Подшипники для экстремальных условий

Научная дисциплина – трибология, занимающаяся изучением трения и износа взаимодействующих поверхностей узлов и механизмов, помогает понять, что подшипники, выполненные из стальных сплавов, достигли потолка своих возможностей. Следующий шаг в технологии помогает сделать техническая керамика – материал, позволяющий производить опорные узлы с уникальными эксплуатационными характеристиками.

Скоростные нагрузки

Есть целый ряд механизмов, для работы которых требуется высокая скорость вращения, при этом возникают большие дополнительные нагрузки на опорный узел, что ведет к значительному сокращению срока эксплуатации всего механизма. Подшипники качения и скольжения частично или полностью изготовленные из керамических материалов способны снизить уровень контактного напряжения, тем самым увеличивая долговечность устройства.

Конструктивные особенности скоростных подшипников зависят от выполняемой функции, различают несколько групп:

• радиальные с одним или несколькими рядами тел качения;
• однорядные и двухрядные упорные;
• радиально-упорные и самоустанавливающиеся;
• гидравлические и пневматические узлы скольжения.

Подшипники качения для высокооборотных механизмов, комплектуются шариками или роликами с небольшим радиальным размером. Выпускаются изделия в виде гибридной сборки, когда обойма выполнена из стали, а тела качения из керамики или сборка полностью керамическая. Сепараторы высокоскоростных подшипников чаще изготавливают из текстолита и латуни, эти материалы позволяют передавать смазку движущимся телам без деформации.

В основе фрикционных скоростных подшипников снижение коэффициента трения за счет прослойки жидкости или газа между цапфой и втулкой. Применение керамики в узле скольжения позволило значительно улучшить работоспособность опорного механизма в экстремальных условиях и в некоторых случаях заменить более дорогие и шумные роликовые аналоги.

Температурное воздействие и другие разрушающие факторы

Тепловое расширение существенно ограничивает возможность эксплуатации стальных изделий, в сравнении со сталью, керамика в пять раз меньше подвержена температурным изменениям. Вследствие чего керамические подшипники способны работать в условиях резких перепадов температурного режима. Не менее актуальна работоспособность механизма в условиях недостаточной смазки или при наличии загрязнений.

Для металлических узлов качения недостаток смазки – это прямой путь к разрушению, с керамикой все по-другому, благодаря высокому качеству поверхности, шарики или ролики испытывают меньшее воздействие сил трения и не требуют большого количества смазки, более того, они допускают значительные интервалы в обслуживании без ущерба для долговечности механизма.

Блуждающие токи создают на кольцах обычного подшипника разность потенциалов, разряд оставляет на телах качения борозды, которые приводят к ускоренному старению детали и сокращению срока эксплуатации. Детали из керамики, благодаря своим диэлектрическим качествам, не подвержены подобному воздействию, они остаются неизменными в течение длительного времени.

Еще одним неоспоримым достоинством керамики, является устойчивость к большинству химически активных веществ, в первую очередь следует упомянуть воздействие влаги, также на изделия не оказывают разрушающего влияния кислотные и щелочные среды.