Высокоскоростные подшипники

Высокая угловая скорость валов возможна только при соответствующем качестве подшипников, обеспечивающих вращение привода с наименьшим сопротивлением качению. Без высокоскоростных подшипниковых узлов не бывает электрогенераторов, эффективной вентиляционной системы, сепараторной установки. Эти агрегаты комплектуются роликоподшипниками или шарикоподшипниками с высокими значениями предельных оборотов.

От чего зависит предельная скорость вращения подшипника

Все узлы качения рассчитаны на определенные нагрузки, поэтому производители ограничивают угловые скорости. Если вал разгоняется выше предельного значения, подшипник столкнется со следующими негативными факторами:

• перегрев пятна контакта;
• сверхвысокие показатели центробежной силы;
• накопление контактного напряжения.

Самым опасным из этого списка является перегрев тела качения и колец подшипника. Поэтому большинство производителей ограничивают угловые скорости, ориентируясь на теплопроводность конструкционных материалов, а также стойкость к температурным деформациям. Предельная скорость подшипника должна быть выше аналогичного показателя привода, поскольку любой механизм проектируется с запасом прочности.

При проектировании узла производители определяют предельные угловые скорости по следующим параметрам:

• диаметр вала — чем он больше, тем выше центробежная нагрузка;
• форма тела качения — шарики разгоняют до более высоких скоростей, чем ролики;
• материал сепаратора — надежная обойма позволяет масштабировать обороты;
• конструкционный материал тела качения — тугоплавкую керамику можно эксплуатировать на высоких оборотах;
• формат корпуса — открытые модели разгоняются до более высоких скоростей, чем закрытые.

К косвенным факторам, влияющим на предельные обороты, относят качество обработки деталей узла качения (чем оно выше, тем меньше тепловыделение), а также параметры смазки (от них зависит теплопроводность).

Для обозначения взаимосвязи скорости вращения и диаметра вала с габаритами подшипника вводится особый коэффициент — dmn. Численное значение этой переменной равно произведению угловой скорости вала на посадочный диаметр подшипника.

Конструкция типового высокоскоростного подшипника

Типовые высокоскоростные узлы качения состоят из следующих обязательных элементов:

• кольца из тугоплавких сплавов или композитных материалов;
• тела качения — шарики или ролики из керамики или закаленной стали;
• сепаратор из латуни или конструкционного полимера.

Конструкция скоростной модели отличается от обычного узла качения только особыми материалами и высочайшим качеством деталей. Все скоростные подшипники относятся к сверхпрецизионным сериям, предполагающим изготовление колец и тел качения с минимальными допусками на шероховатость контактной поверхности. Каждый производитель старается внести в типовую конструкцию фирменные дополнения, повышающие конкурентоспособность изделий. Мы рассмотрим несколько примеров подобных изменений.

Шпиндельные подшипники от SKF

К этой категории относят радиально-упорные модели. Настоящий шпиндельный подшипник может быть только неразборным. Его кольца делают нарочито массивными, ведь радиально-упорный узел нагружают в продольном и поперечном направлении. Тела качения выполняют из высоколегированной, тугоплавкой стали или керамики. Компания SKF делает именно такие шарикоподшипники, предлагая номенклатурный ряд с посадочным диаметром от 1 до 130 мм. Ее продукция служит при температуре от -30 до 100 °C. К прочим особенностям шпиндельных моделей от SKF следует отнести:

• использование большого числа облегченных шариков малого диаметра;
• центрируемый легкий сепаратор из тугоплавкого полимера;
• высокие кольца из сверхпрочного материала;
• замену шариков на ролики в неразборных моделях.

Продукция этой фирмы нашла свое место в конструкции тяжелых станков, а также слабонагруженного оборудования.

Высокоскоростные модели компании NTN-SNR

Французский бренд с японскими корнями выпускает особую серию быстрых шарикоподшипников MacheLine. Потребителями этой линейки являются преимущественно предприятия аэрокосмической отрасли. Ведь NTN-SNR сумела сконструировать действительно высокоскоростные шарикоподшипники. Впрочем, в серии MacheLine можно найти не только космические запчасти. В номенклатуру этой линейки входят:

• высокооборотистые общемашиностроительные модели на валы диаметром до 130 мм;
• High Speed модели радиально-упорного типа, с dmn до двух миллионов и углом контакта от 17 до 25 градусов;
• модели для сложно демонтируемого оборудования, с высоким запасом прочности конструкции;
• Hybrid модели, рассчитанные на dmn до 8 миллионов;
• усиленные гибриды HNC с пониженным до 3 миллионов коэффициентом dmn, а также экстремальной износостойкостью.

В качестве конструкционного материала в линейке MacheLine используется высоколегированная сталь, подвергнутая вакуумной обработке, снижающей внутреннее напряжение детали. Такой шарикоподшипник работает при температуре до 200 °C. Его быстроходность можно масштабировать. Для этого используют:

• предварительное натяжение;
• сверхлегкие ролики или шарики;
• позиционирование сепаратора по внешнему кольцу;
• особые сорта смазки.

Доработанные шарикоподшипники MacheLine используются в точном станкостроении или приборостроении. Для этих отраслей производитель разработал особую смазку SNR Lub GV, которая позволяет разогнать рабочие частоты вала до 100 000 оборотов в минуту.

Серия Topline Hvzz от NSK

Высокоскоростные модели этого бренда компонуются сепараторами из термостойкого полиамида. Производитель гарантирует высокую точность каждой детали (на уровне ISO6) и предлагает использовать особую смазку. Эти меры помогают снизить уровень шума на высоких оборотах.

Технические характеристики линейки Topline Hvzz выглядят следующим образом:

• посадочный диаметр — от 10 до 55 мм;
• коэффициент скорости dmn — до 780 000;
• температурный диапазон — от -40 до 80 °C.

Высокие обороты шарикоподшипников NSK достигаются не только точностью обработки деталей. Этот производитель использует стойкую к нагреву и давлению керамику. Уменьшая размеры и увеличивая количество тел качения, NSK нивелирует нагрев в пятне контакта и центробежную нагрузку. Фирменная система распыления смазки снижает и без того минимальные коэффициенты трения.

Сфера применения Topline Hvzz — пищепром, станкостроение, генерирующие приборы, текстильная промышленность. Но главное условие использования такого подшипника — качественная, своевременная смазка.