Высокотемпературные подшипники

Для стандартного температурного диапазона подойдут обычные подшипники качения или скольжения. Конструкционные материалы стандартных изделий выдержат только далекие от экстремальных значений температурные колебания. Если узел вращения работает за пределами стандартного температурного диапазона — ему потребуются специальные подшипники из термостойких материалов.

Когда нужны термостойкие модели

В номенклатуре подшипниковых заводов можно найти детали для любых температурных режимов. В обязательной спецификации к каждому изделию указываются пределы по минусу и плюсу. Работа за температурными пределами приводит к заклиниванию шарика или ролика, изменившего размер вследствие деформации нагрева или охлаждения.

Классификация номенклатуры по термостойкости по группам:

• высокотемпературная — изделия переживут нагрев до высоких градусов;
• низкотемпературная — подшипники переносят самые сильные морозы без заклинивания колец;
• универсальная — узлы качения или скольжения одинаково хорошо работают на морозе и при нагреве до высоких температур.

Каждая группа изготавливается из тщательно подобранных конструкционных материалов, с прогнозируемой реакцией на охлаждение или нагрев. Под заданный режим подбирается и смазка, которая не должна терять свои качества при нагреве или морозе. Поэтому термостойкие изделия работают там, где обычный подшипник заклинит на первом же обороте. Большую часть термостойкого ассортимента занимают высокотемпературные шарикоподшипники.

Как выбрать подшипник для экстремальных температурных режимов

При выборе термостойкой модели учитывают особенности экстремального температурного режима. В первую очередь, нужно обратить внимание на периодичность нагрева или охлаждения. Критический температурный режим может быть:

• постоянным — действующим в течение всего времени работы;
• периодическим — возникающим время от времени;
• кратковременным — возникающим в нестабильных условиях.

Для кратковременных и периодических температурных деформаций подойдут обычные модели с расширенной термостойкостью и высоким запасом прочности. Если подшипник работает в перегретой или охлаждённой среде постоянно — понадобятся высокотемпературные или низкотемпературные изделия.

Для выбора оптимального узла качения или скольжения придется уточнить не только температурный режим, но и область применения подшипника. В номенклатуре производителей можно найти модели, ориентированные на нужды пищевой промышленности, металлургии, лакокрасочного производства, точного машиностроения и прочих отраслей.

Для бесперебойной работы в заданных отраслях производители используют особые конструкционные материалы, способные выдержать высокотемпературное расширение или низкотемпературное сжатие. Под требования потребителя подбирается и смазка. Она должна быть инертна не только к нагреву или морозу, но и к окружающей среде.

Особенности высокотемпературных моделей

Предназначенные для работы при высоких температурах детали изготавливают по особой технологии. Во-первых, их кольца и тела качения выполняют из тугоплавких материалов. Во-вторых, при сборке подшипника шарики или ролики вставляют в кольца без натяга — в конструкции предусматривают зазор на высокотемпературное расширение. В-третьих, для них разрабатывают смазку на основе графита, которая не теряет начальную консистенцию при нагреве.

Шарики, ролики, внешние/внутренние кольца высокотемпературной номенклатуры изготавливают из нержавейки или жаропрочной высоколегированной стали. Все детали термостойкого подшипника должны выдержать высокотемпературную коррозию. Модели для пищепрома делают из пищевой нержавейки, с использованием безопасной смазки.

Уплотнения для подшипников закрытого типа выполняют из термостойких полимеров. Открытые высокоскоростные шарикоподшипники комплектуют шариками из композитных материалов (нитрида кремния с различными присадками). Из синтетической керамики и порошковых сплавов выполняют настолько большой ассортимент шарикоподшипников, что этот раздел номенклатуры подшипниковых заводов заслуживает отдельного рассмотрения.

Керамические подшипники

Синтетическая керамика и порошковые сплавы обладают большим преимуществом — они имеют существенно меньший коэффициент теплового расширения или сжатия. Кроме того, температура потери поверхностной прочности у керамики доходит до 1000 °C, а сталь выходит на сверх пластичность уже при 400-500 градусах. Поэтому керамические модели ставят на особо ответственные места — например, в газовые турбины. Еще одним плюсом керамики можно назвать диэлектрические свойства. Изготовленные из него кольца не проводят электрический ток.

Единственный минус — высокая цена колец, шариков и роликов, поэтому в номенклатуре можно найти не только чистые, но и гибридные подшипники. Из керамики в этом случае делают только тела качения, а массивные кольца вытачивают из тугоплавких сплавов. Гибридные модели хорошо переносят тепловое расширение и высокие обороты, поэтому их используют в точном машиностроении и станкостроении.

Особенности низкотемпературных моделей

Подшипники низкотемпературного типа производят по особым технологиям, с использованием специальных групп конструкционных материалов. Кольца точат из азотистой нержавейки, которую подвергают закаливанию в вакууме. Они переживут охлаждение до -253 °C без потери конструкционной жесткости.

Тела качения низкотемпературных подшипников производят из порошковой стали или конструкционной керамики. Присадки на основе кремния позволяют сохранить поверхностную твердость на высоких оборотах вала. Шарики и ролики из порошковых сплавов не подвержены значительным температурным деформациям, поэтому монтажные зазоры «холодных» моделей близки к аналогичным параметрам стандартных моделей.

Смазка низкотемпературного узла производится из синтетических смол и масел. Они работают как коррозийная защита. В основе большинства составов находится литиевое масло или сорта с высоким содержанием кальция. На сверхнизких температурах в качестве смазки выступают сжиженные газы.

Сложность изготовления и ограничения в сфере применения сказались на широте номенклатуры низкотемпературных моделей. Такие подшипники встречаются намного реже высокотемпературных изделий.