Высокоскоростные подшипники

Оборудование, работающее со сверхвысокими оборотами, позволяет решать важные технологические задачи. При обработке металлов, дерева, пластмасс высокие скорости резания позволяют значительно повысить чистоту обработки материала и общую производительность. Высокие обороты также ключевое условие работоспособности компрессоров, вентиляторов, насосов, турбин.

Технология сепарации и разделения в значительной мере основана на, использующих сверхвысокие обороты центрифугах. Требует повышенных оборотов рабочего органа и ультратонкое измельчение. Для многих видов современного оборудования необходимо применять высокооборотистые подшипники.

Подшипники качения для высоких оборотов

К факторам, ограничивающим рабочие обороты подшипников качения, относятся:

• перегрев в процессе эксплуатации;
• превышение допускаемых напряжений контактных, вследствие роста центробежной нагрузки.

Соответственно различают номинальные обороты из условия соблюдения допустимого температурного режима. Параметр номинальных оборотов, прежде всего, применим для оборудования, работающего в установившемся режиме. В значительной мере он зависит от типа и особенностей применяемой смазки. В каталогах основных производителей подшипников отдельно выделяют допустимые обороты при масляной и консистентной смазках. Примером служит страница из каталога Koyo.

Из условия отсутствия деформаций принимают предельные обороты особенно актуальные для работы оборудования в старт-стопном режиме с частыми изменениями нагрузки. Предельные обороты обычно больше допустимых номинальных. Однако для шарикоподшипников самоустанавливающихся большими являются номинальные допустимые обороты. Конкретный выбор подшипника проводят исходя из наименьшего значения обоих параметров.

Среди факторов, определяющих скоростные показатели подшипника:

• форма тел качения с большей быстроходностью у шарикоподшипников;
• геометрические размеры, дающие преимущество маленьким подшипникам в силу снижения центробежных нагрузок и линейных скоростей шариков;
• наличие сепаратора, особенно, полиамидного;
• использование керамики с малым весом и высокой твердостью;
• конструкция, где открытые подшипники выигрывают в скорости у закрытых моделей;
• подшипники с наличием внутреннего зазора имеют лучшие скоростные показатели, чем при предварительном натяге;
• точность и чистота обработки, дающая преимущество в скорости прецизионным модификациям;
• тип смазки, где пластичная смазка уступает масляной по допускаемым оборотам подшипника.

В силу зависимости скоростных характеристик от геометрических размеров для оценки уровня конструкции вводят скоростной коэффициент dmn, определяемый произведением номинальной скорости на средний диаметр подшипника.

Высокооборотистые подшипники – особенности конструкции

Геометрия опоры определяется конструкцией узла машины. Поэтому, создавая высокооборотистые подшипники, используют следующие методы:

• применение для колец и шариков материалов с повышенной твердостью и прочностью, например, керамики, высоколегированных закаленных сталей;
• уменьшение размеров шариков;
• повышение точности обработки и чистоты контактных поверхностей;
• использование полимерных сепараторов, например, полиамидных;
• улучшение условий смазки.

Немецкая компания FAG-INA выпускает высокоскоростные особо точные шпиндельные подшипники серии HSS719… со стальными уменьшенными шариками.

Поставляются также высокооборотные шпиндельные подшипники серии HCS719…, оснащенные керамическими шариками.

Высокоскоростное оборудование – важное направление развития современной техники.

Это радиально-упорные неразборные шарикоподшипники с массивными высокопрочными кольцами. Вариант с керамическими шариками допускает большую предельную скорость, но имеет меньшую грузоподъемность, чем исполнение со стальными шариками. Модельный ряд подшипников включает типоразмеры с внутренними диаметрами от 10 до 130 мм. Используются массивные текстолитовые оконные сепараторы. Допустимый температурный режим -30…+100 градусов.

Высокоскоростные подшипники производства SKF гибридного типа оснащаются особо твердыми легкими шариками из нитрида кремния, содержащими в фазированной решетке матрицу из вытянутых волокон нитрида бета-кремния, и сепараторы из полимера PEEK.

Радиально-упорные шарикоподшипники модельных рядов 70…Е и 719…Е снабжены большим числом высокопрочных шариков уменьшенного диаметра и работают на высоких оборотах. Их используют для станочных шпинделей.

Высокооборотные подшипники В типа предназначены для небольших нагрузок.

К их конструктивным особенностям относятся усиленные высокие кольца и большое количество уменьшенных шариков. Жесткость колец в сочетании со сниженной центробежной нагрузкой от легких небольших шариков позволяет гарантировать работоспособность в условиях высоких скоростей. Они широко используются в станкостроении.

Радиально-упорные улучшенные шарикоподшипники серий S719…B и S70…B допускают повышенные скорости, оснащены центрируемым по внешнему кольцу сепаратором и уменьшенными керамическими шариками. Выпускаются в двух вариантах с уплотнениями и открытые. Степень точности подшипников P4A.

Для обеспечения высокой жесткости шпинделя SKF выпускает скоростные роликоподшипники с цилиндрическими роликами серии N10 для диаметров валов 40… 80 мм. Для высоких оборотов используется гибридный вариант с керамическими роликами. Роликоподшипники серии N10 отличаются улучшенным сепаратором, оптимизированной геометрией. Разборная конструкция облегчает монтаж. Особые самоцентрирующиеся сепараторы оконного типа выполнены из PEEK пластика с углеродным армированием.

Компания SKF использует в гибридных высокоскоростных подшипниках особо твердую керамику из нитрида кремния, формируемую при давлении двести МПа и спекаемую при температуре 1800 градусов.

Компания NTN-SNR возникла в результате слияния двух известных производителей подшипников из Японии и Франции. Об уровне компании говорит использование ее подшипников в турбореактивных двигателях Боингов и Аэробусов, ракетах Ариан 5, вертолетных трансмиссиях. Для работы на скоростях больших 100000 об/мин компанией предлагается модельный ряд особо точных радиально-упорных высокооборотистых подшипников MacheLine.

Модельный ряд MacheLine включает пять разновидностей:

• общемашиностроительные Стандарт (MacheLine High Precision);
• высокооборотные High Speed (MacheLine ML);
• высокооборотные защищенные Sealed Bearing для применения в условиях затрудненной подачи смазки (MacheLine MLE);
• 
• высокооборотные гибридные с керамическими шариками при стальных кольцах Hybrid (MacheLine CH);
• высокооборотные гибридные HNC с керамическими шариками и кольцами из стали XD15N, применяемой для ракет, отличающейся особенной износостойкостью и устойчивостью к коррозии (MacheLine N).

Помимо стали XD15N для подшипников используется высококлассная сталь 52100, прошедшая вакуумную дегазацию, препятствующую усталостному разрушению. При изготовлении точность размеров, формы отвечает высокому классу ISO 4S. Обеспечивается также точность вращения ISO 2S. Сепараторы центрируются по внешнему кольцу и изготавливаются из текстолита с рабочей температурой до ста градусов, полимера PEEK работоспособного до 120 градусов и по предварительному заказу из бронзы, выдерживающей до двухсот градусов. Для увеличения быстроходности в подшипниках:

• применяется предварительный натяг, предотвращающий гироскопический момент;
• используются облегченные уменьшенные шарики из особо твердых материалов, включая керамику;
• сепараторы выставляются по внешнему кольцу;
• для колец применяются высококлассные стали особой прочности;
• используются пластические особенные смазки с уменьшенной вязкостью основного масла.

Высокооборотные подшипники типа High Speed выпускаются:

• с углами контакта 17, 25 градусов;
• с отверстиями диаметрами 10…130 мм;
• по сериям 7000 и 71900;
• со скоростным фактором n*Dm=2200000.

Высокоскоростные подшипники типа Sealed выпускаются:

• с углами контакта 17, 25 градусов;
• с отверстиями диаметрами 10…130 мм;
• по сериям 7200, 7000, 71900;
• со скоростным фактором n*Dm=1500000 для стальных шариков и 2000000 для керамических.

Высокооборотистые подшипники типа Hybrid выпускаются:

• с углами контакта 15, 17, 25 градусов;
• с отверстиями диаметрами 10…130 мм;
• по сериям 7200, 7000, 71900;
• со скоростным фактором n*Dm=2800000.

Параметры быстроходных подшипников типа HNC оговариваются при их специальном заказе, а их скоростной фактор n*Dm=3000000.

Такие подшипники используются в станках, например, шлифовальных, компрессорах, насосах, аэрокосмической технике, особо точном инструменте.

Скоростные малошумные шарикоподшипники радиальные Topline HVZZ с защитными шайбами из металла оснащены полиамидным сепаратором. Высокоточная обработка выполняется по классу ISO 6. Для контактных поверхностей производится суперфиниширование. Особая смазка позволяет работать с большими скоростями и снижает шум. Основные показатели подшипников типа Topline HVZZ:

• внутренние диаметры 10…55 мм;
• допустимые обороты до 38000 1/мин;
• скоростной фактор n*Dm=780000;
• серии 6200, 6000, 6300;
• температурный режим -40…+80 градусов.

Они используются для пищевого, текстильного оборудования, деревообрабатывающих станков, судовых электродвигателей, генераторов.

Компания NTN-SNR выпустила также пластичную особую смазку SNR Lub GV + для подшипников, работающих на оборотах порядка 100000 1/мин при температурах от -50 до 120 градусов. Водостойкая смазка основана на углеводородном маловязком синтетическом масле с загустителем из литиевого мыла. Такая смазка предназначена для небольших нагрузок, относится ко второму классу вязкости согласно NLGI. Особым преимуществом является уменьшенный пусковой момент при крайне низких температурах.

Японская компания NSK выпускает ультраскоростные подшипники серии Robust работающие в масляном тумане или при масляной смазке со скоростным фактором n*Dm=3000000. Высокие скоростные показатели достигаются применением для колец упрочненной стали SNX, керамических уменьшенных шариков, улучшенным контактом шариков, сепаратором из усиленного стекловолокном полимера PEEK. Для улучшения условий работы подшипников разработана распылительная система для воздушно-масляной интенсивной смазки Spinshot ™ II.

Высокоскоростные подшипники Koyo Япония гибридного типа оснащены полиамидным сепаратором, керамическими шариками, кольцами из высокопрочной стали. Они рассчитаны на температуры -30…120 градусов. Размерный ряд внутренних диаметров 4…40 миллиметров. Обозначение серии 3NC…ZZ FG.

Высокооборотистые подшипники позволяют увеличить технологические возможности оборудования. Они все более широко применяются в технике и выпускаются основными производителями подшипников. Для обеспечения работоспособности и долговечности таких подшипников особенно важно обеспечить качественную смазку.