на это, подшипники с механизмом вращения на опорах качения, исключая редчайшие единичные случаи, не использовались широко до того момента, пока технологический прогресс не снабдил мастеров огромными количествами одинаковых шариков, а затем и роликов, способных равномерно распределить между собой рабочую нагрузку. Поэтому подшипники качения многие считают высокотехнологическими «пионерами» сферы массового машиностроения.

 

Стандартизация подшипников качения

 

Сложности и особая специфика технологий изготовления

подшипников заставили производителей разработать универсальные модели. В большинстве компаний придерживаются стандартов США и ISO/DIN. При этом конкуренты объединились с целью дальнейшего технологического развития и сохранения единых производственных норм.

 

Довольно долго автоконцерны пользовались в конструкциях своих механизмов универсальными типами подшипников. Однако со временем большие объёмы производства и дополнительные требования заставили их изготовлять специализированные устройства, приспособленные исключительно для автомобилей:

 

• опорные подшипники для подвесок;

 

• выжимные подшипники качения для муфт сцепления;

 

• подшипники для ступиц колес последнего поколения.

 

Конструкция и характеристики подшипника

 

Любой подшипник состоит из внутреннего и внешнего колец, роликов или шариков, а также сепаратора, разделяющего между собой эти элементы качения. Кроме сепаратора, изготовленного из мягкого цветного метала или пластика, остальные части подшипниковой конструкции выполнены их специальной высокопрочной стали.

 

Важной характеристикой подшипника считается диаметр его вала (цапфы), на который он устанавливается. Однако при одинаковом диаметре вала, внешние габариты подшипника могут существенно варьироваться, в зависимости от максимально допустимой нагрузки на модель данной серии. Стандартные подшипники выпускают в легкой, средней и тяжелой сериях (у различных производителей классификация может незначительно различаться).

 

Не менее важен и класс точности подшипника, определяющий отсутствие вибраций, бесшумность работы и долговечность всего подшипникового узла.

 

Классификация подшипников

 

В зависимости от восприятия нагрузки

подшипники бывают:

 

• Радиальные;

 

• Радиально-упорные;

 

• Упорные.

 

Несмотря на то, что радиально-упорные модели воспринимают только одностороннее осевое усилие, в некоторых из них предусмотрена возможность двухсторонней радиальной нагрузки. В подшипниках ступиц колес автомобилей, к примеру, конструкция включает два работающих навстречу один другому стандартных радиально-упорных подшипника. Шариковые радиально-упорные подшипники более быстроходны и воспринимают осевые усилия непосредственно шариками и особыми «высокими» бортиками внутреннего и внешнего колец. Роликовые модели более грузоподъёмные и воспринимают осевое усилие всей поверхностью внутреннего и внешнего колец через конические ролики.

 

В редких случаях и при исключительно осевых нагрузках на вал, задействуют упорные подшипники, которые серьёзно ограничены по угловой скорости, то есть при действии центробежной силы работают «неправильно». Кольца упорных моделей не вращаются, а только перемещаются от своего центра на определённый угол, в зависимости от поворота, к примеру, стойки руля управления.

 

Радиальные подшипники

 

Радиальные модели подшипников могут быть шариковыми (наиболее распространены) и роликовыми. Они просты по своей конструкции и незначительно сопротивляются вращению. При этом нагрузки могут быть как радиальные, так и осевые величиной до 70% неизрасходованной радиальной.

 

Роликовые подшипники

 

Из одинаковых по размеру шариковых и роликовых подшипников к более высоким нагрузкам лучше приспособлен второй тип. Однако, находясь под осевой нагрузкой, такой подшипник серьёзно износится, если сопротивление качению резко увеличится. К тому же этот тип крайне чувствителен к перекосам. Иногда роликовые модели комплектуют нестандартными, похожими на витые пружины роликами. И хотя каждый такой ролик рассчитан на меньшую нагрузку, чем традиционный, он, благодаря своим пружинящим качествам, менее чувствителен к ударам и перекосам.

 

Игольчатые и насыпные подшипники

 

Желание уменьшить размеры подшипников заставило промышленников придумать игольчатые модели, в которых ролики существенно удлинены. Иногда они на самом деле похожи толстые иглы. Многие такие устройства вообще не имеют какого-либо кольца, а иногда и обоих. А если в них нет также сепаратора, а элементы качения занимают все пространство от вала до корпуса, то их считают «насыпными». Такие устройства востребованы при изготовлении относительно маломощных ДВС (для газонокосилок, пил, скутеров и даже некоторых мотоциклов). Обычно они входят в конструкции коленчатых валов, шатунов и опор поршневого пальцев вместо подшипников скольжения.

 

Самоустанавливающиеся подшипники

 

Агрегаты, в которых валы могут перекоситься, снабжают самоустанавливающимися подшипниками. Их внешнее кольцо расточено по сфере, в центре которой и будет находиться центр самого подшипника. Это позволяет внешнему кольцу перекоситься по отношению ко внутреннему не более чем на 3 градуса, без заклинивания элементов качения в самом подшипнике. Такие модели бывают преимущественно шариковыми. Мелкие шарики в них размещены в два ряда. При высоких радиальных нагрузках шарики заменяют на «бочкообразные» ролики.

Керамические подшипники, информация о керамических подшипниках, использование

Керамикой называют группу неорганических материалов с различными добавками, которые в процессе обработки подвергают процессам формования и спекания. Эти материалы люди научились получать еще в древности. Не утрачивает они своей популярности и в наши дни. Современные керамические изделия изготавливают на основе кремниевых нитридов, а также карбидов, оксидов алюминия или циркония.

Особый химический состав этих изделий наделяет их следующими уникальными свойствами:

• высочайшая твердость;
• повышенная жесткость;
• уменьшенный коэффициент трения;
• малый вес;
• неспособность проводить ток;
• износостойкость;
• немагнитность.

Возможности новейших технологий делают возможным получение высокоточных керамических деталей. Однако по ряду параметров керамика по-прежнему уступает стали. Эти ключевые недостатки данного материала (хрупкость, высокая стоимость, недостаточная прочность) пока что остаются непреодолимыми. Тем не менее, многочисленные преимущества керамических материалов позволяют с успехом использовать их для изготовления определенных деталей – например, подшипников скольжения и качения.

Подшипники качения из керамики

Подшипник качения состоит из следующих частей:

нижнее и верхнее кольцо;

тела качения, расположенные между кольцами;

сепаратор, который организует правильное распределение тел качения.

Из керамики могут быть изготовлены тела и кольца качения либо только ролики или шарики (кольца в этом случае изготавливаются из металла). В гибридных моделях керамику используются только для изготовления тел качения.

Для изготовления сепараторов керамических подшипников чаще всего используют износоустойчивый пластик высокой прочности. Китайские производители изготавливают сепараторы из металла.

Отличительные особенности керамических подшипников, снабженных пластиковыми сепараторами:

• электроизоляционные свойства;
• немагнитность;
• сохранение размеров в случае изменения температуры;
• продолжительный срок использования;
• нормальная работа при высоких оборотах;
• небольшой вес;
• невосприимчивость к воздействию агрессивных веществ;
• могут контактировать с пищей;
• не требуют большого количества смазки, при определенных условиях способных функционировать без смазки;
• слабый шум во время работы;
• небольшой нагрев;
• уменьшенное трение;
• могут использоваться при расширенном температурном диапазоне.

Преимущества и недостатки

Керамика обладает более высокой твердостью, чем сталь, поэтому керамические подшипники имеют больший ресурс работы, чем их стальные аналоги.

Повышенная гладкость поверхностей керамических тел качения и колец обеспечивает снижение трения и тепловыделения. К преимуществам изделий из этого материала относятся также такие характеристики, как размерная стабильность, небольшой вес, электроизоляционные характеристики, низкая теплопроводность (в 5 раз меньше, чем у стали). Большинство вышеперечисленных преимуществ (кроме немагнитности и химической устойчивости) относятся также и к гибридным моделям.

Основным недостатком керамических подшипников является меньшая номенклатура. Однако в последнее время ассортимент моделей из керамики быстро расширяется, поэтому данный недостаток становится все менее выраженным.

К числу недостатком можно отнести также более высокую хрупкость и меньшую, чем у металла, прочность. Минусом таких изделий является и их цена. Снизить ее можно, используя модели гибридного типа.

Керамические подшипники используются в следующих изделиях и отраслях:

• электролизные ванны;
• химическое машиностроение;
• насосы;
• турбины;
• вакуумная техника;
• медицинское оборудование;
• приборы и приспособления, используемые в пищевой промышленности;
• оборудование чистых комнат;
• средства транспорта;
• генераторы и электромоторы.

Кто производит?

Выпуском керамических подшипников занимаются такие производители, как Boca Bearing, SKF, FYH, VKE, Koyo. Компания FYH из Японии поставляет на рынок гибридные высокотемпературные подшипники.

Американская компания Boca Bearing выпускает большой ассортимент роликоподшипников и шарикоподшипников. Для изготовления своей продукции она использует оксиды алюминия, циркония, кремниевые карбиды и нитриды. Также она производит гибридные модели. Маленькие, легкие, высокоскоростные Ceramic Orange ABEC 7 Seal облегчают вращение мультипликаторной катушки спиннинга и не допускают появления вибраций. Boca Bearing выпускает специализированные серии керамических моделей, предназначенных для упаковочной техники, а также гибридных изделий, используемых в оборудовании для очистных сооружений.

Компания SKF производит следующие модели:

• гибридные 1-рядные радиальные шарикоподшипники;
• гибридные 1-рядные роликоподшипники с цилиндрическими роликами;
• гибридные прецезионные радиально-упорные модели;
• гибридные прецензионные цилиндрические роликоподшипники;
• шарикоподшипники гибридные с нержавеющими обоймами;
• гибридные радиально-упорные изделия.

Продукция компании Koyo

Большой ассортимент цельнокерамических и гибридных моделей поставляет на рынок японский производитель Koyo. Он выпускает однорядные гибридные высокотемпературные шарикоподшипники. Кольца этих изделий изготавливаются из сверхпрочной стали, шарики производятся из нитрида кремния, а сепараторы – из графита. Они подходят для валов диаметром от 6 до 40 миллиметров. Также эта японская компания выпускает радиально-упорные полнокерамические шарикоподшипники. Для их изготовления используется нитрид кремния. Возможная температура использования – от минус двухсот до плюс восьмисот градусов.

Японский производитель выпускает и устойчивые к коррозии гибридные шарикоподшипники, способные работать в температурном диапазоне от минус ста до плюс двухсот градусов, а также в вакууме. Их кольца изготавливаются из стали, сепаратор производится из фторуглеродного пластика, а для изготовления шариков используется фторуглеродный пластик. Кроме этого, данной компанией производятся немагнитные гибридные подшипники, высокооборотные гибридные шарикоподшипники и гибридные подшипники для промышленных роботов.

Керамические подшипники скольжения

В составе металлокерамических втулок присутствует порошковая бронза, сталь либо железо с графитовой добавкой. Эти изделия получают путем прессования материала при высоком давлении и дальнейшего спекания в условиях повышенной температуры. Наличие пористой структуры обеспечивает быстрое впитывание и удержание смазки. Благодаря добавлению графита существенно уменьшается коэффициент трения.

Композиция ПА-БрОГр2, в составе которой присутствуют медь, олово и графит, обеспечивает бесшумную работу с уменьшенным износом в сельскохозяйственных механизмах, автомобилях и электрических двигателях. Вкладыши из материалов на основе ПА-БрОХН ( в составе присутствуют медь, олово, а также хром и никель) отличаются высокой твердостью. Их используют в механизмах кораблей, приборах, станках и автомобилях. Композиция ПА-ДГр10 подходит для изготовления деталей, способных работать без смазки. Их используют в насосах и различных приборах. Железографитные керамические подшипники скольжения (ГОСТ 26802-86) используют в сельскохозяйственной технике, станках, автомобилях.

Статьи

Открытие филиала в Санкт-Петербурге

Podtrade cтал авторизованным дистрибьютором DYZV

Podtrade cтал авторизованным дистрибьютором ZWZ

Приводные цепи IRIS

SKF разрабатывает датчики для сбора информации о подшипниках

Подшипники Timken использовали в новом космическом телескопе

Новые радиальные уплотнения валов от SKF

Инструкция по склеиванию и оперативному ремонту

Как устроены подшипники (скольжения, качения, шариковые, опорный)

Подшипники качения используются в качестве опор механического оборудования наиболее чаще, чем подшипники других типов.

Основа длительной эксплуатации подшипников качения заключается в правильном выборе типа подшипника для конкретных режимов и условий работы подшипниковых узлов оборудования. При этом необходимо учитывать множество факторов. Обоснованность выбора определяется знаниями типов существующих подшипников, их назначением, достоинствами и недостатками, кинематическими и силовыми характеристиками. Насколько точно эти факторы удается учесть, а тем более предвидеть на этапе проектирования подшипниковых узлов механического оборудования, настолько долговечными будут как подшипники, так и оборудование в целом. Однако, правомерна и обратная задача, связанная с неправильным выбором или неопределенностью режимов и условий эксплуатации подшипников качения.

Далее обобщены сведения о назначении и устройстве подшипников, достоинствах и недостатках подшипников качения и скольжения, классификации подшипников. Приведена сравнительная оценка эксплуатационных свойств подшипников качения. Рассмотрены основы расчета кинематических и силовых характеристик подшипников качения, а также их долговечности.

Подшипниках качения: основные понятия

Он необходим, чтобы зафиксировать пространственное положение движущихся комплектующих. При этом способствует вращательному движению, воспринимая и передавая нагрузки от детали, которая находится в движении, к другим конструктивным элементам (шестерни, зубчатые колеса, муфты и т. д.).

Для этого внутреннее кольцо (обойма) подшипника напрессовывают на цапфу вала и заставляют его вращаться вместе с ней. Наружное остается неподвижным, запрессованным в корпус. Достоинством представленной детали минимальные энергетические потери на трение в ней. В этом ее главное преимущество в сравнении с подшипником скольжения.

Перечень стандартов ISO

МЕЖДУНАРОДНЫЕ СТАНДАРТЫ (СТАНДАРТЫ ISO), ДЕЙСТВУЮЩИЕ ДЛЯ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ, ШАРНИРНЫХ ПОДШИПНИКОВ И ТЕЛ КАЧЕНИЯ.

В данном материале приводится перечень стандартов, разработанных ISO («International Organization for Standardization» — «Международная организация по стандартизации»). Эти стандарты называются международными. В разработке некоторых из них приняли участие специалисты России (Россия — участник секции ISO номер ТК-4 -«Подшипники качения»). В перечень включены действующие стандарты, за исключением стандартов на самолетные подшипники дюймовой размерности. Не приводятся отмененные и замененные стандарты ISO. Несколько стандартов ISO находятся на стадии утверждения, но пока еще являются проектами. Стандарты ISO содержат ценную информацию о подшипниках, обобщающую мировой опыт. Некоторые стандарты ISO являются основой соответствующих ГОСТов и других стандартов более низкого уровня. Однако формально стандарты ISO в России не являются стандартами прямого действия. Перечень составлен по состоянию на 01.01.2005 г.

1. ISO 15 : 1998 Подшипники качения — Радиальные подшипники — Основные размеры, генеральный план.

2. ISO 76 : 1987 Подшипники качения — Статическая грузоподъемность.

3. ISO Amd. 1 76 : 1999 Подшипники качения — Статическая грузоподъемность — Изменение 1.

4. ISO 104 : 2002 Подшипники качения — Упорные подшипники — Основные размеры, генеральный план.

5. ISO 113 : 1999 Подшипники качения — Корпуса на лапах — Основные размеры.

6. ISO 199 : 1997 Подшипники качения — Упорные шариковые подшипники — Допуски.

7. ISO 246 : 1995 Подшипники качения — Роликовые цилиндрические подшипники — Отдельные упорные кольца — Основные размеры.

8. ISO 281 : 1990 Подшипники качения — Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс — Часть 1 : Методы расчета.

9. ISO Amd. 1 281 : 2000 Подшипники качения — Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс — Изменение 1. 10. ISO Amd. 2 281 : 2000 Подшипники качения — Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс — Изменение 2.

11. ISO 355 : 1997 Подшипники качения — Роликовые конические подшипники метрической серии -Основные размеры и обозначения серий.

12. ISO 464 : 1995 Подшипники качения — Радиальные подшипники с упорным пружинным кольцом -Размеры и допуски.

13. ISO 492 : 2002 Подшипники качения — Радиальные подшипники — Допуски.

14. ISO 582 : 1995 Подшипники качения — Максимальные значения размеров фасок.

15. ISO 683-17 : 1999 Стали термообработанные, легированные и быстрорежущие — Часть 17: Стали для шариковых и роликовых подшипников.

16. ISO 1002 : 1983 Подшипники качения — Самолетные подшипники — Характеристики, основные размеры, допуски, оценка грузоподъемности.

17. ISO 1132-1 : 2000 Подшипники качения — Допуски — Часть 1 : Термины и определения.

18. ISO 1132-2 : 2001 Подшипники качения — Допуски — Часть 2: Принципы и методы измерения и контроля.

19. ISO 1206 : 2001 Подшипники роликовые игольчатые — Легкая и средняя серии — Размеры и допуски.

20. ISO 1224 : 1984 Подшипники качения — Приборные прецизионные подшипники.

21. ISO 2982-1 : 1995 Подшипники качения — Комплектующие детали — Часть 1: Конические втулки -Размеры.

22. ISO 2982-2 : 2001 Подшипники качения — Комплектующие детали — Часть 2: Стопорные гайки и стопорные приспособления — Размеры.

23. ISO 3030 : 1996 Подшипники качения — Радиальные игольчатые ролики с сепаратором в сборе -Размеры и допуски.

24. ISO 3031 : 2000 Подшипники роликовые игольчатые — Упорные игольчатые ролики с сепаратором в сборе, упорные шайбы — Размеры и допуски.

25. ISO 3096 : 1996 Подшипники качения — Игольчатые ролики — Размеры и допуски.

26. ISO Cor. 1 3096 : 1999 Подшипники качения — Игольчатые ролики — Размеры и допуски — Техническая поправка 1.

27. ISO 3228 : 1993 Подшипники качения — Литые и штампованные корпуса для вкладышных подшипников.

28. ISO 3245 : 1997 Подшипники качения — Роликовые игольчатые подшипники со штампованным наружным кольцом без внутреннего кольца — Основные размеры и допуски. 29. ISO 3290 : 2001 Подшипники качения — Шарики — Размеры и допуски.

30. ISO 5593 : 1997 Подшипники качения — Словарь.

31. ISO 5753 : 1991 Подшипники качения — Радиальный внутренний зазор.

32. ISO 5949 : 1983 Стали инструментальные и стали подшипниковые — Микрофотографический метод оценки распределения карбидов с помощью контрольных микрофотоснимков.

33. ISO 6743-2 : 1981 Смазки, промышленные масла и сопутствующие продукты (Класс L) — Классификация -Часть 2: Группа F — Шпиндельные подшипники, подшипники и муфты.

34. ISO 6811 : 1998 Подшипники скольжения сферические — Словарь.

35. ISO Cor. 1 6811 : 1999 Подшипники скольжения сферические — Словарь — Техническая поправка 1.

36. ISO 7063 : 2003 Роликовые игольчатые подшипники — Опорные ролики — Допуски.

37. ISO 7938 : 1986 Авиация — Шариковые подшипники для направляющих роликов тросов управления -Размеры и нагрузки.

38. ISO 7939 : 1988 Авиация — Неметаллические направляющие ролики с шариковыми подшипниками для тросов управления — Размеры и нагрузки.

39. ISO ISO 8443 : 1999 8826-1 : 1989 Подшипники качения — Радиальные шариковые подшипники с бортом на наружном кольце — Размеры борта. Технические чертежи — Подшипники качения — Часть 1 : Общее упрощенное изображение.

40. ISO 8826-2 : 1994 Технические чертежи — Подшипники качения — Часть 2: Детализированное упрощенное изображение.

41. ISO 9628 : 1992 Подшипники качения — Вкладышные подшипники и эксцентрические стопорные кольца.

42. ISO 9758 : 2000 Авиация и космос — Вилкообразные наконечники стальные, с резьбой, для подшипников качения, для тросов управления самолетами — Размеры и нагрузки.

43. ISO 9760 : 2000 Авиация и космос — Вилкообразные наконечники из нержавеющей стали для подшипников качения, для тросов управления самолетами — Размеры и нагрузки.

44. ISO 10285 : 1992 Подшипники качения — Подшипники линейного перемещения — Шариковые рециркулирующие подшипники втулочного типа — Метрическая серия.

45. ISO 10317 : 1992 Подшипники качения — Конические роликовые подшипники — Система обозначений.

46. ISO/TR 10657 : 1991 Пояснительная записка к ISO 76.

47. ISO 10792-1 : 1995 Авиация и космос — Самолетные сферические подшипники скольжения из нержавеющей стали с самосмазывающейся прокладкой — Часть 1 : Метрическая серия.

48. ISO 10792-3 : 1995 Авиация и космос — Самолетные сферические подшипники скольжения из нержавеющей стали с самосмазывающейся прокладкой — Часть 3: Технические условия.

49. ISO 12043 : 1995 Подшипники качения — Однорядные цилиндрические роликовые подшипники — Размеры фасок для колец со скошенным и направляющими бортами.

50. ISO 12044 : 1995 Подшипники качения — Однорядные радиально-упорные шариковые подшипники -Размеры фасок со стороны ненагруженного торца наружного кольца.

51. ISO 12240-1 : 1998 Сферические подшипники скольжения — Часть 1 : Радиальные сферические подшипники скольжения.

52. ISO 12240-2 : 1998 Сферические подшипники скольжения — Часть 2: Радиально-упорные сферические подшипники скольжения.

53. ISO 12240-3 : 1998 Сферические подшипники скольжения — Часть 3. Упорно-радиальные подшипники скольжения.

54. ISO 12240-4 : 1998 Сферические подшипники скольжения — Часть 4. Хвостовики сферических подшипников скольжения.

55. ISO Cor. 1 12240-4 : 1999 Сферические подшипники скольжения — Часть 4. Хвостовики сферических подшипников скольжения — Техническая поправка 1 .

56. ISO 13012 : 1998 Подшипники качения — Подшипники качения линейного перемещения — Шариковые линейные рециркулирующие подшипники — Втулочный тип — Принадлежности.

57. ISO Cor. 1 13012 : 1999 Подшипники качения — Подшипники качения линейного перемещения — Шариковые линейные рециркулирующие подшипники — Втулочный тип — Принадлежности -Техническая поправка 1 .

58. ISO 13411 : 1997 Авиация и космос — Самолетные роликовые игольчатые подшипники и игольчатые опорные ролики — Технические условия.

59. ISO 13416 : 1997 Авиация и космос — Самолетные роликовые игольчатые подшипники — Опорные ролики для скобы, однорядные, с уплотнениями — Метрическая серия.

60. ISO 13417 : 1997 Авиация и космос — Самолетные роликовые игольчатые подшипники — Опорные ролики с хвостовиком, однорядные, с уплотнениями — Метрическая серия.

61. ISO 13790-1 : 2004 Подшипники качения — Подшипники качения линейного перемещения — Часть 1 : Номинальная расчетная динамическая грузоподъемность и расчетная долговечность.

62. ISO 14190 : 1998 Авиация и космос — Самолетные подшипники качения: шариковые и сферические роликовые — Технические требования. 63. ISO 14191 : 1998 Авиация и космос — Самолетные однорядные роликовые сферические самоустанавливающиеся подшипники качения, серии диаметров 3 и 4 -Метрическая серия.

64. ISO 14192 : 1898 Авиация и космос — Самолетные однорядные роликовые сферические самоустанавливающиеся подшипники качения с защитной шайбой, для умеренного режима работы — Метрическая серия.

65. ISO 14195 : 1998 Авиация и космос — Самолетные двухрядные роликовые сферические самоустанавливающиеся подшипники качения, с уплотнением, для трубовидных деталей с высоким сопротивлением кручению, для легкого режима работы -Метрическая серия.

66. ISO 14201 : 1998 Авиация и космос — Самолетные двухрядные шариковые самоустанавливающиеся подшипники качения, серия диаметров 2 — Метрическая серия.

67. ISO 14202 : 1998 Авиация и космос — Самолетные шариковые подшипники качения, жесткие, серии диаметров 0 и 2 — Метрическая серия.

68. ISO 14203 : 1998 Авиация и космос — Самолетные однорядные шариковые подшипники качения, несамоустанавливающиеся, жесткие, серии диаметров 8 и 9 — Метрическая серия.

69. ISO 14204 : 1998 Авиация и космос — Самолетные двухрядные шариковые подшипники качения, несамоустанавливающиеся, жесткие, серия диаметров 0 — Метрическая серия.

70. ISO 14728-1 : 2004 Линейные подшипники — Динамическая и статическая расчетная грузоподъемность -Часть 1 : Шариковые линейные рециркулирующие подшипники.

71. ISO 14728-2 : 2004 Линейные подшипники — Динамическая и статическая расчетная грузоподъемность -Часть 2: Шариковые линейные рециркулирующие подшипники с профильными направляющими.

72. ISO 14728-2 : 2004 Линейные подшипники — Динамическая и статическая расчетная грузоподъемность -Часть 2: Шариковые линейные рециркулирующие подшипники с профильными направляющими.

73. ISO 15241 2001 Подшипники качения — Символы и величины.

74. ISO 15242-1 2004 Подшипники качения — Методы измерения вибрации — Часть 1 : Основные положения.

75. ISO 15242-2 2004 Подшипники качения — Методы измерения вибрации — Часть 2: Радиальные шариковые подшипники с цилиндрическими отверстием и наружной поверхностью.

76. ISO 15243 2004 Подшипники качения — Повреждения и отказы — Термины, характеристики и причины.

77. ISO 15312 2003 Подшипники качения -Допустимая тепловая скорость — Расчет и коэффициенты.

78. ISO/TS 16799 1999 Подшипники качения — Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс — Нарушение непрерывности в расчете базовой динамической грузоподъемности.

79. ISO 21107 : 2004 Подшипники качения и сферические подшипники скольжения — Структура поиска для электронных баз данных — Характеристики и рабочие критерии, идентифицируемые по словарю признаков.

80. ИСО 1132-1:2000 Подшипники качения. Допуски. Часть 1. Термины и определения.

90. ИСО 1132-2:2001 Подшипники качения. Допуски. Часть 2. Принципы и методы измерения и контроля.

91. ИСО 12240-1:1998 Сферические подшипники скольжения. Часть 1. Радиальные сферические подшипники скольжения.

92. ИСО 12240-2: 1998 Сферические подшипники скольжения. Часть 2. Радиально-упорные сферические подшипники скольжения.

93. ИСО 12240-3:1998 Сферические подшипники скольжения. Часть 3. Упорно-радиальные сферические подшипники скольжения.

94. ИСО 12240-4:1998 (с поправкой) Сферические подшипники скольжения. Часть 4. Хвостовики сферических подшипников скольжения.

95. ИСО 199:1997 Подшипники качения. Упорные шариковые подшипники. Допуски.

96. ИСО 492:2002 Подшипники качения. Радиальные подшипники. Допуски.

97. ИСО 5753:1991 Подшипники качения. Радиальный внутренний зазор.

98. ИСО 76:1987 (с поправкой 1:1999) Подшипники качения. Статическая грузоподъемность.

99. ИСО 15242-4 Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Радиальные цилиндрические роликовые подшипники с цилиндрической внутренней и наружной поверхностью.

100. ИСО 15242-1:2004(Р) Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Часть 1: Основные положения.

101. ИСО 15242-2:2004(Р) Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Часть 2: Радиальные и радиально-упорные шариковые подшипники с цилиндрическим отверстием и цилиндрической наружной поверхностью.

102. ИСО 15242-3:2006(Р) Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Часть 3: Радиальные сферические и конические роликовые подшипники с цилиндрической внутренней и наружной поверхностью.

По материалам Википедии

Устройство подшипника качения

Конструкция подшипника качения следующая. Чаще всего он составлен из пары колец (обойм) – внешнего и внутреннего, тел качения разной конфигурации (шарики, ролики) и сепаратора. От последнего зависит ресурс работы, который завершается после начала разрушения его перемычек. Он нужен для сохранения постоянной дистанции между шариками и направления движения, а также их фиксации в кольцах. У радиальных подшипников во внешней поверхности внутреннего кольца и внутренней (для наружной обоймы) выполнены кольцевые пазы. Для упорных их делают на торцах обойм. Это беговые дорожки. В сечении они повторяют форму тела качения и направляют их движение.

Основным конструкционным материалом для указанных деталей является сталь с повышенным содержанием хрома или другими свойствами. Последние определяются условиями эксплуатации подшипниковых узлов. Встречаются комбинированные (гибридные) исполнения, когда ролики, шарики или сепараторы выполняют из пластмасс (полиамид) или композитной керамики.

Структура

Когда человечество столкнулось с проблемой перетирания осей от долгой эксплуатации, то «пытливые» умы предков начали работать над этой задачей. Первым прототипом конструкции, облегчающей глоссирование, стала втулка из материала с малым трением, набитая смазкой. Сегодня принципиальное строение не изменилась. Только стали применять более современные материалы, такие как: керамика, бронзовые сплавы, полимеры.

Для облегчения движения вала в 1780 году в Великобритании впервые были применены шары. Это был аналог опорного шарикового механизма, который сохранился в первозданном виде до сегодняшнего дня.

Виды подшипников качения

Основной особенностью, по которой подшипники отличаются друг от друга, является форма тел качения – шарики либо ролики (конические, цилиндрические, игольчатые, бочкообразные и витые). В зависимости от этого их называют роликовыми или шариковыми.

Они выпускаются по 5-и классам точности:

• 2 – сверхвысокий; • 4 – особо высокий; • 5 – высокий; • 6 – повышенный; • 0 – нормальный.

Существуют подшипники без сепараторов с большим (чем обычно) количеством тел качения. Их грузоподъемность выше, а допустимые обороты существенно ниже, чем у стандартных. Этот тип применяют, когда надо уменьшить диаметральный размер узла вращения. Существуют и так называемые насыпные (без колец), в которых шарики можно легко заменить. Иногда в конструкцию добавляют торцевые защитные крышки. Они предохраняют все внутренние элементы и смазку от попадания загрязнений. Такой закрытый подшипник не нужно обслуживать во время эксплуатации.

Шарикоподшипники радиальные однорядные

Самая популярная разновидность подшипников качения. Часто используются в конструкциях самой разнообразной аппаратуры. В ее числе валики картонных машин, редукторы, электромоторы. Используются для противодействия радиальным нагрузкам, но могут быть готовы также к восприятию двусторонних осевых нагрузок. Часто их используют исключительно для осевых нагрузок, в особенности если число оборотов вала велико и упорные подшип­ники использовать нельзя. Если радиальный зазор увеличивается, то возможности осевой грузоподъемности подшипника также становятся больше, поскольку в этой ситуации подшипники обретают характеристики радиально-упорных. Возможна работа подшипников, в случае если относительный перекос внутреннего и наружного колец не больше 20°.

Что касается корпуса подшипников качения, то выполняется он чаще всего из серого чугуна. Материалом для сепараторов подшипников однорядных является стальная штамповка или антифрикционные материалы типа текстолита, латуни, бронзы, дюралюминия. В последние время для производства сепараторов используют полиамидные смолы. Если подшипники имеют высокий класс точности и массивные точеные сепараторы, центровка которых происходит по наружному кольцу при использовании эффективных режимов смазки, тогда возможна их работа даже на скоростях вращения, которые превосходят предельные, описанные в справочниках.

Конструктивные виды радиальных подшипников однорядных:

• имеющие одну защитную шайбу;
• имеющие две защитных шайбы;
• имеющие канавку на наружном кольце и уста­новочное кольцо;
• имеющие установочное кольцо и защитную шайбу;
• имеющие одностороннее и двустороннее уплотнение;
• имеющие канавку для ввода шариков без сепаратора.

Классификация подшипников

По количеству рядов тел качения подшипники бывают одно-, двух- или четырехрядными. Выпускаются также самоустанавливающиеся шарикоподшипники. Их внутренняя обойма имеет небольшое сферическое смещение. Благодаря этому можно устранить угловые (до 3о) перекосы осей сопряженных валов. Эта величина не превышает десятых долей градуса, если самоцентровка не предусмотрена конструкцией.

Различают следующие виды усилий, которые испытывают опоры:

• осевое, направленное вдоль оси вращения. • радиальное, действующее на ось перпендикулярно.

В зависимости от того, какое направление имеет сила, которую надо скомпенсировать в первую очередь, имеются следующие виды подшипников – упорные, радиальные и их упорно-радиальная и радиально-упорная разновидности. Наконец, в зависимости от наружного диаметра подшипника (при одном внутреннем), они бывают 5-и серий – тяжелая, средняя, легкая, особо- и сверхлегкая. А по ширине обоймы – нормальные, узкие, широкие и особо широкие.

Маркировка и размеры по ГОСТу

Требования к узлам и деталям формулирует ГОСТ. Подшипники качения описывает ГОСТ 520-2002.

В основу условных обозначений легли следующие их параметры:

• диаметр, который имеет отверстие подшипников;
• серии ширин (или высот) и серии диаметров;
• типы подшипников;
• техническая реализация.

Как правильно по маркировке определить размеры подшипников качения? Таблица обозначений поможет справиться с этой задачей.

Все приведенные выше параметры обозначаются знаками (или цифрами). То, из каких цифр состоит маркировка подшипника, зависит от занимаемых ими мест в его условном обозначении, если читать слева направо:
ГОСТ для подшипников скольжения

Первая и вторая цифры обозначают диаметр отверстия (если речь идет о диаметре отверстия больше или равном 10 мм).

Третья цифра указывает серию диаметров.

Четвертая цифра определяет тип подшипника.

Пятая и шестая цифры дают представление о конструктивном исполнении.

Седьмая цифра указывает серию ширин (или высот).

Применение подшипников качения

Применение подшипников качения определяют производства, выпускающие оборудование с вращающимися деталями. К ним относятся в первую очередь все виды машиностроения – металлургическое, пищевое, горное, транспортное (автомобили, суда, летательные аппараты), дорожно-строительное и энергетическое (двигатели, турбины, компрессоры, вентиляторы и кондиционеры). Используют их в процессе изготовления бытовой техники (стиральные, посудомоечные, швейные машины, морозильники и холодильники) и микроэлектроники (персональные компьютеры, ноутбуки, DVD-проигрыватели и т. д.).

Спрос в мире на эту продукцию постоянно увеличивается. Ведущие мировые производители подшипников качения – компании SKF (Швеция), American Roller Bearing и Boston Gear LLC (США), FAG (Германия), NTN (Япония), а также Вологодский, Курский (РФ) и многие другие подшипниковые заводы.

Расчет

Расчет подшипников качения на долговечность производится по методу усталостного выкрашивания и на предупреждение пластических деформаций.

Для постоянного режима эти конструктивные элементы рассчитываются по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления сил, действующих на узел. Эквивалентная нагрузка принимается такой, которая обеспечивает тот же срок службы, что и в условиях реальных нагрузок.

Грузоподъемность подшипников характеризуют такие параметры, как базовая динамическая грузоподъемность С и базовая статическая грузоподъемность С0. Первая — радиальная или осевая нагрузка, выдерживаемая при сроке службы в 1 миллион оборотов. Базовая долговечность – долговечность в условиях надежности 90%.

Расчетную долговечность можно определить как число оборотов в миллионах или часы работы, если в результате на поверхностях 90% деталей партии нет свидетельств усталости металла в виде отслаивания или выкрашивания.

Подшипник качения

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности. Подшипник качения, преимущественно крупногабаритных размеров, содержит тела качения – ролики, которые выполнены двухступенчатыми. Большая ступень обкатывается только по дорожке качения наружного кольца подшипника, а меньшая ступень ролика, выполненная по меньшей мере с двумя участками, обкатывается только по дорожке качения внутреннего кольца подшипника с постоянной и одинаковой частотой вращения. Большая ступень ролика выполнена бочкообразной и контактирует с дорожкой качения наружного кольца подшипника по линии, а тела качения – ролики выполнены с отверстием, в котором расположена ось с зазором и два встроенных радиально-упорных подшипника качения. Два диска выполняют роль сепараторов и не контактируют ни с телами качения, ни с кольцами основного подшипника, а передаточное отношение от внутреннего кольца подшипника к сепаратору при неподвижном наружном кольце подшипника равно двум. Технический результат – повышение частоты вращения подшипника, устранение контакта сепаратора с телами качения и повышение долговечности по критерию износа. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и приборостроения и может быть использовано во всех отраслях промышленности.

Известны подшипники качения, содержащие внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора.

Одним из недостатков известных стандартных подшипников качения при их эксплуатации является наличие трения качения с проскальзыванием тел качения.

К значительным недостаткам в крупногабаритных подшипниках качения относится малая частота вращения, например, от 100 до 400 мин^-1, что уже не удовлетворяет спрос и потребности промышленности. Не удовлетворяет и наличие повышенного шума при работе подшипников от контакта тел качения с сепаратором, неизбежного наличия трения скольжения, увеличение радиального зазора порождает вибрацию и биение в валах машин, создавая угрозу аварии.

Для примера возьмем подшипник качения однорядный радиальный роликовый №927/825 ГОСТ 8328-75, d825 × D1100 × В 180; диаметр ролика D_w=60 мм, Z=34, n_пл=200 мин^-1. За один оборот вала ролик делает по дорожке качения внутреннего кольца d_1m=902 мм

N_{оборотов}=d_1m·π/60π=15,033,

а по дорожке качения наружного кольца D_1m=1022 мм

N_{оборотов}=D_1m·π/60π=17,033.

Таким образом, ролик делает по дорожке качения внешнего кольца на два оборота больше, чем по дорожке качения внутреннего кольца – это и есть величина проскальзывания ролика. Имеем трение качения с проскальзыванием.

Далее проведем подсчет пути качения и проскальзывания.

Длина развертки ролика

С_⊘60=60·π=188,495 мм.

Длина пути качения

С_кач=C_⊘902=902·π=2833,716 мм.

Длина пути скольжения

С_ск=(D_w·π·2)Z=12817,693 мм

вращаются все 34 ролика и за один оборот вала делают по два лишних оборота.

Сравним во сколько раз путь скольжения больше пути качения в подшипнике

n=С_ск/С_кач=12817,698/2833,716=4,523 раза.

Кроме этого наружное кольцо подшипника стремится повернуться на 0,133 оборота в противоположную сторону по отношению к направлению вращения вала, если ролики вращаются без скольжения.

Сепаратор в этом случае работает как поводок.

Известен подшипник качения – прототип – патент RU 2232926 С2, 7 F 16 C 19/22, 33/34 от 20.07.2004, Бюл. № 20, содержащий внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, выполненные в виде роликов, установленных в гнездах сепаратора, тела качения – ролики, выполненные двухступенчатыми, больший диаметр ступени, имеющий один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника, а меньший диаметр ступени, выполненный с двумя участками, контактирует только с дорожками качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки подшипника

d_1m/D_wm1=D_1m/D_wm2=Const,

где d_1m – диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника,

D_wm1 – диаметр меньшей ступени ролика;

D_1m – диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника;

D_wm2 – диаметр большей ступени ролика, а по меньшей мере одна дорожка качения внутреннего кольца подшипника выполнена с по меньшей мере одной проточкой для образования зазора с большим диаметром ступени ролика, при этом ступень тела качения – ролика с большим диаметром выполнена сферической или бочкообразной, а дорожка качения наружного кольца подшипника выполнена сферической.

Подшипник качения №927/825 должен отвечать условию сборки

Условие сборки выполняется и в результате имеем чистое качение тел качения как по наружной, так и по внутренней дорожкам колец подшипника.

Цель изобретения:

– обеспечение более высокой частоты вращения подшипника качения;

– устранение контакта сепаратора с телами качения подшипника качения;

– повышение долговечности по критерию износа.

Поставленные цели и технический эффект предлагаемого изобретения достигается за счет того, что больший диаметр ступени ролика 2 выполнен бочкообразным и контактирует с дорожкой качения наружного кольца подшипника по линии; что передаточное отношение от дорожки качения внутреннего кольца (а) подшипника к сепаратору Н при неподвижной дорожке качения наружного кольца (в) подшипника равно двум

а передаточное отношение от дорожки качения внутреннего кольца подшипника к дорожке качения наружного кольца подшипника при неподвижном сепараторе равно «минус единице»

где q – диаметр меньшей ступени ролика;

f – диаметр большей ступени ролика,

а передаточное отношение от сепаратора к дорожке качения внутреннего кольца подшипника при неподвижной дорожке качения наружного кольца подшипника равно одной второй

На фиг. 1 изображен подшипник качения радиальный роликовый бочкообразный однорядный с кольцевой проточкой на дорожке качения внутреннего кольца. Направление воспринимаемых нагрузок – радиальное.

На фиг.2 дан вид А фиг.1.

На фиг.3 дано сечение радиально-упорного встроенного подшипника вид Б фиг.2.

Подшипник качения, например, крупногабаритный подшипник качения состоит из наружного кольца 1, тел качения 2, сепаратора 3, внутреннего кольца 4. Тела качения 2 – ролики выполнены двухступенчатыми с центральным отверстием, в котором установлены два радиально-упорных подшипника 5 и ось 6 с зазором. Большая ступень ролика с D_wm2 контактирует только с дорожкой качения D_1m наружного кольца 1 подшипника. Большая ступень ролика выполнена бочкообразной и контактирует с дорожкой качения D_1m по линии. Две меньших ступени ролика с D_wm1 контактируют по линии только с дорожкой качения d_1m внутреннего кольца 4 подшипника, на внешней поверхности кольца 4 выполнена проточка для образования зазора с большей ступенью ролика.

Сепараторы 3 выполнены в виде дисков не контактируют своими торцевыми и радиальными поверхностями с наружным 1 и внутренним 4 кольцами подшипника. В сепараторах 3 выполнены отверстия, в которые проходят оси 6. Последние снабжены резьбовыми участками, на которых размещены гайки 7 с конусными самотормозящими поверхностями, контактирующие с ответными поверхностями на сепараторах 3.

В целях обеспечения контровки резьбовых пар 6 и 7 на гайках имеются пазы, а на консолях осей 6 – отверстия, в которые установлены штифты. Оси 6 закреплены жестко и не вращаются вокруг собственной оси (см. фиг.2). Условие сборки подшипника качения на фиг.1

d_1m/D_wm1=D_1m/D_wm2=Const.

Данное условие сборки позволяет телам качения 2 обкатываться по дорожкам качения подшипника с одинаковой окружной скоростью, чем и достигается чистое качение тел качения без проскальзывания.

Рассмотрим фиг.3, на которой изображен встроенный радиально-упорный подшипник качения 5.

Подшипник 5 состоит из наружного кольца 8, тел качения 9, сепаратора 10, внутреннего кольца 11 со ступенчатой кольцевой проточкой, например, трапецеидального типа.

Тела качения 9 – ролики – выполнены двухступенчатого типа. Большая ступень ролика выполнена сферического типа с диаметром D_wm4. Две меньших ступени ролика с D_wm3 выполнены цилиндрическим и контактируют только с дорожками качения с d_2m внутреннего кольца 11 подшипника 5 по линии.

Большая ступень ролика контактирует с дорожкой качения D_2m наружного кольца 8, имея точечный контакт. Кроме этого большая ступень ролика имеет два дополнительных точечных пятна контакта в зоне перехода сферического участка в цилиндрический – с участком кольцевой проточки внутреннего кольца 11. По схеме установки подшипники 5 воспринимают радиальные и осевые нагрузки. А работая в паре, подшипники 5 фиксируют положение тел качения 2 основного подшипника.

В подшипнике 5 также выполняется условие сборки

d_2m/D_wm3=D_2m/D_wm4=Const.

Подшипник качения на фиг.1-3 работает следующим образом: при вращении вала получает вращение кольцо 4 подшипника, тела качения – 2 – ролики – своими меньшими ступенями с D_wm1 обкатываются только по дорожкам качения d_1m внутреннего кольца 4. Больший диаметр D_wm2 ступени ролика обкатываются только по дорожке качения D_1m наружного кольца 1. Вращение тел качения 2 по дорожкам качения наружного и внутреннего колец подшипника проходит с постоянной и одинаковой частотой вращения без проскальзывания. При этом кольцо 1 – закреплено неподвижно.

Тела качения 2 вращаются на двух встроенных радиально-упорных подшипниках 5. При обкатке тел качения 2 получают вращение и диски сепараторов 3.

Данное исполнение подшипника качения позволило вынести диски сепараторов 3 и устранить контакт тел качения 2 и осей 6 с телами качения 2 и кольцами 1, 4 подшипника качения.

Встроенные подшипники качения 5 имеют при работе большую частоту колебаний по отношению к телам качения 2, чем способствуют снижению момента трения и коэффициента трения в опорах тел качения 2, например, в 3. ..10 раз и более. Известно, что момент трения тем меньше, чем больше частота и меньше амплитуда колебаний.

В целях подтверждения равенства окружных скоростей при обкатке тел качения по дорожкам качения как внутреннего, так и наружного колец подшипника, приведем кинематический анализ – расчет как в стандартном подшипнике качения, так и в предложенном подшипнике качения.

Для сравнения берем стандартный подшипник качения №2113 d65 × D100 × В 18, d₁=73,5 мм, D₁=91,5 мм, D_w=9 мм, Z=82,5 мм.

Согласно фиг.4 – схеме планетарной передачи, где

а=73,5

в=91,5

q=9

Н=82,5

Сделаем допущение – передача работает без проскальзывания.

Получили передаточные отношения в подшипнике качения №2113.

Вывод: сепаратор Н в стандартных подшипниках всегда делал и делает число оборотов больше двух оборота за один оборот вала (а), а наружное кольцо (в) всегда стремилось провернуться в противоположную сторону на «-0,245» оборота. Почему?*

Возьмем подшипник качения №2113, но уже с двухступенчатым роликом и в котором выполняется условие сборки

d_1m/D_wm1=D_1m/D_wm2=Const=10,166;

Проведем кинематический расчет подшипника согласно фиг.5 – схеме планетарной передачи,

где a=73,112

в=91,5

q=7,388

f=9

H=82,5

Вывод: Для всех подшипников качения, у которых выполняется условие сборки, данные

расчетные формулы верны и являются Const (формулы 4, 5, 6, 7…).

На этом только начинается теория качения в подшипниках качения. Теперь ответ на вопрос «Почему?»*

В стандартном подшипнике

1. , а должно быть

4. , когда окружные скорости равны разница «-0,245».

В стандартном подшипнике

2. , а должно быть

5. .

Разница вновь – 0,245

Это и есть величина проскальзывания в стандартных подшипниках.

В стандартном подшипнике №2113 ролик, ведомый сепаратором, делает 8,166 оборота по дорожке качения и наружного кольца подшипника.

Определим величину пути качения и скольжения за один оборот вала

С_кач=С_⊘73,5=d₁·π=73,5·π=230,9 мм;

C_ск=(D_w·π·8,166)Z-9·π·8,166·20=4617,76 мм

Определим, во сколько раз скольжение в подшипнике преобладает над величиной качения

Становится понятно почему греется подшипник качения. Почему шумит. Почему требует большого количества смазки. Почему так быстро изнашиваются шарики и ролики стандартных подшипников.

Почему от 30% до 40%: всех технических аварий происходит по вине подшипников качения. («Китайские» подшипники работают 1 час)

Подшипник качения, работающий на трении качения без проскальзывания, способен восстанавливать изъяны своей кристаллической решетки самостоятельно, например, как материалы с памятью формы.

Долговечность подшипников в целом может возрастать, например, от 10 до 50 лет.

Следует отметить, что тела качения 2 на внешних поверхностях содержат накатку типа пчелиных сот, например, глубиной и шириной от 0,1 до 0,15 мм, что повышает надежность сохранения смазочной пленки на поверхностях тел качения. Рисунок накатки несет дополнительную функцию – служит в качестве индикатора износа поверхностей тел качения.

Предложенный подшипник качения предназначен, например, в опорах прокатных станов.

В целом предложенный подшипник качения обеспечивает:

– более высокую частоту вращения, например, от 1000 до 3000 мин^-1;

– устранение контакта сепаратора с телами качения;

– повышение долговечности по критерию износа;

– передаточное отношение сепаратора, равное двум;

– снижение момента трения и коэффициента трения в 3…10 раз и более;

– чистое качение тел качения без скольжения;

– снижение шума, например, до 40…80 дБ, ранее достигало >120 дБ;

– стабильность зазоров и повышенную центровку вала;

– пониженный расход смазки;

– вывод стандартных подшипников из разряда подшипников скольжения в подшипники чистого качения.

Однако в идеале всего этого достигнуть представляет большую трудность, так как трение качения всегда «ходит» рядом с трением скольжения – пуск, остановка, торможение, еще есть культура производства, инерция мышления, что вместе растягивается от 100 до 500 лет на внедрение.

Подшипник способен «петь» песни, длинные грустные бесконечные, которые поют киты, при изменении тона можно судить о времени его дальнейшей службы.

Впервые становится безразлично для работы подшипника качения – какое кольцо закреплено – внутреннее или наружное, какое из колец вращается – внутреннее или наружное, во всех случаях сепаратор будет иметь передаточное отношение, равное двум.

Вынесенный сепаратор позволяет расположить в подшипнике максимальное число тел качения с минимальным зазором между ними.

Следует заметить, что большая ступень ролика 2 с D_wm2 выполнена бочкообразной, радиус бочкообразного участка равен в пределах от 5 до 10 диаметров наружного кольца подшипника и более, в некоторых случаях может быть равен от 6 до 12 метров), что и позволяет выполнить линейный контакт ролика с дорожкой качения наружного кольца подшипника, профиль дорожки качения аналогичен профилю большей ступени ролика 2.

1. Подшипник качения, содержащий внутреннее и наружное кольца с дорожками качения, размещенные между ними тела качения, выполненные в виде роликов 2 ступенчатого типа, большая ступень, имеющая один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца подшипника качения, а меньшая ступень, выполненная с двумя участками, контактирует только с дорожкой качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки подшипника качения

d_lm/D_wm1=D_lm/D_wn2=Const,

где d_lm – диаметр дорожки качения внутреннего кольца подшипника качения,

D_wm1 – диаметр меньшей ступени ролика 2;

D_lm – диаметр дорожки качения наружного кольца подшипника качения;

D_wm2 – диаметр большей ступени ролика 2,

а, по меньшей мере, дорожка качения внутреннего кольца подшипника качения выполнена, по меньшей мере, с одной проточкой для образования зазора с большей ступенью ролика 2, а тела качения выполнены с отверстием, в котором расположена ось с зазором и два встроенных радиально-упорных подшипника качения 5, консоли осей входят в диски подшипника качения и закреплены неподвижно, диски выполняют роль сепараторов и не контактируют ни с телами качения, ни с кольцами подшипника качения, встроенные радиально-упорные подшипники качения 5 содержат, например, внутренние и наружные кольца с дорожками качения, тела качения, выполненные в виде роликов 9, установленных в гнездах сепаратора, тела качения – ролики 9 выполнены двухступенчатыми, большая ступень, имеющая один участок, контактирует только с дорожкой качения наружного кольца радиально-упорного подшипника качения 5, а меньшая ступень, выполненная с двумя участками, контактирует только с дорожками качения его внутреннего кольца с постоянной и одинаковой частотой вращения, при этом должно выполняться условие сборки

d_2m/D_wm3=D_2m/D_wm4=Const.

где d_2m – диаметр дорожки качения внутреннего радиально-упорного кольца подшипника 5;

D_wm3 – диаметр меньшей ступени ролика 9;

D_2m – диаметр качения наружного кольца радиально-упорного подшипника 5;

D_wm4 – диаметр большей ступени ролика 9,

а, по меньшей мере, одна дорожка качения внутреннего кольца радиально-упорного подшипника качения 5 выполнена с, по меньшей мере, одной проточкой для образования зазора с большей ступенью ролика 9, которая выполнена сферической, как и дорожка качения наружного кольца радиально-упорного подшипника качения 5, имеющего точечный контакт с роликом 9, а в зоне перехода большей ступени ролика 9 к меньшей ступени – большая ступень ролика 9 имеет два точечных контакта с дорожками качения внутреннего кольца радиально-упорного подшипника качения 5 в верхней части проточки и два линейных контакта с меньшей ступенью ролика 9, отличающийся тем, что большая ступень ролика 2 выполнена бочкообразной и контактирует с дорожкой качения наружного кольца подшипника качения по линии.

2. Подшипник качения по п.1, отличающийся тем, что передаточное отношение от дорожки качения внутреннего кольца а подшипника качения к сепаратору Н при неподвижной дорожке качения наружного кольца в подшипника качения равно двум

а передаточное отношение от дорожки качения внутреннего кольца подшипника качения к дорожке качения наружного кольца подшипника качения при неподвижном сепараторе равно “минус единице”

где q – диаметр меньшей ступени ролика 2;

f – диаметр большей ступени ролика 2,

а передаточное отношение от сепаратора к дорожке качения внутреннего кольца подшипника качения при неподвижной дорожке качения наружного кольца подшипника качения равно одной второй

Моделирование подшипников качения в программном пакете COMSOL Multiphysics®

Подшипники, в особенности подшипники качения, очень широко используются в промышленности. Такие подшипники имеются в редукторах, транспортерах, электродвигателях и прокатных станах. По сравнению с гидродинамическими подшипниками, пусковой крутящий момент и трение в них меньше. Они также выдерживают резкие колебания скорости, температуры и нагрузок. В этой статье блога мы рассмотрим различные типы подшипников и покажем, как в программном пакете COMSOL Multiphysics® можно моделировать роторную систему с подшипником качения в качестве опоры.

Что такое подшипник качения?

Как правило, подшипники качения состоят из четырех частей:

1. Внутреннее кольцо
2. Внешнее кольцо
3. Элементы качения
4. Сепаратор

Внутреннее кольцо соединено с валом, а внешнее — с опорой подшипника. Между внутренним и внешним кольцом вставляется несколько элементов качения, что позволяет им скользить друг относительно друга из-за вращения элементов. Сепаратор не позволяет элементам качения отделяться друг от друга.

Вид спереди типичного подшипника качения со смещенным центром вала.

Подшипник качения помогает выдерживать нагрузки и обеспечивает ограниченное перемещение внутреннего кольца относительно внешнего. В COMSOL Multiphysics доступны следующие типы подшипников:

• Шариковый подшипник с глубокой дорожкой качения
• Шариковый радиально-упорный подшипник
• Шариковый самоцентрирующийся подшипник
• Роликовый цилиндрический подшипник
• Роликовый сферический подшипник
• Роликовый конический подшипник

В шариковых подшипниках с глубокой дорожкой качения, шариковых радиально-упорных, шариковых самоцентрирующихся и сферических роликовых подшипниках между элементами качения и кольцами имеется точечный контакт. Однако в роликовых цилиндрических и конических подшипниках контакт линейный. Как правило, подшипники с линейным контактом элементов качения выдерживают большую нагрузку, чем подшипники с точечным контактом. Для повышения нагрузочной способности подшипника элементы качения иногда располагаются не в один ряд, а в несколько.

Область применения подшипника выбирается с учетом его геометрии. Например, шариковые подшипники с глубокой дорожкой качения и роликовые цилиндрические подшипники не могут воспринимать осевые нагрузки, в то время как шариковые радиально-упорные и роликовые конические подшипники выдерживают значительные осевые нагрузки. Самоцентрирующиеся шариковые подшипники — отдельный случай. В таких подшипниках вал внутри может наклоняться, благодаря чему они идеально подходят для установки со смещением. Распространенные области применения различных подшипников приведены ниже.

Области применения различных типов подшипников.

Подшипники качения в программном пакете COMSOL Multiphysics представляют собой абстрактную модель контакта элементов качения и колец, основанную на теории контактных взаимодействий Герца. Поэтому, чтобы учесть в модели особые характеристики подшипников, требуется ввести их геометрические параметры. На рисунках ниже показаны геометрические параметры различных типов подшипников с двумя рядами элементов качения.

Эскизы шарикового подшипника с глубокой дорожкой качения (слева), радиально-упорного шарикового подшипника (в центре) и самоцентрирующегося шарикового подшипника (справа).

Эскизы роликового цилиндрического подшипника (слева), роликового сферического подшипника (в центре) и роликового конического подшипника (справа).

Как и геометрические параметры, свойства материала элементов качения и колец также являются важными характеристиками подшипников. Для определения деформации элементов качения и вектора усилия, передаваемого от внутреннего кольца к внешнему, используется нелинейный закон контактного взаимодействия Герца.

Зазор между элементами качения и кольцами является важнейшим параметром, от которого в значительной мере зависит вибрация ротора. При небольшом зазоре высокочастотная вибрация ниже, однако при этом для работы подшипников требуется более высокий крутящий момент. С другой стороны, при большом зазоре в роторе зачастую возникают высокочастотные вибрации, а на опору подшипника воздействуют значительные силы и моменты, чего лучше избегать.

Моделирование роторной системы с подшипником качения

Рассмотрим влияние зазора подшипника качения на вибрацию на примере конструкции ротора в устройстве воздушного охлаждения для машины непрерывного литья. В процессе непрерывного литья жидкий металл отверждается в форме заготовок. Воздуходувка в машине непрерывного литья ускоряет охлаждение потока жидкого металла, попадающего в форму, путем ее обдува холодным воздухом.

Схема конструкции ротора.

Воздуходувка состоит из приводного электродвигателя, соединенного с валом, который, в свою очередь, связан с вентилятором. Опорой вала служат два подшипника качения, расположенные между электродвигателем и воздуходувкой. Таким образом, вентилятор является опорой подшипников.

Осевое вращение ротора в совокупности с изгибом вала под действием веса выступающей конструкции вызывает вихревое движение ротора. Кроме того, из-за контакта элементов качения и колец в роторе могут возникать высокочастотные вибрации. Чтобы определить величину вибрации вала при разных зазорах подшипника, выполняется временной анализ.

Вал моделируется с помощью интерфейса Beam Rotor (Балочный ротор) в COMSOL Multiphysics, в котором используются балочные элементы на основе теории Тимошенко. Вал на конце электродвигателя считается фиксированным и моделируется с помощью функции Journal Bearing (Опорный подшипник), а вентилятор моделируется с помощью функции Disk (Диск) с учетом его массы и момента инерции.

Для моделирования подшипника используется функция Radial Roller Bearing (Радиальный роликовый подшипник), для которой требуется указывать геометрические свойства и свойства материала компонентов подшипника. Ротор вращается со скоростью 2000 об./мин, и на всю систему воздействует гравитационная нагрузка. Для оценки влияния зазора подшипника качения на вибрацию вала берутся три различные значения зазора: C = 1e-5 м, 1e-4 м и 1e-3 м.

Физические функции для моделирования роторной системы.

Анализ результатов моделирования

Моделирование выполняется в течение 1 секунды с шагом 1e-3 с. Орбита вращения вала на конце вентилятора для разных значений зазора показана на рисунке ниже.

Орбиты вращения вала на конце вентилятора для разных значений зазора (смещение центра для C = 1e-4 м и C = 0,001 м).

По орбитам видно, что при небольшом зазоре перемещение по вертикали меньше, чем при большом. Однако перемещение вала по горизонтали при небольшом зазоре подшипников больше, чем при большом. Следовательно, при небольшом зазоре элементы качения и кольца находятся в постоянном контакте между собой. При увеличении зазора контакт может прерываться, вызывая столкновение колец с элементами качения. Значения сил в подшипнике при разных зазорах, показанные ниже, подтверждают это.

Вертикальная реакция подшипника 2 (ближе к вентилятору) направлена вверх, поддерживая вес выступающей конструкции вентилятора. Однако вертикальная реакция подшипника 1 постоянно направлена вниз из-за изгиба вала, вызванного весом выступающей конструкции. Также видно, что горизонтальная реакция подшипников при больших зазорах проявляется с большими перерывами, что указывает на редкий контакт между элементами качения и кольцами в горизонтальном направлении.

Горизонтальная (слева) и вертикальная (справа) реакция подшипника 1

Горизонтальная (слева) и вертикальная (справа) реакция подшипника 2

Периодически действующая сила может вызвать высокочастотную вибрацию ротора. Частотный спектр перемещения вала по горизонтали в подшипнике, расположенном ближе к электродвигателю, говорит о наличии высокочастотной вибрации при больших зазорах. С уменьшением зазора высокочастотные вибрации становятся менее значимыми.

Частотный диапазон перемещения вала по горизонтали в подшипнике 1.

Во время работы ротора зазор подшипников может со временем увеличиваться по причине износа. Из-за этого вибрационный отклик ротора также содержит высокочастотную составляющую. Если измеренный отклик ротора включает высокочастотную составляющую, то это может указывать на то, что подшипники износились и их следует заменить.

Дальнейшие шаги

Нажмите кнопку ниже и узнайте подробнее об использовании программного пакета COMSOL® для анализа роторной динамики.

Демонстрация модуля Роторная динамика

• Просмотрите следующие статьи блога о моделировании роторов и вращающихся механизмов:
  • Анализ различных вращающихся механизмов с помощью модуля Роторная динамика
  • Анализ критических скоростей с помощью средства моделирования системы подшипников ротора
• Просмотрите архивный вебинар об использовании модуля Роторная динамика

Предназначение подшипников

Подшипник представляет собой сложносоставной сборочный узел, который состоит из нескольких основных элементов: внешнего и внутреннего колец, тел качения, сепаратора и специального желоба качения. Подобная конструкция позволяет выполнять вращательное направленное движение, обеспечивая при этом минимальный уровень трения. Собственно, в связи с этими особенностями, основное предназначение подшипников и заключается в том, чтобы зафиксировать вращающуюся деталь в механизме, позволяя ей при этом осуществлять как вращение, так и качение, а в некоторых случаях и линейное перемещение с минимально возможным коэффициентом трения поверхности.

Итоговое предназначение подшипников зависит от нескольких сторонних факторов. Во-первых, существуют различные виды подшипников и их классификации, например, по способу восприятия нагрузок. Само собой, каждая разновидность обладает своей уникальной конструкцией, а от этого во многом и зависят технические характеристики подшипников. Во-вторых, существуют различные области применения подшипников, каждая из которых имеет свои персональные особенности. Например, в машиностроении этим изделиям нужно выдерживать колоссальные нагрузки, а вот в детских игрушках требуются изделия уже менее стойкие к высоким механическим воздействиям.

Однако, вне зависимости от того, к какой области применения подшипников можно отнести те или иные виды подшипников, для стабильной работы каждого из них требуется специальная смазка. В некоторых случаях для таких целей применяют разные синтетические вещества. Иногда используют органические смазки для подшипников, кроме того, есть еще и минеральные смазочные вещества. В принципе, какого бы типа ни была смазочная среда, ее основная задача состоит в том, чтобы не дать соприкоснуться телам качения с поверхностью. Для достижения наилучшей эксплуатации изделия, его смазочная жидкость выбирается по характеристикам под предназначение подшипников.

Современные метизные заводы для разных нужд промышленности выпускают разные виды подшипников и их классификация подразделяется на три основные разновидности:

Классификация подшипников	Характер воспринимаемой нагрузки:
Радиальные подшипники	Радиальная
Упорные подшипники	Осевая
Радиально-упорные подшипники	И радиальная, и осевая

 

В первом случае, радиальная нагрузка подразумевает собой ту нагрузку, которая имеет перпендикулярную направленность по отношению к геометрической оси вала. Во втором же случае, осевая нагрузка — это та нагрузка, которая воздействует на ось подшипника только лишь в одном из направлений. В третьем случае, подшипники будут способны одновременно воспринимать оба типа нагрузок, но с преобладающей осевой.

Если рассматривать виды подшипников, то основных разновидностей будет всего 2:

• Подшипники качения
• Подшипники скольжения

Несмотря на то, что в целом принцип работы подшипника подразумевает свободное вращение внутри него какой-либо цапфы, движущие его элементы могут быть различными. Например, подшипник скольжения в качестве вращающего элемента имеет только кольцо. При этом кольцо может быть цельным, и такой подшипник называют неразъемным. Принцип его функционирования заключается в том, что вал помещается во внутреннее кольцо, которое осуществляет вращение по отношению ко внешнему корпусу. Так же существует разъемный подшипник, в котором кольцо состоит из двух отдельных частей. При этом, вал фиксируют в одной из них, и только после ставят вторую.

При этом, принято считать, что именно разъемные виды подшипников за счет своих конструктивных особенностей наиболее оптимальны в использовании. Несмотря на то, что технические характеристики подшипников скольжения разъемного типа практически не отличаются от характеристик неразъемных подшипников, наибольшая легкость их монтажа и демонтажа является одним из существенных преимуществ. Благодаря тому, что внутреннее кольцо у подшипников скольжения выпуклое, а внешнее, наоборот, вогнуто, при воздействии множественных статичных нагрузок такой тип строения позволяет с легкостью производить движение и повороты на небольших скоростях.

Технические характеристики подшипников скольжения
Преимущества	Недостатки
Низкий уровень шума при работе	Имеют небольшой КПД
Эксплуатация при высоких температурах	Ломаются из-за плохого качества смазки
Устойчивость к механическим нагрузкам	Требуют контроля за рабочими условиями

В отличии от предыдущей разновидности, подшипники качения между внутренним и наружным корпусами имеют вспомогательные элементы в форме шаров, цилиндров или же других тел округлой формы, которые могут свободно перекатываться промежду двух данных корпусов. Важно отметить, что тела качения в таких подшипниках могут устанавливаться на равноудаленном расстоянии друг от друга. Такое размещение позволяет достичь наилучшей эффективности. Для этого тела качения помещают в специальное кольцо-сепаратор. Бывают такие виды подшипников, где сепаратор отсутствует. В этом случае, внутрь плотно забивают максимальное возможное число тел качения.

При этом, тела качения могут располагаться как в один, так и в два ряда. Как правило, двухрядные подшипники могут выдерживать немного большие объемы нагрузок, поскольку все воздействие воспринимается как раз телами качения. Выбор формы тела определяют уже исходя из того, какое у подшипников предназначение, и в каком конкретном механизме они будут использоваться. Это важно, потому что каждая такая форма имеет свою определенную степень устойчивости к различным типам механического воздействия. Кроме того, от формы может зависеть и непосредственный размер подшипника, а это очень немаловажно, так как есть и маленькие и большие механизмы.

Технические характеристики подшипников качения
Преимущества	Недостатки
Практически бесшумная эксплуатация	Перестают работать в водной среде
Работают даже при высоких температурах	Их производство достаточно трудоёмкое
Стойкость к механическим воздействиям	Высокая цена и меньшая надежность

Области применения подшипников

Различные промышленные отрасли подразумевают свои специализированные области применения подшипников. Если рассматривать основные направления, где используется подшипник, а именно, машиностроение, авиастроение, вагоностроение и станкостроение, то можно заметить, что по больше части подшипники используются в составе разных устройств на валах с небольшими диаметрами. При этом, для эксплуатации при малых или же средних нагрузках обычно задействуют шариковые подшипники. В случае, когда необходима работа с большими нагрузками, то тогда устанавливают роликовые подшипники. А если требуется не только устойчивость к высоким нагрузкам, но и малые габариты, то на помощь приходят уже цилиндрические роликовые подшипники.

Кроме того, подшипники часто применяют еще как составные элементы в различных сферах бытовой направленности. Например, в детских игрушках и в аксессуарах, в бытовой технике, в квадрокоптерах и медицинских аппаратах, например, стоматологических креслах и в томографах. Кроме того, они встречаются в моторных лодках, в катерах, в велосипедах и в скейтбордах. Нередко они используются в комнатной мебели, а также в раздвижных дверях. Вообще же, если рассмотреть все области применения подшипников, то можно заметить, что такие изделия охватывают множество разнообразных сфер жизнедеятельности, при этом подшипники существенно их упрощают.

Маркировка подшипников

Одним из заключительных этапов производства подшипников является нанесение на на них специальных опознавательных меток, проще говоря — маркировки. Собственно, сама маркировка подшипников, в зависимости от страны-производителя, может различаться. В России принято наносить обозначение из заглавных букв и цифр, разбитых на три отдельных блока. Основной — центральный, состоит из 6 цифр. Слева от него через дефис указывается еще одна цифра. Справа от него добавляется специальное буквенное-численное обозначение. В качестве примера того, как выполняется расшифровка маркировки подшипников, мы рассмотрим модель 6-180306УС17Ш.

Что означает маркировка подшипников

6	18	0	3	06	У	С17	Ш
Класс точности	Подвид	Тип изделия	Серия по наружному диаметру	Внутренний диаметр	Степень шероховатости	Тип смазки	Степень шумности
Класс точности
Название				Обозначение
Нормальный				Не маркируется
Сверхвысокий				2
Особо высокий				4
Высокий				5
Повышенный				6
Пониженный				7 или 8
Тип изделия
Название				Обозначение
Радиальный				0
Сферический				1
Радиальный с короткими роликами				2
Радиальный сферический				3
Игольчатый				4
Радиальный с витыми роликами				5
Радиально-упорный				6
Конический				7
Упорный				8
Упорно-радиальный				9
Серия по наружному диаметру
Название				Обозначение
Особо-легкая				1
Легкая				2
Средняя				3
Тяжелая				4
Легкая широкая				5
Средняя широкая				6

Если говорить про внутренний диаметр этих изделий, то необходимо обозначить одну очень важную особенность. Если внутренний диаметр подшипника больше 20 мм, то цифры, которые содержит маркировка подшипников, а именно 06 в нашем случае, нужно умножить на 5. Тогда мы получим итоговый размер — 30 миллиметров. Если диаметр меньше 20 мм., то для определения его значения можно будет воспользоваться следующей таблицей:

Обозначение в маркировке	Размер внутреннего диаметра в мм.
00	10
01	12
02	15
03	17

 Правая же часть в маркировке подшипников начинается с буквенного обозначения. В данном случае, мы имеем литеру У, которая указывает на допуски материала по степени его шероховатости. Далее идет тип используемой заводом смазки подшипников. В нашем же случае, это смазка С17, то есть многоцелевая смазка ГОСТ 21150-87 марки Литол-24, которая выдерживает значения температуры в диапазоне от -40°С до +120°. В заключении указывают класс шумности изделия. По умолчанию он обозначается литерой «Ш». В зависимости от его требований по возрастающей шкале это обозначение нумеруется цифрами 1, 2, 3 и так далее. Кроме того, в некоторых случаях, маркировка подшипников может содержать еще и другие специализированные обозначения от завода.

Материалы, используемые в подшипниках – Matmatch

Одной из основных проблем при работе с динамическими машинами является трение . Повышенное трение приводит к замедлению процесса и неэффективной работе. Это также может привести к повреждению машины в результате частого контакта металлических поверхностей.

Трение можно устранить с помощью смазочных материалов , но даже смазочные материалы не являются очень эффективным решением. Подходящая смазка должна использоваться для определенного применения, иначе она просто не будет эффективной. Кроме того, смазочные материалы требуют частой замены, а их утилизация должна производиться надлежащим образом во избежание загрязнения окружающей среды. Эти недостатки преодолены другой альтернативой – подшипники .

Подшипники представляют собой механические узлы, которые позволяют машинам эффективно и легко переносить тяжелые грузы и двигаться с чрезвычайно высокой скоростью при прямолинейном или вращательном движении, уменьшая при этом трение. Практически во всех устройствах с движущимися частями используется один или несколько подшипников. Они играют ключевую роль почти во всех системах, от потолочных вентиляторов до автомобилей и промышленного оборудования [1].

В подшипниковой промышленности используются различные материалы для изготовления различных компонентов подшипников. Эти подшипниковые материалы подвергаются различной термообработке и процессам для достижения желаемых свойств, чтобы максимально увеличить срок службы и производительность подшипника.

Здесь вы узнаете: 

• Различные типы подшипников
• Наиболее распространенные материалы, используемые в подшипниках и компонентах подшипников 
• Типичные области применения подшипниковых материалов и факторы, учитываемые при выборе правильного материала 

Типы подшипников

Ниже перечислены некоторые наиболее часто используемые подшипники, каждый из которых используется для своих целей [2].

Тип подшипника	Применение	Пример
Шариковые подшипники	Легкая тяга и радиальная нагрузка	Компьютерные вентиляторы
Роликовые подшипники	Большая радиальная нагрузка	Ролики конвейерной ленты
Шариковые упорные подшипники	Легкие радиальные нагрузки и низкоскоростные приложения	Барные стулья
Упорные роликовые подшипники	Большая осевая нагрузка	Наборы шестерен
Конические роликоподшипники	Большая тяга и большая радиальная нагрузка	Автомобильные ступицы

Металлические материалы, используемые в подшипниках

Хромистая сталь SAE 52100

Роликовые, шариковые и конические роликоподшипники обычно изготавливаются из хромированной подшипниковой стали SAE 52100. Этот материал имеет превосходную износостойкость и твердость по Роквеллу около 64 HRC. Подшипники из хромистой стали могут работать при температурах до 120°С, а при термической обработке доходят до 220°С. Однако одним из недостатков подшипников из хромистой стали является низкое содержание хрома .0014, что делает их подверженными коррозии [3].

Нержавеющая сталь AISI 440C

Подшипники из нержавеющей стали имеют более высокое содержание хрома (до 18%), что делает их более стойкими к коррозии, чем SAE 52100. Они могут работать при температурах до 250°C, но имеют низкую твердость и общую несущую способность, а также имеют более высокую стоимость производства [3].

AISI 440C — это высокоуглеродистая нержавеющая сталь, используемая в подшипниках качения (шариковых или роликовых). Он широко используется в агрессивных средах и в приложениях, где коррозионная стойкость важнее грузоподъемности, например, в шарикоподшипниках для приборов [4].

 

Химический состав подшипниковой стали [3]

ЭЛЕМЕНТ	% ВЕС
	SAE 52100 (США)	AISI 440C (США)
Углерод	0,95 – 1,1%	0,95 – 1,2%
Хром	1,3 – 1,6%	16 – 18%
Кремний	0,15 – 0,35%	1% макс.
Марганец	0,5% макс.	1% макс.
Молибден	0,08% макс.	0,75% макс.
Фосфор	0,012% макс.	0,04% макс.
Никель	0,25% макс.	0,25% макс.
Сера	0,25% макс.	0,30% макс.

 

AISI 440C может подвергаться термообработке и закалке до твердости 60 HRC. Его главный недостаток – более короткая усталостная долговечность по сравнению с SAE 52100. Однако в некоторых применениях сочетаются свойства высокой усталости и коррозионной стойкости за счет использования хромированных подшипников , изготовленных из стали стандарта SAE 52100 [4].

Другие металлические материалы, используемые в подшипниках, включают [1], [4]: ​​

• Металлический баббит (баббит на основе олова и баббит на основе свинца)
• Бронза
• Медно-свинцовые сплавы
• Чугун
• Алюминиевые сплавы
• Серебро

Неметаллические материалы, используемые в подшипниках

Неметаллические материалы подшипников обладают рядом свойств, подходящих для большого количества применений. Они обычно используются в приложениях с низким значением PV (давление-скорость) из-за их относительно более низкой теплопроводности по сравнению с металлами, в дополнение к удовлетворению требований к самосмазыванию, низкой стоимости, химической стойкости и стабильности при высоких температурах. Неметаллические материалы подшипников можно разделить на пластмассы, керамику, резину, углеродный графит и другие материалы. Вот некоторые из часто используемых материалов.

Нейлон

Нейлон представляет собой полиамид, кристаллический материал, широко используемый в материалах подшипников в качестве спеченного слоя внутри металлической втулки или втулки, отлитой под давлением. Он обладает превосходной ударной вязкостью, износостойкостью, усталостной и химической стойкостью. Нейлоновые подшипники обычно используются в малонагруженных устройствах, таких как бытовая техника [4]. Нейлон, наполненный MoS ₂ , в частности, обладает улучшенными смазывающими свойствами и хорошо подходит для подшипников.

Фенольные материалы 

Фенольные материалы обычно используются для сепараторов высокоскоростных шарикоподшипников, таких как шпиндели станков. Они хорошо устойчивы к воде, кислым и щелочным растворам. Однако они имеют низкую теплопроводность и склонны к расширению, что делает их менее желательными в приложениях с высокой скоростью нагрузки [4]. Они используются в качестве замены металлических подшипников в электрических распределительных устройствах, подшипниках гидротурбин и подшипниках гребных валов судов. Хотя фенольные сепараторы обладают высокой прочностью и малым весом, они дороги в производстве, поэтому вместо них часто используют пластмассы [5].

Нитриловый каучук

Буна или нитриловый каучук — один из наиболее распространенных материалов для уплотнений подшипников. Он устойчив ко многим химическим веществам и может использоваться в широком диапазоне температур. Он также имеет хорошие механические свойства и дешев в производстве. Уплотнения подшипников также могут быть изготовлены из силикона и витона. Однако они используются только тогда, когда конкретное приложение требует их уникальных свойств из-за их высокой стоимости [5].

Тефлон

Политетрафторэтилен (ПТФЭ), широко известный как тефлон, представляет собой термопластичный полимерный материал, чья высокая химическая инертность, самосмазывающиеся свойства и низкий коэффициент трения делают его подходящим материалом для сепараторов подшипников качения, цапф и подшипников скольжения. подшипники, в том числе. Тефлон — мягкий материал с низким сопротивлением износу и ползучести, но его можно улучшить в тысячу раз за счет включения добавок, таких как волокна или частицы более твердых материалов [4].

 

Конструктивные свойства подшипников из неметаллических материалов [4]

Материал	Максимальное давление (МПа)	Максимальная скорость (м/с)	Максимальная температура ( ° C)	PV (Па.м/с)
ПТФЭ (тефлон)	3,4	0,51	260	35 000
Фенолы	41,4	12,7	93	525 000
Ацеталь	6,9	5.1	82	105 000
Поликарбонат (лексан)	6,9	5. 1	104	105 000
Нейлон	6,9	5.1	93	105 000

Выбор подшипниковых материалов

Не существует идеальных подшипниковых материалов — они могут быть изготовлены из пластика, металла или композитных материалов в зависимости от типа подшипника, области применения, скорости, нагрузки и условий эксплуатации. Способ смазки также является ключевым фактором. Очень важно учитывать, что материал подшипника является лишь одной из деталей в процессе выбора подшипника, и даже самые дорогие подшипники не могут гарантировать успешную работу, если игнорируются другие принципы проектирования [4].

С точки зрения требований к применению материал подшипника должен удовлетворять балансу между двумя противоположными требованиями. Во-первых, используемый металл должен быть достаточно твердым и прочным, чтобы предотвратить такие проблемы, как ползучесть, и должен иметь соответствующий уровень усталостной прочности и ударопрочности. С другой стороны, матрица должна быть достаточно мягкой и пластичной , чтобы соответствовать механической обработке. При выборе материала следует учитывать следующие характеристики [4]: ​​

• Коррозионная стойкость
• Стойкость к схватыванию
• Сопротивление усталости
• Возможность встраивания
• Совместимость
• Пористость
• Коэффициент трения
• Коэффициент теплового расширения
• Теплопроводность
• Прочность на сжатие
• Стоимость

[1] Н.К. Джа, «Подшипники и экологическая инженерия», «Зеленое проектирование и производство для обеспечения устойчивого развития» , Бока-Ратон: CRC Press, 2015.

[2] К. Найс, «Как работают подшипники», без даты, доступно [в сети]: https: //science.howstuffworks.com/transport/engines-equipment/bearing3.htm [Проверено 14.11.2019]

[3] Р.К. Упадхьяй и Л.А. Кумарасвамидхас, «Проблемы отказа подшипников и меры по их устранению с помощью инженерии поверхности», В А. С.Х. Махлуф и М. Алиофхазраи (ред.), Справочник по анализу отказов материалов с примерами из строительной отрасли , Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн, 2018.

[4] А. Харной, «Выбор и проектирование подшипников качения». ”, Проектирование подшипников в машиностроении: инженерная трибология и смазка , Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2002.

[5] «Материалы подшипников — керамика, хромированная сталь, нержавеющая сталь и пластмасса», без даты, доступно [в сети]: https://www.astbearings.com/bearing-materials.html [Проверено 14.11.2019]

Материалы подшипников – керамика, хромированная сталь, нержавеющая сталь и пластик

Из каких материалов изготавливаются шарикоподшипники?

В подшипниковой промышленности используются различные материалы для производства различных компонентов подшипников. Материалы подшипников обрабатываются для достижения желаемых свойств, чтобы максимизировать производительность и срок службы подшипника. Материалы, описанные здесь, являются наиболее часто используемыми. Дополнительную информацию можно найти в Листах технической информации для шаров, крышек и фиксаторов.

Шарикоподшипники по материалам

• Керамические шарикоподшипники
• Подшипники из пластмассы и неметалла

 

• Скачать в формате PDF

Запросить предложение

Подшипники из хромистой стали – SAE 52100

Наиболее распространенным материалом, используемым для изготовления несущих компонентов прецизионных шарикоподшипников, роликоподшипников и конических роликоподшипников, является хромистая сталь 52100. Этими компонентами являются внутренние и наружные кольца подшипников, шарики и ролики. Химический состав этой стали имеет высокое содержание углерода и около 1,5% хрома. Используя методы контролируемой обработки и термообработки, готовые компоненты подшипников обладают высокой прочностью, устойчивой к растрескиванию, и твердой поверхностью, устойчивой к контактной усталости качения под поверхностью. Типичная поверхностная твердость компонентов подшипников, изготовленных из этого материала, составляет от 60 до 64 по шкале твердости Роквелла C (Rc).

Подшипники из хромистой стали Extra clean 52100

Необработанная сталь, используемая для производства высокоточных миниатюрных подшипников, обрабатывается с дополнительными этапами плавки. В результате получается тип стали с очень однородной мелкозернистой структурой материала, контактные поверхности подшипника могут быть очень гладкими, поэтому подшипник работает очень тихо.

Наиболее распространенным методом термической обработки хромистой стали является сквозная закалка стали в печи с контролируемой атмосферой. Подшипники, изготовленные из хромистой стали, могут работать при постоянной температуре до 120°C.

При более высоких температурах можно выполнить термостабилизацию компонентов подшипника. Варьируя процесс термообработки, можно производить подшипники, способные работать при температуре 220°C и выше. Для этих применений компоненты должны быть подвергнуты закалке при более высокой температуре, соответствующей температуре эксплуатации. Эта обработка с повышенным отпуском отрицательно влияет на твердость материала и снижает несущую способность подшипника.

SAE 52100 — отличная подшипниковая сталь общего назначения. Благодаря своей превосходной твердости и износостойкости он демонстрирует хорошую усталостную долговечность в подшипниках качения. Однако коррозионная стойкость хромистой стали плохая из-за низкого содержания хрома. Поверхности подшипников должны быть защищены покрытием из ингибитора ржавчины или маслом, чтобы остановить окисление.

Как видно из следующей таблицы, стандартный химический состав хромистой стали зависит от страны, в которой она производится.

Обозначение Страна	С% Углерод	Si% Кремний	Мн% Марганец	П% Фосфор	Cr% Хром	Мо% Молибден	Ni% Никель	S% Сера
AISI 52100 США	. 95-1.1	.15-.35	.5 макс.	.012 макс.	1,3-1,6	.08 макс.	.25 макс.	0,25 макс.
100CR6 Германия	.95-1.1	.15-.35	.25-.45	.03 макс.	1,35-1,65	.1 макс.	–	0,2 макс.
SUJ2 Япония	.95-1.1	.15-.35	.5 макс.	.025 макс.	1,3-1,6	.08 макс.	.25 макс.	0,25 макс.
GCR15 Китай	.95-1.05	.15-.35	.25-.45	.027 макс.	1,4–1,65	.1 макс.	.23 макс.	0,2 макс.

Подшипники из нержавеющей стали

Материалы из нержавеющей стали используются для изготовления компонентов подшипников, поскольку она более устойчива к поверхностной коррозии из-за более высокого содержания хрома (~18%) с добавлением никеля. Хром реагирует с кислородом, образуя слой оксида хрома на поверхности, создавая пассивную пленку.

Подшипники из мартенситной нержавеющей стали — AISI 440C

Содержание углерода в нержавеющих сталях серии 400 достаточно велико, поэтому их можно упрочнить стандартными методами термообработки до Rc58. Из-за меньшей твердости несущая способность подшипников из этого материала на 20% ниже, чем у подшипников из хромистой стали 52100. Уровень содержания углерода означает, что компоненты являются магнитными. Коррозионная стойкость является «хорошей», когда материал 440C подвергается воздействию пресной воды и мягких химикатов. Этот материал в основном используется производителями подшипников в США.

Миниатюрные подшипники, изготовленные из обычной нержавеющей стали 440C, будут немного шумными, поскольку крупные карбиды, которые обычно концентрируются на границах зерен, обнажаются в процессе чистовой обработки дорожек качения. Подшипники большего диаметра не подвержены этому заболеванию. Подшипники из нержавеющей стали серии 400 могут работать при более высоких температурах, чем хромистая сталь, до 250°C непрерывно. Подшипники из этого материала, как правило, дороже, чем подшипники из хромистой стали.

Подшипники из мартенситной нержавеющей стали – ACD34 / KS440 / X65Cr13

Многие производители миниатюрных подшипников изготавливают свои кольца и шарики из нержавеющей стали с немного более низким содержанием углерода и хрома, чем AISI 440C, известной под несколькими названиями, включая ACD34, KS440 и X65Cr13. После термической обработки этот материал имеет более мелкие карбиды, поэтому подшипник будет иметь превосходные характеристики низкого уровня шума, обеспечивая при этом такую ​​же коррозионную стойкость, как и 440C. Для подшипников, изготовленных из этого материала, некоторые производители публикуют те же значения грузоподъемности, что и для подшипников из хромистой стали. Это связано с использованием строго контролируемых методов термообработки, в результате которых достигается твердость до Rc 60. Хотя это одна из наиболее широко используемых нержавеющих сталей для шарикоподшипников, для этого материала нет обозначения AISI.

Подшипники из мартенситной нержавеющей стали – SV30

Мартенситная нержавеющая сталь может быть модифицирована во время обработки необработанной стали путем снижения содержания углерода и введения азота в качестве легирующего элемента. Азот увеличивает насыщение хромом, который вместо карбидов хрома превращается в нитриды хрома. В результате получается высокопрочная сталь высокой твердости с микроструктурой , превосходящей , которая увеличивает усталостную долговечность на 100% (в два раза) в определенных областях применения. Этот материал также обладает повышенной коррозионной стойкостью, даже лучше, чем 440C и ACD34-9.0003 до 5 раз лучше . Подшипники, изготовленные из этого материала, могут иметь надбавку к цене на 20–40 %, но часто это более чем компенсируется выигрышем в превосходных характеристиках. Более подробная информация доступна в Техническом информационном листе SV30.

Термическая обработка подшипниковых сталей

Когда подшипниковые стали находятся в мягком (незакаленном) состоянии, металлурги называют их структуру перлитной. Чтобы закалить сталь, ее нужно нагреть до очень высокой температуры, а затем очень быстро охладить. При нагревании в печи для термообработки до 1750°F структура превращается из перлита в то, что известно как аустенит. После закалки (очень быстрого охлаждения) структура переходит из аустенитной в мартенситную. После превращения в мартенсит сталь становится очень твердой. Однако на данный момент он не считается «термически стабилизированным». Это связано с тем, что не весь аустенит превращается в мартенсит в процессе закалки. Это явление называется «остаточным аустенитом».

Если сталь не термически стабилизирована, остаточный аустенит в течение длительного периода времени (возможно, лет) превратится в мартенсит. Это превращение сопровождается увеличением объема, которое называется металлургическим ростом (не путать с термическим ростом). Металлургический рост вызовет изменение размеров и формы любых стальных деталей, таких как подшипники, даже при комнатной температуре.

Хотя это не является проблемой для низкоточных подшипников товарного типа, для высокоточных (ABEC 5P, 7P, 9P) миниатюрные подшипники это отсутствие размерной стабильности может вызвать проблемы. Чтобы устранить этот нежелательный металлургический рост, сталь должна быть подвергнута термической стабилизации. Это достигается повторными циклами охлаждения при -120 F и отпуска для преобразования большого процента остаточного аустенита в мартенсит.

В таблицах ниже показан химический состав сплавов нержавеющей стали, рассмотренных выше.

Обозначение Страна	С% Углерод	Si% Кремний	Мн% Марганец	П% Фосфор	Cr% Хром	Мо% Молибден	Ni% Никель	S% Сера
AISI 440C США	. 95-1,2	1,0 макс.	1,0 макс.	.04 макс.	16-18	0,75 макс.	.25 макс.	0,3 макс.
SUS440C Япония	.95-1,2	1,0 макс.	1,0 макс.	.04 макс.	16-18	0,75 макс.	.25 макс.	0,3 макс.
9Cr18 Китай	.90-1.05	0,75 макс.	0,75 макс.	.035 макс.	16-19	0,75 макс.	.23 макс.	0,3 макс.

Улучшенная нержавеющая сталь 440 — ACD34

Обозначение Страна	С% Углерод	Si% Кремний	Мн% Марганец	П% Фосфор	Cr% Хром	Мо% Молибден	Ni% Никель	S% Сера
KS440 Япония	. 6-.7	1,0 макс.	1,0 макс.	.03 макс.	12-13,5	.25 макс.	–	0,1 макс.
GCR15 Китай	.6-.7	1,0 макс.	1,0 макс.	.04 макс.	12-14	0,75 макс.	–	0,3 макс.

Подшипники из аустенитной нержавеющей стали AISI316

Компоненты подшипников, изготовленные из материалов из нержавеющей стали серии 300, обладают большей коррозионной стойкостью и немагнитны из-за низкого содержания углерода. Однако компромисс заключается в том, что этот материал не может быть закален, поэтому подшипники могут работать только при низких нагрузках и скоростях. Поверхности подшипника вступают в химическую реакцию с кислородом, называемую процессом пассивации; образующаяся на поверхности пассивная пленка защищает подшипник от коррозии. Коррозионная стойкость наилучшая, когда подшипник не полностью погружен в жидкость (например, при подводном применении). Подшипники из этого материала обычно изготавливаются по специальному заказу, требующему минимального количества; к тому же они дороже.

Прочие подшипники из нержавеющей стали серии 300

Щиты подшипников, уплотнительные шайбы и фиксаторы шариков иногда изготавливаются из нержавеющей стали AISI303 или AISI304, поскольку они обладают умеренной коррозионной стойкостью и лучше подходят для придания различных форм.

Подшипники из легированной углеродистой стали

Материалы из углеродистой стали используются для производства различных компонентов подшипников и бывают двух основных типов: из легированной стали со средним и низким содержанием углерода.

Подшипники из среднеуглеродистой легированной стали

Подшипники, изготовленные из легированной стали со средним или низким содержанием углерода, обычно называются «полупрецизионными» или «промышленными» подшипниками. Типичными материалами являются AISI8620 или AISI4320. Внутреннее и наружное кольца подвергаются поверхностной закалке в процессе термической обработки, называемой поверхностной закалкой или науглероживанием. Подшипники из этих материалов не могут выдерживать большие нагрузки, работать на высоких скоростях и не обладают коррозионной стойкостью. Подшипники из этих материалов обычно имеют низкую стоимость.

Подшипники из низкоуглеродистой легированной стали

Низкоуглеродистая сталь используется в производстве сепараторов подшипников, металлических щитов и металлических шайб, вокруг которых отливается резина для уплотнений. Распространенными материалами являются AISI C1008 и C1010. Материал должен быть защищен от коррозии с помощью покрытия маслом/смазкой (клетки) или гальваническим покрытием (экраны). Дополнительную информацию о фиксаторах и крышках можно найти в соответствующих технических бюллетенях.

Подшипники из пластмасс и неметаллических материалов

Сепараторы

Иногда для сепараторов подшипников используются пластмассы. Наиболее распространенным является формованный нейлоновый пластик, но также используется формованный ацеталь (ПОМ). Другие полимеры используются в специальных конструкциях подшипников, где предъявляются особые требования к характеристикам, такие как высокая скорость, низкий крутящий момент или низкий уровень шума.

Сепараторы из фенольных (фенолформальдегидных) материалов наиболее распространены в высокоскоростных шарикоподшипниках, используемых в шпинделях станочного оборудования. Фенольные сепараторы легкие и обладают высокой прочностью. Стоимость обработки этого материала привела к увеличению использования вместо него пластика. Дополнительная информация содержится в техническом бюллетене Cages.

Уплотнения

Наиболее распространенным материалом для уплотнений является нитриловый каучук или бунакаучук. Он обладает хорошими механическими свойствами, может использоваться в широком диапазоне температур, устойчив ко многим химическим веществам и имеет низкую стоимость. Такие материалы, как витон и силикон, являются дорогими эластомерами, и они обычно используются, когда применение требует их уникальных свойств.

Подшипники из керамических материалов

Подшипники из керамических материалов занимают особую нишу в производстве подшипников. Наиболее распространенным устройством является гибридный подшипник, обычно с кольцами из нержавеющей стали и керамическими шариками. Наиболее распространенным керамическим материалом является нитрид кремния. Мячи из этого материала имеют твердость до Rc78 и очень гладкую поверхность. Гибридные подшипники дороже, чем все подшипники из нержавеющей стали.

Каталог подшипников

Ознакомьтесь с нашим онлайн-каталогом продукции с более чем 10 000 продуктов с полными спецификациями и 3D-моделями CAD, доступными для скачивания — и все это бесплатно!

Просмотреть каталог

Просмотреть новое сообщение View Previous Post

Справочник по материалам для шарикоподшипников

Престон Соуза
Специалист по продукции, xiros Bearings

Шариковые подшипники могут использоваться в различных областях, от медицинских и упаковочных технологий до электроники и офисной техники. Поскольку эти компоненты доступны из различных типов материалов, каждый из которых имеет свой собственный набор характеристик и преимуществ, взвешивание плюсов и минусов конкретного типа шарикоподшипника может стать важной частью процесса проектирования. Шариковые подшипники чаще всего изготавливаются из стали, керамики или пластика. Хотя каждый шарикоподшипник состоит из четырех основных частей — наружного кольца, внутреннего кольца, сепаратора и шариков, — каждый из них имеет свой набор уникальных характеристик.

Стальные шарикоподшипники

Стальные шарикоподшипники являются надежным решением для многих инженеров-конструкторов отчасти потому, что это более старая технология. Как правило, эти типы подшипников состоят из цельнометаллических деталей, но доступны с различными типами стальных колец и шариков или с фенольным сепаратором.

Стальные шарикоподшипники идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации с чрезвычайно высокими нагрузками и быстрыми оборотами в минуту (об/мин), а некоторые из них имеют радиальную грузоподъемность до 30 000 фунтов. Еще одним преимуществом стальных шарикоподшипников является то, что они имеют тенденцию быть очень точными из-за зазора, который может быть достигнут в процессе производства.

Стальные шарикоподшипники также имеют ряд недостатков. Они тяжелые и шумные, и, в зависимости от марки стали, им не хватает химической стойкости. Они требуют постоянной смазки, а это означает затраты времени и денег на техническое обслуживание. Сталь подвержена коррозии во влажной или мокрой среде. Из-за необходимости смазки большинство стальных шарикоподшипников также должны быть герметизированы, чтобы исключить попадание внутрь грязи и мусора и вытекание смазки. Несоблюдение надлежащей герметизации может привести к выходу подшипника из строя. Кроме того, в медицинских приложениях их магнитные свойства могут вызывать проблемы.

Кроме того, чрезвычайно большое количество производителей стальных шарикоподшипников приводит к огромным колебаниям цен, от недорогих до очень дорогих. Это может быть воспринято как преимущество или недостаток, но в любом случае варианты могут быть огромными, и покупатели стальных шарикоподшипников задаются вопросом, получают ли они желаемое качество.

Керамические шарикоподшипники

Наиболее распространенный тип керамического шарикоподшипника часто считается «гибридным», что указывает на то, что внешнее кольцо, внутреннее кольцо и сепаратор подшипника состоят из стали, а шарики изготовлены из из керамического. Керамический материал позволяет подшипнику работать быстрее, сохраняя при этом более низкую рабочую температуру и одновременно снижая шум, вибрацию и износ. Поскольку гибридные керамические шарикоподшипники представляют собой гибридную конструкцию и все еще содержат стальные кольца, они так же подвержены коррозии, как и стальные шарикоподшипники.

Полностью керамические шарикоподшипники имеют тенденцию быть более устойчивыми к коррозии, более жесткими и легче по весу, чем большинство стальных шарикоподшипников. Кроме того, полностью керамические шарикоподшипники немагнитны, что полезно для приложений, где это может быть критично (например, оборудование МРТ). Также возможны более низкие коэффициенты трения и более высокие обороты, а поскольку они не проводят ток, керамические шарикоподшипники можно использовать в электрических устройствах. Кроме того, большинство керамических шарикоподшипников могут работать при температурах до 1800 ̊ F.

Благодаря этим преимуществам керамические шарикоподшипники являются привлекательным решением. Однако эти типы подшипников чрезвычайно дороги, что само по себе является веским аргументом в пользу поиска альтернативного решения, когда не нужны сверхвысокие скорости и высокие температуры.

Пластиковые шарикоподшипники

Хотя пластиковые шарикоподшипники являются более новой технологией, они имеют преимущества, которых нет у стальных или керамических шарикоподшипников. Пластиковые шарикоподшипники состоят из полностью пластиковых колец и пластикового сепаратора и обычно доступны с тремя различными типами шариков: пластиковыми, стеклянными или из нержавеющей стали. Выбор материала часто зависит от среды, в которой будет использоваться подшипник.

Наиболее распространенным материалом шариков в шарикоподшипниках является нержавеющая сталь. Шары из нержавеющей стали являются наиболее экономичным выбором, но они тяжелее, чем пластиковые и стеклянные варианты, и они являются магнитными, что может нанести ущерб некоторым приложениям. Стеклянные шарики идеально подходят, когда требуется раствор без содержания металлов. Стеклянные шарики также обладают превосходной химической стойкостью и весят меньше, чем стальные шарики. Пластиковые шарики — еще один идеальный вариант. Они весят меньше, чем стальные и стеклянные шарики, и обладают превосходной износостойкостью, сохраняя при этом устойчивость к широкому спектру химических веществ.

Какую бы конфигурацию вы ни выбрали, пластиковые шарикоподшипники идеально подходят для применения при нормальных и высоких скоростях и обладают рядом дополнительных привлекательных характеристик. Благодаря пластиковой конструкции пластиковые шарикоподшипники являются самосмазывающимися, устойчивыми к коррозии и обеспечивают бесшумную работу. Еще одним важным преимуществом является то, что они легкие.

На рынке есть несколько производителей пластиковых шарикоподшипников. Есть компании, производящие простые пластиковые шарикоподшипники, обычно изготавливаемые из ацеталя, а есть компании igus, производящие подшипники из однородно смешанных материалов, включая базовый пластик, твердые смазочные материалы, волокна и нити. В вашем конкретном случае будет указано, достаточно ли использовать простой пластик, поскольку он предлагает легкое бесшумное решение и коррозионную стойкость. Если износ является серьезной проблемой, термопласт может быть более предпочтительным.

Тем не менее, есть случаи, когда пластмассовые шарикоподшипники не следует использовать, в том числе при высоких нагрузках или длительных температурах, превышающих 300 ̊ F.

Заключение
Каждый производитель предлагает свои варианты шарикоподшипников с различными характеристиками . Например, производители стальных шарикоподшипников часто предлагают свою продукцию из различных типов стали, включая серию 300 (мягкая нержавеющая сталь), серию 400 или хромированную сталь.

Таким же образом компания igus теперь предлагает свою линейку пластиковых шарикоподшипников xiros с девятью различными термопластичными материалами качения: • A500 для чрезвычайной химической стойкости, температуры до 302 ̊ F и соответствия FDA.
•B180 для высокой износостойкости, температуры до 176 ̊ F и соответствия FDA.
•C160 для применений, подверженных воздействию химикатов и при температуре 176 ̊ F или ниже.
•D180 для более высоких скоростей и меньших нагрузок по сравнению с другими вариантами xiros.
• F180 — это токопроводящий вариант с защитой от электростатического разряда, соответствующий требованиям FDA.
•G220 является стандартом xiros для превосходных износостойких свойств и диапазона высоких температур до 212 ̊ F.
•M180 — это поддающийся обнаружению материал для использования в упаковочном оборудовании.
•S180 — новейший вариант материала от igus, обеспечивающий еще большую износостойкость, чем B180, для применений, требующих более продолжительных рабочих циклов.
•T220 изготовлен из материалов, разрешенных в табачной промышленности, поэтому подходит для использования в этой области. igus предлагает онлайн-инструменты для пластиковых шарикоподшипников xiros, в том числе средство прогнозирования срока службы, которое позволяет ввести несколько фрагментов информации
, а затем получить ожидаемый срок службы подшипников.

Игус
www.igus.com

Изготовление шарикоподшипников

Фон

С тех пор, как человеку стало необходимо перемещать вещи, он использовал круглые ролики, чтобы облегчить работу. Вероятно, первыми катками были палки или бревна, которые были большим улучшением по сравнению с перетаскиванием вещей по земле, но все же довольно тяжелая работа. Египтяне использовали бревна для скатывания огромных каменных блоков. для пирамид. В конце концов, кому-то пришла в голову идея защитить каток к тому, что перемещалось, и построил первый «транспортное средство» с «колесами». Однако эти еще были подшипники, сделанные из материалов, трущихся друг о друга, а не катящихся друг на друга. Лишь в конце восемнадцатого века разработана базовая конструкция подшипников. В 1794, валлийский мастер по металлу Филип Воан запатентовал конструкцию шарикоподшипников для поддержки оси перевозка. Развитие продолжалось в девятнадцатом и начале двадцатого столетий, чему способствовало развитие велосипеда и автомобиль.

Существуют тысячи размеров, форм и видов подшипников качения; мяч подшипники, роликовые подшипники, игольчатые подшипники и конические роликоподшипники являются основными видами. Размеры варьируются от достаточно малых для запуска миниатюрных двигателей. к огромным подшипникам, используемым для поддержки вращающихся частей в гидроэлектростанциях растения; эти большие подшипники могут быть десять футов (3,04 метра) в диаметре и для установки требуется кран. Наиболее распространенные размеры легко помещаются в одной рукой и используются в таких вещах, как электродвигатели.

В этой статье будут описаны только шариковые подшипники. В этих подшипниках часть качения представляет собой шарик, который катится между внутренним и наружным кольцами, называемыми гонки. Мячи удерживаются клеткой, которая удерживает их на равномерном расстоянии друг от друга. гонки. В дополнение к этим частям, есть много дополнительных частей для специальных подшипников, таких как уплотнения для удержания масла или смазки и попадания грязи, или винты, чтобы удерживать подшипник на месте. Мы не будем беспокоиться об этом модные дополнения.

Сырье

Почти все детали всех шарикоподшипников изготовлены из стали. Поскольку подшипник должен выдерживать большие нагрузки, он должен быть сделан из очень прочного стали. Стандартная отраслевая классификация стали в этих подшипников 52100, а это значит, что в них один процент хрома и один процент углерода (называемый сплавами при добавлении к основной стали). Эта сталь можно сделать очень твердым и жестким путем термической обработки. Где ржавчина может быть проблема, подшипники сделаны из 440C нержавеющая сталь.

Клетка для шаров традиционно изготавливается из тонкой стали, но некоторые подшипники теперь используют литые пластмассовые сепараторы, потому что они дешевле в изготовлении и вызывают меньшее трение.

Производство

Процесс

Стандартный шарикоподшипник состоит из четырех основных частей: наружного кольца, катящиеся шарики, внутреннее кольцо и сепаратор.

Гонки

• 1 Обе расы сделаны практически одинаково. Так как они оба кольца стали, процесс начинается со стальных труб соответствующего размера. Автоматы, подобные токарным станкам, используют режущие инструменты для резки основных форму гонки, в результате чего все размеры немного преувеличены. Причина, по которой они оставлены слишком большими, заключается в том, что расы должны быть подвергнуты термической обработке. до завершения, и сталь

  Удивительно, но сначала катящиеся шарики представляют собой толстую стальную проволоку. Затем в процессе холодной высадки проволока разрезается на мелкие кусочки. разбился между двумя стальными плашками. В результате получился шар, похожий на планета Сатурн с кольцом вокруг середины, называемым “вспышка.”

  обычно деформируется во время этого процесса. Их можно обработать обратно готовый размер после термообработки.
• 2. Черновые кольца помещаются в печь для термообработки при температуре около 1550 градусов по Фаренгейту (843 градуса по Цельсию) в течение нескольких часов (в зависимости от размера деталей), затем погружают в масляную баню для охладите их и сделайте их очень твердыми. Это закаливание также делает их хрупкие, поэтому следующим шагом будет их отпуск. Это делается путем нагрева их во второй духовке примерно до 300 градусов по Фаренгейту (148,8 градусов по Фаренгейту). Цельсия), а затем дать им остыть на воздухе. Вся эта термообработка процесс делает детали, которые являются одновременно твердыми и жесткими.
• 3 После термической обработки дорожки готовы к отделке. Однако теперь расы слишком трудно резать режущими инструментами, поэтому остальная работа должна быть выполнена с шлифовальные круги. Это очень похоже на то, что вы найдете в любом магазине для заточки. сверла и инструменты, за исключением нескольких различных видов и форм. необходимо для завершения гонок. Почти все места в гонке заняты путем шлифовки, которая оставляет очень гладкую, аккуратную поверхность. Поверхности место, где подшипник входит в машину, должно быть очень круглым, а стороны должны быть ровными. Поверхность, по которой катятся шарики, сначала шлифуется, а потом лопнул. Это означает, что для полировать гонки в течение нескольких часов, чтобы получить почти зеркальный блеск. В На этом этапе гонки завершены и готовы к сборке с мячи.

Яйца

• 4 Шары сделать немного сложнее, хотя их форма очень просто. Удивительно, но шарики начинаются как толстая проволока. Этот проволока с рулона подается на станок, который отрезает короткий кусок, и затем разбивает оба конца по направлению к середине. Этот процесс называется холодным заголовок. Свое название он получил из-за того, что провод не

  Выпуклость вокруг середины катящихся шариков удалена в процесс обработки. Шарики помещаются в шероховатые канавки между двумя чугунные диски. Один диск вращается, а другой неподвижен; трение удаляет вспышку. Отсюда шары жаркие обработаны, отшлифованы и притерты, что оставляет шарики с очень гладкая отделка.

  нагревают перед тем, как разбить, и что первоначальное использование для процесса заключалась в том, чтобы надеть головки на гвозди (как это и делается до сих пор). В любом скорость, шары теперь выглядят как планета Сатурн, с кольцом вокруг средний называется «вспышка».
• 5 Первый процесс обработки удаляет этот заусенец. Шариковые подшипники положить между сторонами двух чугунных дисков, где они едут в канавки. Внутренняя часть канавок шероховатая, что отрывает вспышку шаров. Одно колесо вращается, а другое остается неподвижным. стационарное колесо имеет сквозные отверстия, чтобы шарики можно было подавать в и выведены из канавок. Специальный конвейер подает шарики в один отверстие, шарики гремят по канавке, а затем выходят из другого отверстие. Затем они подаются обратно на конвейер для множества проходов. колесные канавки, пока они не станут достаточно круглыми, почти до нужного размера, а вспышки совсем нет. Снова, шары оставляют большего размера, чтобы их можно было измельчить до готового состояния Размер после термической обработки. Количество стали, оставшейся на доводку, не много; всего около 8/1000 дюйма (0,02 сантиметра), что примерно равно толщиной с два листа бумаги.
• 6 Процесс термической обработки шаров аналогичен гонки, так как вид стали одинаков, и лучше иметь все детали изнашиваются примерно с одинаковой скоростью. Как гонки, мячи становятся твердыми и жесткими после термической обработки и отпуска. После тепла обработка, шарики возвращаются в машину, которая работает так же как средство для удаления заусенцев, за исключением того, что вместо этого используются шлифовальные круги. режущих кругов. Эти колеса перемалывают шарики так, что они круглые и в пределах нескольких десятитысячных дюйма от их готового размер.
• 7 После этого шары перемещаются на притирочный станок, который отлил железные колеса и использует тот же абразивный притирочный состав, что и на гонки. Здесь их будут притирать 8-10 часов, в зависимости от

  Четыре части готового шарикоподшипника: внутреннее кольцо, внешнее кольцо, клетка и мяч.

  насколько точен подшипник, для которого они сделаны. И снова результат это сталь, которая очень гладкая.

Клетка

• 8 Стальные сепараторы штампуются из довольно тонкого листового металла, формочкой для печенья, а затем сгибаются до их окончательной формы в штампе. Кубик состоит из двух соединенных друг с другом кусков стали с отверстием в форме готовой детали, вырезанной внутри. Когда клетка помещается между и матрица закрыта, клетка изогнута по форме отверстия внутри. Затем штамп открывается, и готовая деталь вынимается, готовая к использованию. собран.
• 9 Пластиковые клетки обычно изготавливаются методом литья под давлением. В этом процессе полая металлическая форма заполняется путем разбрызгивания расплавленного металла. пластик в него, и позволяя ему затвердевать. Форма открывается, и готовая клетка вынимается, готова к сборке.

Сборка

• 10 Теперь, когда все детали изготовлены, нужно установить подшипник. вместе. Во-первых, внутренняя обойма помещается внутрь внешней обоймы, только снаружи. в одну сторону насколько это возможно. Это делает пространство между ними на противоположная сторона достаточно большая, чтобы между ними можно было вставлять мячи. Требуемый вставлено количество шаров, затем беговые дорожки перемещаются так, чтобы они оба по центру, и шарики равномерно распределены вокруг подшипника. В В этот момент устанавливается клетка, удерживающая шары отдельно друг от друга. Другой. Пластиковые сепараторы обычно просто защелкиваются, в то время как стальные сепараторы обычно приходится вставлять и заклепывать вместе. Теперь, когда подшипник собран, покрыт средством от ржавчины и упакован для перевозки.

Контроль качества

Изготовление подшипников — очень точный бизнес. Испытания проводятся на образцах стали, поступающей на завод, чтобы убедиться, что она имеет нужное количество легированных металлов в нем. Испытания на твердость и ударную вязкость также осуществляется на нескольких стадиях процесса термообработки. Это также множество проверок по пути, чтобы убедиться, что размеры и формы правильный. Поверхность мячей и места, где они катятся по беговым дорожкам, должны быть исключительно гладкая. Мячи не могут быть вне круга более 25 миллионные доли дюйма даже для недорогого подшипника. Высокоскоростной или прецизионные подшипники допускаются только с пятимиллионными долями дюйма.

Будущее

Шариковые подшипники будут использоваться еще много лет, потому что они очень просты и стали очень недорогими в производстве. Некоторые компании экспериментировал с изготовлением шаров в космосе на космическом челноке. В космосе, капли расплавленной стали можно выплюнуть в воздух, а невесомость позволяет им парить в воздухе. Капли автоматически образуют идеальные сферы. пока они остывают и твердеют. Однако космические путешествия по-прежнему дороги, поэтому много полировки можно сделать на земле по цене одной «космический шар».

Однако на горизонте находятся и другие виды подшипников. Подшипники, где два объекты никогда не соприкасаются друг с другом, эффективны в работе, но сложны делать. Один вид использует магниты, которые отталкиваются друг от друга и могут быть используется для разделения вещей. Вот так “маг-лев” (для магнитной левитации) построены поезда. Другой вид нагнетает воздух в пространство между двумя плотно прилегающими поверхностями, заставляющее их парить в воздухе друг друга на подушке сжатого воздуха. Однако оба этих подшипника гораздо дороже построить и эксплуатировать, чем скромный, надежный шар несущий.

Где узнать больше

Книги

Сотрудники Deere & Company, ред. подшипники и уплотнения, 5-е изд. Р. Р. Боукер, 1992.

Эшманн, Пол. Шариковые и роликовые подшипники: теория, конструкция и применение, 2-е изд.

Харрис, Тедрик А. Анализ подшипников качения, 3-е изд. Джон Вили и сыновья, Inc., 1991.

Хоутон, П.С. Шариковые и роликовые подшипники. Elsevier Science Publishing Company, Inc., 1976.

Нисбет, Т.С. Подшипники качения. Издательство Оксфордского университета, 1974.

Шигли, Дж. Э. Подшипники и смазка: конструктор-механик Рабочая тетрадь. Макгроу-Хилл, Инк., 1990.

Периодика

Гарднер, Дана. «Керамика оживляет диски» Новости дизайна. 23 марта 1992 г., с. 63.

Ханнуш, Дж. Г. «Керамические подшипники становятся популярными». Новости дизайна. 21 ноября 1988 г. , с. 224.

Маккарти, Лайл Х. «Новый сплав обеспечивает более тихий мяч» Подшипники», Новости дизайна. 20 мая 1991 г., с. 99.

— Стив Матиас

Все о роликовых подшипниках: что нужно знать

Роликовые подшипники представляют собой подшипники качения, в которых используются цилиндры качения, удерживаемые между внутренней и внешней дорожками качения для восприятия радиальных и осевых нагрузок, действующих на вращающиеся и совершающие возвратно-поступательные движения валы. Их можно условно разделить на подшипники, которые воспринимают в основном радиальные нагрузки, подшипники, которые воспринимают в основном осевые нагрузки, и подшипники, которые воспринимают комбинированные радиальные и осевые нагрузки. В этой статье будут обсуждаться различные формы, которые принимают роликовые подшипники, и кратко выделены некоторые общие области применения. Информацию о других типах подшипников см. в нашем Руководстве для покупателей подшипников.

Строительство

Ролики могут быть цилиндрическими, коническими, сферическими или игольчатыми, в зависимости от предполагаемого применения подшипника. Как правило, они изготавливаются из науглероженной легированной стали, поскольку науглероживание оставляет полезные остаточные сжимающие напряжения на поверхности роликов. В отличие от шарикоподшипников, которые обычно приобретаются и устанавливаются уже в собранном виде, роликоподшипники могут быть разъемными, с запрессовкой обойм на валы и в корпуса по отдельности, с установкой между ними роликов с сепараторами. Сепараторы могут быть изготовлены из штампованной стали, обработанной бронзы, полимера и т. д., в зависимости от области применения и требований к объему данного подшипника. Роликовые сепараторы штифтового типа иногда используются в очень больших подшипниках.

Цилиндрические ролики

рассчитаны на большие радиальные нагрузки и доступны в одно-, двух- и многорядном исполнении. С соотношением длины к диаметру от 1:1 до 3:1 они поставляются как в версии с клеткой, так и без клетки (полный комплект). Игольчатые ролики (L:D > 4:1) имеют такую ​​же цилиндрическую форму, но пропорционально длиннее и в бессепараторном исполнении выдерживают очень высокие нагрузки. Они особенно полезны для возвратно-поступательного движения в бессепараторных версиях, поскольку иглы могут перекашиваться. Таким образом, колебание помогает иглам перестроиться. Для вращательного движения предпочтительны игольчатые подшипники сепараторного типа.

Иногда используются игольчатые подшипники без внутренних колец, и иглы перемещаются непосредственно по поверхности закаленных валов. Их внешние кольца также могут быть сделаны довольно тонкими, называемыми вытянутыми чашками, и в таких случаях это зависит от прочности материала основы, на котором они установлены, чтобы выдерживать нагрузку. Типичное применение полнокомплектных игольчатых подшипников — универсальные шарниры, где движение возвратно-поступательное, иглы перемещаются непосредственно по валу, а корпус шарнира обеспечивает материал для поддержки тонкостенного внешнего корпуса.

Как радиальные подшипники, ни цилиндрические, ни игольчатые ролики не справляются особенно хорошо с осевыми нагрузками, хотя цилиндрические роликоподшипники могут выдерживать небольшие осевые нагрузки, если они сконструированы как фиксирующие узлы. И цилиндрические, и игольчатые ролики используются при изготовлении специальных упорных роликоподшипников. Ролики делаются короткими и часто используются по несколько штук, чтобы свести скольжение к минимуму. Подшипник с перекрестными роликами представляет собой вариант цилиндрического подшипника, предназначенный для восприятия радиальных и осевых нагрузок.

Для комбинированных радиальных и осевых нагрузок предпочтительны конические ролики. Геометрия этих подшипников такова, что вершины внутренней и внешней обоймы (иногда называемые конусами и чашками) и конические ролики встречаются в общей точке вдоль оси вращения, что исключает любое скользящее движение между роликом и обоймой. Чем круче конусность роликов, тем большую осевую нагрузку выдерживает подшипник. Радиальные нагрузки также будут иметь осевую составляющую из-за геометрии подшипника. Эти подшипники необходимо устанавливать с особым вниманием к предварительному натягу, так как слишком большой предварительный натяг может привести к заклиниванию роликов.

Наконец, сферические роликоподшипники используются из-за их способности выдерживать несоосность между валом и подшипником, что является обычной ситуацией на валах из-за отклонения, вызванного статическими и динамическими нагрузками. Роликовые подшипники обычно плохо переносят смещение по сравнению с шарикоподшипниками, и сферический ролик устраняет этот недостаток. При использовании в однорядных версиях сферические роликоподшипники имеют небольшую осевую нагрузку, но в двухрядных конструкциях могут выдерживать осевые нагрузки, превышающие 30% радиальных нагрузок.

Герметизация и экранирование роликоподшипников не так просты, как для шарикоподшипников. Уплотнения для роликовых подшипников доступны во многих инженерных конструкциях. Цельнометаллические экраны иногда используются в условиях высоких температур, что исключает использование манжетных уплотнений из эластомера. Уплотнения часто сочетают металл и эластомер, что обеспечивает жесткую посадку в отверстии в сочетании с гибким манжетным уплотнением на вращающемся элементе.

оценок

Как и в случае с шарикоподшипниками, ABMA ввела рейтинговую систему RBEC для роликоподшипников. Эти номиналы определяют допустимые допуски для цилиндрических и сферических роликоподшипников и подпадают под действие стандарта ABMA 20. Стандарт 21 распространяется на конические роликоподшипники.

Роликовые подшипники менее стандартизированы, чем шарикоподшипники, в основном кодифицированы размеры их корпуса. Многие внутренние размеры, допуски и т. д. могут различаться у разных производителей. При выборе подшипника следует учитывать каталожные данные производителя.

Трудно предсказать срок службы одного роликоподшипника, поэтому подшипники оцениваются на основе количества оборотов, которые группа из них совершит до того, как 10% из них проявят признаки отказа, о чем свидетельствует усталость шариков или дорожек. Так называемая базовая грузоподъемность определяется как радиальная нагрузка, которую группа подшипников выдерживает за определенное количество оборотов. Основание для номинальной мощности может различаться у разных производителей.

Выбор

При выборе подшипника учитывайте тип, марку, смазку, экранирование/уплотнение и номинальную грузоподъемность. Если подшипник будет подвергаться ударам в неподвижном состоянии, учитывайте также его номинальную статическую грузоподъемность. Ударная нагрузка во время работы также влияет на срок службы подшипника. Отверстия и наружные диаметры подшипников соответствуют основным размерам вала и отверстиям корпуса, а подшипники доступны как в миллиметровых, так и в дюймовых размерах, соответствующих этим основным размерам.

Роликовые подшипники доступны в виде специальных конструкций, а также в различных конфигурациях, таких как навесные узлы, многорядные подшипники и т. д. Они также адаптированы к требованиям конкретных отраслей, таких как аэрокосмическая, пищевая, фармацевтическая и т. д.

Навесные узлы включают опорные блоки, натяжные устройства и фланцевые подшипники. К ним относятся корпуса, уплотнения и, часто, адаптеры вала, в дополнение к самим подшипникам. Опорные блоки часто используются для поддержки валов вентиляторов, а фланцевые блоки часто встречаются на конвейерах. Адаптеры вала, использующие установочные винты, ограничены медленными скоростями; более высокие скорости требуют более полной поддержки вала, например, за счет использования втулок с коническим замком. Сменные подшипники для корпусных блоков поставляются в виде картриджей.

Для установок, в которых снятие вала затруднено, доступны разъемные подшипники, в которых внутреннее и наружное кольца и сепараторы тел качения состоят из двух частей.

приложений

Как правило, роликовые подшипники используются при более низких скоростях и более высоких нагрузках, чем шарикоподшипники. Роликовые подшипники лучше работают при ударных и ударных нагрузках. Шариковые подшипники лучше переносят несоосность, чем роликовые подшипники. Роликовые подшипники могут выдерживать тяжелые комбинированные радиальные и осевые нагрузки.

Подшипники качения могут смазываться консистентной или масляной смазкой. Достижения в области технологий уплотнений позволили разработать герметичные подшипники, которые не требуют пополнения смазки в течение всего срока службы. Несмотря на то, что выход из строя подшипника может быть вызван многими факторами, даже те, которые правильно указаны, правильно установлены и выровнены, защищены от мусора и достаточно смазаны, в конечном итоге выйдут из строя из-за усталости. Имеются различные таблицы, помогающие разработчикам определить подходящий подшипник для конкретного применения, исходя из критичности операции и характера рабочего цикла данной машины.

Роликовые подшипники регулярно контролируются в рамках программ профилактического обслуживания. Подшипники можно контролировать непрерывно для машин, находящихся в критической эксплуатации, или периодически для остаточного оборудования завода. Подшипники производят характерные тоны в частотной области, которые можно отнести к определенной геометрии подшипника. Эти сигналы можно отслеживать и использовать для прогнозирования состояния подшипника и того, как скоро подшипник может выйти из строя. Таким образом, профилактическое обслуживание позволяет планировать ремонт во время простоев и т. д., а не просто доводить машину до отказа.

Резюме

В этой статье представлено краткое обсуждение подшипников качения. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть подробную информацию о конкретных продуктах. Дополнительную информацию также можно найти по следующим ссылкам:

• http://www.americanbearings.org/
• http://www.bsahome.org/default.aspx

Прочие подшипники Артикул

• Что такое втулка? Взгляд на этот тип подшипника скольжения (он же подшипник скольжения)
• Подшипники скольжения и шариковые подшипники – в чем разница?
Роликовые подшипники
• и шарикоподшипники — в чем разница?
• Все о шарикоподшипниках — что нужно знать
• Все о линейных подшипниках — что нужно знать
• Все о подшипниках скольжения — что нужно знать
• Типы классификаций подшипников и принципы их работы
• Лучшие поставщики подшипников в США и ведущие мировые производители подшипников
• Все о ювелирных подшипниках — что вам нужно знать
• Стандартные размеры подшипников
• Бесплатные модели САПР для подшипников

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

Машины, инструменты и расходные материалы

– Руководство по материалам для шарикоподшипников

org/BreadcrumbList”>
1. Дом
2. TechTalk: обзор
3. Руководство по материалам для шарикоподшипников

Купить шарикоподшипники xiros®

Шариковые подшипники могут использоваться в самых разных областях: от медицинских и аэрокосмических технологий до упаковочного оборудования, электроники, офисной техники и даже высококлассных йо-йо.
Поскольку эти компоненты изготавливаются из разных материалов, каждый из которых обладает собственным набором характеристик и преимуществ, взвешивание плюсов и минусов конкретного типа шарикоподшипника может стать важной частью процесса проектирования.

Три основных типа шарикоподшипников: стальные, керамические и пластмассовые. Хотя каждый шарикоподшипник состоит из четырех основных частей — наружного кольца, внутреннего кольца, сепаратора и шариков, — каждый из них имеет свой собственный набор характеристик и преимуществ.

1.1 Компания igus® предлагает линейку пластиковых шарикоподшипников xiros® с тремя различными термопластичными материалами качения.

Стальные шарикоподшипники

Отчасти потому, что стальные шарикоподшипники представляют собой более старую технологию, многие инженеры-конструкторы считают их надежным решением. Обычно подшипники такого типа состоят из цельнометаллических деталей, но доступны с различными типами стальных колец и шариков или с фенольным сепаратором.

Стальные шарикоподшипники идеально подходят для тяжелых условий эксплуатации, работающих с чрезвычайно высокими нагрузками и быстрыми оборотами в минуту (об/мин), а некоторые из них имеют радиальную грузоподъемность до 30 000 фунтов. Еще одним преимуществом является то, что стальные шарикоподшипники имеют тенденцию быть более точными из-за зазора, который может быть достигнут.

Однако стальные шарикоподшипники имеют некоторые недостатки. Они тяжелые, шумные и, в зависимости от марки стали, не обладают химической стойкостью. Они требуют постоянной смазки, что означает затраты времени и средств на техническое обслуживание. Сталь также подвержена коррозии во влажной среде. Кроме того, в медицинских приложениях его магнитные свойства могут вызвать проблемы.

Кроме того, существует такое большое количество производителей стальных шарикоподшипников, что цены могут сильно различаться: от недорогих до очень дорогих. Это может быть воспринято как преимущество или недостаток, но в любом случае варианты могут иногда быть подавляющими.

1.2 Стальные шарикоподшипники идеально подходят для чрезвычайно высоких нагрузок и высоких оборотов, но могут быть шумными и требуют постоянной смазки. 1. 3 Шариковые подшипники изготавливаются из различных материалов, таких как сталь, керамика и пластик.

Керамические шарикоподшипники

Наиболее распространенный тип керамических шарикоподшипников часто считается «гибридным», что указывает на то, что внешнее кольцо, внутреннее кольцо и сепаратор подшипника состоят из стали, а шарики сделаны из керамики. Керамический материал позволяет подшипнику работать быстрее, сохраняя при этом более низкую рабочую температуру и одновременно снижая шум и вибрацию.

Керамические шарикоподшипники имеют тенденцию быть более устойчивыми к коррозии, более жесткими и легче, чем большинство стальных шарикоподшипников. Также возможны более низкие коэффициенты и более высокие обороты, и, поскольку они непроводящие, керамические шарикоподшипники можно использовать в электрических устройствах. Кроме того, большинство керамических шарикоподшипников могут работать при температуре до 1800 градусов по Фаренгейту.

Благодаря этим преимуществам керамические шарикоподшипники являются привлекательным решением. Однако эти типы подшипников чрезвычайно дороги, что само по себе является веским аргументом в пользу поиска альтернативного решения.

Пластиковые шарикоподшипники

Хотя пластиковые шарикоподшипники представляют собой более новую технологию, они обладают преимуществами, которых нет у стальных или керамических шарикоподшипников. Пластиковые шарикоподшипники состоят из полностью пластиковых колец и пластикового сепаратора и обычно доступны с тремя различными типами шариков: пластиковыми, стеклянными или из нержавеющей стали. Выбор материала часто зависит от среды, в которой будет использоваться подшипник.

Пластиковые шарики лучше всего подходят для применений, где вес и уровень шума наиболее важны, а стеклянные шарики обладают меньшими магнитными свойствами, чем шарики из нержавеющей стали 316. Стеклянные шарики идеально подходят, когда требуется раствор без содержания металлов. Шары из нержавеющей стали являются наиболее экономичным выбором, но они весят больше, чем пластиковые и стеклянные. Тем не менее, по сравнению со стальными шариками, они по-прежнему имеют значительное преимущество в весе.

Пластиковые шарикоподшипники любой конфигурации идеально подходят для применения при нормальных и высоких скоростях и обладают рядом привлекательных особенностей. Пластиковые шарикоподшипники благодаря пластиковой конструкции являются самосмазывающимися, устойчивыми к коррозии и обеспечивают бесшумную работу. Еще одно преимущество заключается в том, что они легкие: в то время как керамический шарикоподшипник весит около одной трети своего стального аналога, полимерный шарик весит меньше всех трех типов.

Однако существуют случаи, когда пластмассовые шарикоподшипники не следует использовать, в том числе при высоких нагрузках или длительных температурах, превышающих 300 градусов по Фаренгейту.

1.4 Выше показан полимерный шарикоподшипник igus® xiros® A500.

Сравнение с реальным миром

Каждый производитель предлагает собственные версии шарикоподшипников с различными характеристиками. Например, производитель стальных шарикоподшипников часто предлагает свою продукцию из различных типов стали, включая серию 300 (мягкая нержавеющая сталь), серию 400 или хромированную сталь.

1.5 На этом графике сравниваются пластиковые шарикоподшипники igus® xiros®, изготовленные из специально разработанных термопластов B180 и A500, с полимерными шарикоподшипниками двух конкурентов.

Аналогичным образом компания igus® предлагает свою линейку пластиковых шарикоподшипников xiros® с тремя различными термопластичными материалами качения:

1. A500 для экстремальной химической стойкости и температуры до 302 градусов по Фаренгейту;
2. B180 для повышенной износостойкости и температуры до 176 градусов по Фаренгейту; а также
3. C160, который также можно использовать в условиях воздействия химических веществ, но при температуре не выше 176 градусов по Фаренгейту.

Чтобы более точно отразить различия между стальным шарикоподшипником и пластмассовым шарикоподшипником, здесь приведено реальное сравнение с использованием компонента igus® и стандартного стального компонента.