8 800 555 2278
Санкт-Петербург            Напишите нам письмо

Современные технологии подшипников предлагают существенные выгоды для устройств механической передачи движения.

К СПИСКУ НОВОСТЕЙ


Современные технологии подшипников предлагают существенные выгоды для устройств механической передачи движения.

 Подшипники качения все чаще рассматриваются как товарные изделия, особенно сегодня, когда для потребителей стало доступным обилие их типов и размеров по привлекательно низким ценам. Несомненно, покупатели должны быть осторожными, совершая покупку недорогих подшипников, поскольку эти изделия, импортируемые не из европейских стран, часто изготавливаются из низкокачественных материалов и с несоблюдением требуемой точности изготовления, и даже подшипники в фирменной упаковке с торговой маркой известного европейского производителя могут оказаться подделкой.

В то время как эксперты в подшипниковых технологиях и рядовые потребители могут предпринять ряд определенных действий для гарантии того, что приобретен нужный и правильно выбранный подшипник для системы механической передачи движения, инженерам-конструкторам здесь отводиться более важная роль, чтобы весь процесс конструирования системы был доведен до конца. Действительно, в распоряжении инженеров сегодня находится более широкий выбор подшипников, чем когда-либо прежде, позволяя им непосредственно влиять на характеристики проектируемой машины или механизма в целях уменьшения затрат, улучшения работоспособности, продления срока службы оборудования и сокращения требований к техническому обслуживанию.

Говоря в общих чертах, существуют три основных аспекта в конструкции подшипника, которые могут точно отрегулировать производители: геометрия компонентов подшипника, материалы и точность чистовой обработки поверхностей. Само собой разумеется, есть и другие области, которые можно рассматривать вне подшипника, если необходимо добиться максимальной работоспособности проектируемого продукта. Эти области включают в себя конструкцию установочного корпуса подшипника и точность изготовления сопрягаемых компонентов, уплотнения подшипника, смазывание, способы установки, корректное техническое обслуживание и, во избежание незапланированных остановок оборудования, мониторинг состояния подшипниковой системы. Эти области также достойны рассмотрения, с точки зрения является ли подшипник качения подходящим для данного приложения, особенно теперь, когда разработаны чрезвычайно эффективные материалы для подшипников скольжения.

Учитывая долгую историю развития подшипников качения, на первый взгляд могло бы показаться удивительным, что все еще существуют возможности для новых разработок в столь основополагающем аспекте, как геометрия подшипника. С другой стороны, нужно признать, что современные компьютерные методы расчета, моделирования и анализа предоставляют производителям новые возможности для оптимизации конструкции продуктов и опробованию наиболее радикальных альтернатив, что было невозможно сделать раньше, когда все тестирование новых вариантов продуктов проводилось с физическими опытными образцами.

Одна из самых заметных разработок за последние годы - это энергосберегающий шариковый подшипник концерна Schaeffler с усеченными сферическими телами качения. Эта необычная конструкция также потребовала новых методов сборки изделий. В результате появился новый вид шарико-роликовых подшипников, которые обладают нагрузочной способностью полностью сферических шариковых подшипников, но в то же время имеют уменьшенные на 20% ширину и массу, а также пониженное трение.

По существу, конструкция шаровидного ролика представляет собой обычный шар подшипника, у которого удалены области, не являющиеся объектом нагрузки. Это означает, что 15% диаметра шара могут быть безболезненно удалены с каждой его стороны, делая такой усеченный шар на 30% уже, чем обычный шар. Это не только сохраняет ценное свободное пространство в подшипнике, но и означает, что плоская по бокам форма шаровидного ролика в комбинации с новыми методами сборки, позволяет увеличить число тел качения в подшипнике и, соответственно, повысить его заполнение. Использование большего количества тел качения в том же самом пространстве приводит к более высокой номинальной грузоподъемности и более продолжительному сроку службы, таким образом, предоставляя конструкторам возможности для уменьшения габаритов и массы машин и механизмов не жертвуя их работоспособностью.

При удалении избыточного материала по боковым сторонам шаров, управление такими телами качения при начале движения стало очень важным и критическим фактором, требуя разработки и оснащения подшипника сепаратором нового типа. Однако такие тела качения обладают способностью к самоустановке при начале вращения подшипника под действием нагрузки и скорости. Кроме того, отступив от полностью сферической формы тел качения, появилась возможность придания им логарифмического профиля, так как ось их вращения остается всегда перпендикулярной к изменяемому углу контакта. Условия соприкосновения между шариковым роликом и дорожкой качения подшипника поэтому не изменяются. Если соотношение нагрузок в подшипнике изменяется от осевой до радиальной с одновременным изменением угла контакта, то в результате соприкосновение «ползает» в оптимальной мере в соответствии с изменением нагрузки.

Конструкция стандартного шарикового подшипника Schaeffler 6207 (DIN 625) включает девять тел качения, что эквивалентно заполнению подшипника, примерно, на 60%. Новый шарико-роликовый подшипник BXRE207 содержит уже 14 тел качения в том же самом пространстве, таким образом, заполнение подшипника уже достигает уровня 90% и его срок службы увеличивается в 2.4 раза.

Двухрядные шарико-роликовые подшипники

Разрабатывая свою концепцию и дальше, специалисты концерна Schaeffler создали новую серию шарико-роликовых подшипников BXRO. Эта серия представлена двухрядными шарико-роликовыми подшипниками с телами качения, расположенными под углом к оси вращения подшипника, позволяя воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки. По сравнению с серийными шариковыми подшипниками Schaeffler 32 число тел качения в шарико-роликовом подшипнике увеличено на 50%. Преимущество подшипника BXRO в серии подшипников 33 (подшипники с двумя внутренними кольцами) состоит в упрощенной установке внутреннего кольца на валу. Оптимизированная геометрия дорожек качения на цельном внутреннем кольце приводит к повышенной точности движения подшипника. Эти подшипники особенно успешно проявили себя в приложениях для автомобильных механических коробок передач и в текстильных машинах.

Шарико-роликовые подшипники серии BXRT имеют два ряда шариковых роликов расположенных по схеме «тандем». В этом случае тела качения направляются одним или двумя сепараторами. Конструкция с двумя сепараторами позволяет отрегулировать и оптимально настроить ряды шариковых роликов независимо друг от друга, таким образом, гарантируя максимальную грузоподъемность с минимальным размером и уменьшенным трением. По сравнению с коническими роликовыми подшипниками трение в таком подшипнике уменьшено приблизительно на 30% благодаря устранению трения на ребре. Это означает, что потребление энергии тоже может быть существенно сокращено. Эти подшипники с успехом используются в механических коробках передач, дифференциалах, гидравлических двигателях и насосах.

Быстрая подгонка при сборке и техническом обслуживании

Конструкторы также стремятся найти способы, чтобы сэкономить время при сборке подшипниковых узлов и их техническом обслуживании. Чтобы удовлетворить эти потребности, компания SKF недавно продемонстрировала последнее поколение модульных подшипниковых узлов Concentra, которые могут быть установлены на 20 минут быстрее, чем обычные разделяемые корпуса. Дополнительно, эти модули обеспечивают более точную установку, позволяющую улучшить работоспособность машины или механизма и продлить срок службы.

В установочном узле с роликовым подшипником Concentra используется разработанная в SKF собственная технология фиксации узла на валу, упрощающая установку и демонтаж. После установки узла на вал он фиксируется в этой позиции с помощью трех винтов и специального шестигранного ключа с регулируемым крутящим моментом, входящим в комплект изделия. Этот метод гарантирует соосное закрепление узла на валу и улучшает работу подшипника и машины в целом. Дополнительная экономия времени установки обусловлена еще и тем, что подшипниковый узел поставляется предварительно смазанным в заводских условиях одним из четырех доступных типов смазки в зависимости от приложения. Эта особенность позволяет уменьшить риск преждевременного отказа в работе подшипника из-за избытка смазки или попадания загрязненной смазки в подшипник во время технического обслуживания. Серия этих установочных подшипниковых узлов предназначена для валов диаметром от 35 до 100 мм.

Для приложений с экстремальными эксплуатационными условиями и с низкими или средними скоростями вращения, австрийский производитель подшипников – компания NKE разработала серию двухрядных цилиндрических подшипников NNF с полным комплектом роликов без сепаратора. Эти подшипники имеют компактную конструкцию с двумя уплотнениями и обладают высокой грузоподъемностью. Типичные применения таких подшипников включают колеса для канатов, шкивы и редукторы.

Повышенная способность подшипников серии NNF выдерживать высокие радиальные нагрузки была достигнута благодаря полному комплекту роликов. В дополнение к радиальным нагрузкам эти подшипники могут также воспринимать осевые нагрузки и опрокидывающие моменты в обоих направлениях. Канавки с отверстиями для нагнетания смазки на внутренних и наружных кольцах обеспечивают легкое и эффективное смазывание через вал и установочный корпус.

Для улучшенной защиты от коррозии подшипники имеют противокоррозийное покрытие соответствующее требованиям RoHS и известное под маркой SQ171. Также для оптимизации трибологических характеристик компания NKE предлагает покрытие поверхностей черной оксидной пленкой. Для повышенных требований в специальных приложениях подшипники могут быть изготовлены по заказным спецификациям с более строгими допусками и зазорами.

Другая известная компания NSK со штаб-квартирами и производственными мощностями в Японии и в Европе долгое время внимательно изучала геометрию подшипников, чтобы разработать инновационные продукты. Еще в далеком 2009 году на автосалоне в Токио, компания продемонстрировала миниатюрные сепараторы и ролики для использования в высокоскоростных планетарных механизмах. Использование самых маленьких в мире роликов (диаметром 1.5 мм) и сепараторов, позволило разработать компактные и легкие подшипники, чтобы удовлетворить потребности все более и более разнообразных и быстрых систем передачи движения, таких как переменные ременные передачи, автоматические коробки передач и гибридные автомобильные передачи.

В то время как описанное выше иллюстрирует то, что производители могут достигнуть, совершенствуя геометрию подшипника, многие из них одновременно работают над новыми материалами. Например, компания NSK разработала сталь ES1 (высококачественная нержавеющая сталь) для использования в условиях высокой влажности, в химической и гигиенической окружающей среде, где коррозия может ослабить надежность и сократить срок службы подшипников качения. Сталь ES1 обеспечивает превосходящую сопротивляемость к коррозии и высокую контактную усталостную долговечность по сравнению с обычной нержавеющей сталью AISI 440C во влажной и агрессивной окружающей среде. Это усовершенствование помогает увеличить интервалы между техническим обслуживанием, время простоя оборудования и расходы по замене подшипников.

До разработки новой стали ES1 в приложениях для подшипников, где первоочередной задачей было обеспечение повышенной сопротивляемости к коррозии, обычно использовалась нержавеющая сталь AISI 440C. Поскольку эта сталь содержит грубые легкоплавящиеся карбиды, которые действуют как инициаторы возникновения трещин при появлении контактных напряжений, то ее использование не всегда было оправданным. Сталь ES1 не имеет в своем составе легкоплавящих (эвтектических) карбидов, но вместо этого состоит из карбидов, нитридов и мартенситов, которые улучшают сопротивление коррозии и усталости. Показатели новой стали NSK ES1 превосходят показатели других нержавеющих сталей на 5% в иммерсионном тесте с водным раствором соли, в тесте с разбрызгиванием морской воды, серной кислоты и в иммерсионных тестах с гидрохлоридом, а также в тестах долговечности в воде.

Концерн Schaeffler также продемонстрировал свою высокоэффективную нержавеющую сталь Cronitect, которая обеспечивает улучшенную сопротивляемость коррозии в экстремальных эксплуатационных условиях, включая приложения с сухим запуском или в которых подшипники контактируют с агрессивными средами, такими как вода, соленые брызги, кислоты и чистящие химикаты. Сталь Cronitect – это высококачественная мартенситная упрочненная сталь, основу которой составляет очищенная сталь Nirosteels. Благодаря композиционному составу и новому термохимическому процессу поверхностной обработки, сталь Cronitect демонстрирует чрезвычайно высокую твердость. Даже после 600 часов тестирования в соленых брызгах в соответствии с DIN 50021 SS, на материале не появляются следы коррозии.

Улучшение трибологических характеристик с помощью обработки поверхностей

Производители подшипников также разработали покрытия и способы чистовой обработки поверхностей, которые улучшают сопротивляемость к коррозии и трибологические характеристики подшипников. Не удивительно, что в некоторых случаях было просто необходимо создать специальные покрытия для особых областей применения подшипников. Например, Schaeffler Durotect B является покрытием для цилиндрических роликовых подшипников FAG, используемых в коробках передач ветряных турбин. Полевые тесты продемонстрировали, что более низкая интенсивность отказов в работе коробок передач ветряных турбин может быть достигнута, если используются подшипники с покрытием Durotect B. Это матово черное покрытие представляет собой смесь слоев из окиси железа, которое наносится методом погружения. После нанесения покрытия, компоненты подшипника становятся очень стойким к изгибу и напряжению.

Наряду с превосходной противокоррозийной защитой, покрытие Durotect B также увеличивает сопротивляемость проскальзыванию, а также способствует улучшенной работоспособности при чередовании скоростных режимов и в условиях низких нагрузок, которые имеют место в ветряных турбинах. В ветряных турбинах подшипники вала ротора подвергаются очень высоким динамическим нагрузкам и работают в неблагоприятных условиях. Это означает, что конструкции и спецификации вала ротора, так же как и подшипников, которые должны выдерживать такие условия эксплуатации, являются критическим фактором при выборе подшипников для ветряных турбин. Как правило, в этих агрегатах используются сферические, цилиндрические и конические роликовые подшипники с фиксированным и плавающим расположением. Для сферических роликовых подшипников концерн Schaeffler часто рекомендует свое покрытие Durotect P. Это покрытие, на основе полимера PTFE толщиной 10-20 микрон, уменьшает трение и обеспечивает улучшенную защиту против чрезмерного износа.

Азотирование поверхности стальных сепараторов

Так же как и в области поверхностной обработки колец подшипников, компания NSK успешно работала над термообработкой сепараторов. Компания применила специальную поверхностную обработку азотированием к высокоточным штампованным стальным сепараторам для своей серии HPS сферических роликовых подшипников, которые могут существенно уменьшить изнашивание в неблагоприятных рабочих условиях.

По сравнению с обычными процессами азотирования, термообработка NSK формирует более твердую поверхность с максимальной однородностью твердости. Так как специальная термообработка выполняется при высоких температурах, то можно было бы ожидать, что будет затронута размерная точность сепаратора. Однако в компании NSK нашли способ гарантировать высокую точность сепаратора после термообработки.

Одним из недавних событий в новых технологиях подшипников явилось представление компанией SKF своих новых подшипников серии NoWear, которые демонстрируют свое чрезвычайно износостойкое алмазоподобное покрытие на основе углерода (DLC). Это покрытие поверхностей компонентов подшипника существенно продлевает срок службы подшипника – в 5-10 раз по сравнению со стандартными компонентами. Подшипники, имеющие такое покрытие, являются идеальным вариантом выбора для приложений с недостаточной или слишком низкой вязкостью смазки и где возможны часто повторяющиеся небольшие движения или вибрация машин, которые могут вызвать фреттинговую коррозию в обычных подшипниках. Это покрытие, применяемое к поверхностям компонентов подшипников, использует процесс химического осаждения из паровой (газовой) фазы, что позволяет подшипнику сохранять свою работоспособность при температурах до 200°C.

По материалам Интернет-изданий:

EngineerLife
MachineDesign


Назад
Вперед
  • NKE AUSTRIA GmbhNKE AUSTRIA Gmbh
  • A&S FERSAA&S FERSA
  • KOYO SEIKOKOYO SEIKO
  • NSKNSK
  • INAINA
  • Chiaravalli Group SpaChiaravalli Group Spa
  • SKFSKF
  • DURBALDURBAL
  • ROLLONROLLON
  • THKTHK
  • France Lineaire Industrie (FLI)France Lineaire Industrie (FLI)
  • HFBHFB
  • STIEBERSTIEBER
  • C.R.C.R.
  • TIMKENTIMKEN