Скидка на подшипники из наличия!
Уже доступен
Подшипники качения представляют собой сложные механические узлы, работоспособность которых в экстремальных температурных условиях во многом определяется выбором материала сепаратора. Сепаратор выполняет критически важную функцию распределения и удержания тел качения на заданном расстоянии друг от друга, обеспечивая равномерное распределение нагрузки и снижая трение в подшипниковом узле.
При эксплуатации подшипников в условиях отрицательных температур традиционные металлические сепараторы из стали или латуни могут демонстрировать недостаточную эффективность. Полиамидные сепараторы, маркируемые в обозначениях подшипников суффиксами TN9 (у SKF) и TVP/TVPB (у FAG), разработаны специально для работы в расширенном температурном диапазоне, включающем низкие температуры.
Полиамидные сепараторы изготавливают методом литья под давлением из композиционных материалов на основе полиамида 66 (PA66), армированного стекловолокном. Типичное содержание стекловолокна составляет 25 процентов по массе, что обозначается как PA66-GF25. Армирование стекловолокном существенно повышает механические характеристики сепаратора и его размерную стабильность.
Полиамид 66 синтезируется путём поликонденсации адипиновой кислоты и гексаметилендиамина. Каждый из исходных мономеров содержит по 6 атомов углерода, что и отражено в его названии. Молекулярная структура полиамида 66 обеспечивает высокую кристалличность материала, что положительно влияет на его прочностные характеристики и химическую стойкость.
Стеклонаполненный полиамид 66, применяемый для изготовления сепараторов подшипников, характеризуется следующими свойствами:
Компания SKF применяет суффикс TN9 для обозначения подшипников с литым сепаратором из стеклонаполненного полиамида 66. Цифра 9 в обозначении TN указывает на конкретную композицию полимерного материала, разработанную SKF. Данный сепаратор центрируется и направляется телами качения.
Подшипники с сепаратором TN9 выпускаются в различных сериях: радиальные шариковые однорядные глубокожелобчатые, радиально-упорные шариковые, самоустанавливающиеся шариковые, сферические роликовые и цилиндрические роликовые подшипники. Маркировка в полном обозначении подшипника выглядит следующим образом: например, 6205TN9/C3, где 6205 — основное обозначение подшипника, TN9 — тип сепаратора, C3 — увеличенный радиальный зазор.
Производитель FAG (входит в концерн Schaeffler) использует суффиксы TVP и TVPB для обозначения полиамидных сепараторов. Обозначение TV указывает на стеклонаполненный полиамид, P обозначает конструкцию с оконными гнёздами, B — направление сепаратора по внутреннему кольцу. Таким образом, TVPB означает полиамидный сепаратор оконного типа с направлением по внутреннему кольцу.
Полное обозначение подшипника FAG с полиамидным сепаратором может выглядеть как 6205.TVP.C3 или 21307-E1-TVPB, где точки или дефисы разделяют различные элементы маркировки. В технической документации FAG также используется термин «полиамидный сепаратор», подчёркивающий применение технических полимеров.
Полиамидные сепараторы демонстрируют стабильную работу в температурном диапазоне от минус 20 до плюс 120 градусов Цельсия при стандартных условиях эксплуатации. Предельная минимальная температура для сепараторов из PA66-GF25 составляет минус 40 градусов Цельсия — ниже этой отметки материал становится слишком хрупким. Кратковременно, в течение нескольких сотен часов, допускается повышение температуры до 150 градусов Цельсия без существенной деградации свойств материала.
Критическим параметром для работы полимерных материалов при низких температурах является их хладноломкость — склонность к хрупкому разрушению при отрицательных температурах. Стеклонаполненный полиамид 66 сохраняет достаточную ударную вязкость при температурах до минус 40 градусов Цельсия, что подтверждается испытаниями по методу Шарпи без надреза.
При более низких температурах материал становится более хрупким, однако для большинства промышленных применений диапазон до минус 40 градусов Цельсия является достаточным. Для эксплуатации при более низких температурах, например в криогенных установках, рекомендуется применение специальных полимерных композиций или металлических сепараторов.
При низких температурах вязкость смазочных материалов существенно возрастает, что может затруднять пуск подшипника и увеличивать момент трения. Полиамидные сепараторы благодаря низкому коэффициенту трения по смазанной стали способствуют снижению пускового момента по сравнению с металлическими сепараторами.
Для подшипников, работающих при температурах ниже минус 20 градусов Цельсия, рекомендуется применение специальных низкотемпературных смазок на минеральной или синтетической основе. Такие смазки сохраняют пластичность и не затвердевают при отрицательных температурах, обеспечивая эффективное смазывание контактных поверхностей.
Плотность стеклонаполненного полиамида составляет приблизительно 1,32-1,35 грамма на кубический сантиметр, что в 5,8-6 раз меньше плотности стали (7,85 грамм на кубический сантиметр) и в 6,3-6,5 раза меньше плотности латуни (8,5 грамм на кубический сантиметр). Снижение массы сепаратора приводит к уменьшению центробежных сил при вращении и инерционных нагрузок при изменении частоты вращения.
Рассмотрим сепаратор подшипника 6205 с наружным диаметром 52 миллиметра и внутренним диаметром 25 миллиметров, шириной 10 миллиметров. Объём материала сепаратора составляет приблизительно 8 кубических сантиметров (с учётом гнёзд для шариков).
Масса стального сепаратора: 8 см³ × 7,85 г/см³ = 62,8 г
Масса полиамидного сепаратора: 8 см³ × 1,32 г/см³ = 10,6 г
Снижение массы: 62,8 г - 10,6 г = 52,2 г (снижение на 83%)
Коэффициент трения полиамида по смазанной стали составляет 0,15-0,30, что существенно ниже коэффициента трения стали по стали (0,35-0,45 в условиях граничного трения) и латуни по стали (0,25-0,35). Это приводит к снижению момента трения в подшипнике, уменьшению тепловыделения и износа контактных поверхностей.
Низкий коэффициент трения позволяет подшипникам с полиамидными сепараторами работать более длительное время в условиях недостаточного смазывания или при пусковых режимах с загустевшей смазкой при низких температурах. Это повышает надёжность узла и снижает риск заклинивания подшипника.
Полиамидные сепараторы обеспечивают существенное снижение уровня шума и вибраций при работе подшипника. Это связано с демпфирующими свойствами полимерного материала и его способностью поглощать ударные нагрузки при контакте с телами качения. Снижение уровня шума может достигать 5-10 децибел по сравнению со стальными сепараторами.
Улучшенные виброакустические характеристики особенно важны для прецизионных применений, электродвигателей, бытовой техники и автомобильных компонентов, где низкий уровень шума является критическим требованием.
Упругость и пластичность полиамида позволяют сепаратору лучше адаптироваться к небольшим отклонениям от номинальной геометрии подшипникового узла, таким как несоосность вала и корпуса или перекос колец. Металлические сепараторы в таких условиях могут деформироваться или разрушаться, тогда как полиамидные сепараторы сохраняют работоспособность.
Штампованные стальные сепараторы являются стандартным решением для большинства подшипников общего назначения. Они изготавливаются из низкоуглеродистой стали методом штамповки с последующей термической обработкой. Основные преимущества стальных сепараторов включают высокую прочность, стойкость к температурам до 300 градусов Цельсия и относительно низкую стоимость.
Недостатками стальных сепараторов являются большая масса, высокий коэффициент трения и повышенный уровень шума. При работе в условиях недостаточного смазывания или при низких температурах стальные сепараторы могут вызывать повышенный износ дорожек качения и тел качения.
Массивные латунные сепараторы, изготавливаемые методом механической обработки из литых или кованых заготовок, применяются в подшипниках, работающих при высоких нагрузках и скоростях. Латунь обладает лучшими антифрикционными свойствами по сравнению со сталью, что позволяет достигать более высоких предельных частот вращения.
Ограничениями латунных сепараторов являются высокая плотность материала, предельная температура эксплуатации 300 градусов Цельсия, а также восприимчивость к контактной коррозии при использовании некоторых промывочных жидкостей и охлаждающих составов. Стоимость латунных сепараторов существенно выше стальных и полиамидных.
Выбор между полиамидным и металлическим сепаратором определяется конкретными условиями эксплуатации подшипника. Полиамидные сепараторы рекомендуются для применений с умеренными температурами, требованиями к низкому уровню шума и массе, а также при работе в условиях возможного недостатка смазки.
Металлические сепараторы предпочтительны при высоких температурах, в агрессивных химических средах, при экстремально низких температурах ниже минус 40 градусов Цельсия, а также в узлах с очень высокими нагрузками или частотами вращения, где требуется максимальная прочность сепаратора.
Компания SKF применяет литьё под давлением для изготовления полиамидных сепараторов. Материал PA66-GF25 поставляется в виде гранул, которые расплавляются при температуре 280-300 градусов Цельсия и впрыскиваются в форму под давлением 80-120 МПа. После охлаждения и затвердевания сепаратор извлекается из формы и подвергается контролю размеров и механических свойств.
SKF разработала специальную композицию полиамида с улучшенной термостойкостью и химической стойкостью к смазочным материалам. Испытания показали, что сепараторы TN9 сохраняют стабильные свойства при длительной эксплуатации в присутствии минеральных и синтетических масел, а также пластичных смазок с присадками.
Производитель FAG предлагает подшипники с полиамидными сепараторами для широкого спектра применений. Серия E1 сферических роликовых подшипников комплектуется сепараторами TVPB из стеклонаполненного полиамида, обеспечивающими работу при температурах до минус 40 градусов Цельсия в составе систем, эксплуатируемых в северных регионах.
Для прецизионных применений FAG выпускает высокоточные подшипники с сепараторами из специальных высокоэффективных полимеров, таких как PEEK (полиэфирэфиркетон), способных работать при температурах до 150 градусов Цельсия. Однако для основных промышленных применений при низких температурах рекомендуются стандартные полиамидные сепараторы.
Оба производителя проводят обширные испытания подшипников с полиамидными сепараторами, включающие климатические испытания в диапазоне температур от минус 40 до плюс 150 градусов Цельсия, испытания на усталостную прочность, испытания на износостойкость и вибрационные испытания. Результаты испытаний подтверждают соответствие продукции международным стандартам качества.
Подшипники с полиамидными сепараторами находят широкое применение в оборудовании, эксплуатируемом в условиях Севера и Арктики. К таким применениям относятся электродвигатели буровых установок, редукторы внедорожной техники, подшипниковые узлы ветрогенераторов, системы трубопроводной арматуры на газопроводах и нефтепроводах.
В этих условиях критически важна способность подшипника надёжно работать при запуске в холодном состоянии, когда смазка имеет повышенную вязкость. Низкий коэффициент трения полиамидного сепаратора способствует снижению пускового момента и предотвращает перегрузку приводного двигателя.
В компрессорах холодильных установок, вентиляторах холодильных камер, транспортёрах морозильных складов применяются подшипники, работающие при температурах от минус 30 до минус 40 градусов Цельсия. Полиамидные сепараторы обеспечивают надёжную работу в этих условиях при использовании специальных низкотемпературных смазок.
Для криогенных установок, работающих при температурах ниже минус 100 градусов Цельсия, стандартные полиамидные сепараторы не применимы. В таких случаях используются специальные материалы или металлические сепараторы из нержавеющей стали.
В автомобильной технике подшипники с полиамидными сепараторами применяются в генераторах, стартёрах, системах кондиционирования, ступицах колёс, коробках передач. Требования автомобильной промышленности включают низкий уровень шума, малую массу, надёжный запуск при отрицательных температурах и длительный срок службы без технического обслуживания.
Генератор легкового автомобиля
Передний подшипник генератора: 6203TN9/C3 (внутренний диаметр 17 мм, наружный диаметр 40 мм)
Задний подшипник генератора: 6202TN9/C3 (внутренний диаметр 15 мм, наружный диаметр 35 мм)
Рабочие условия: частота вращения до 15000 об/мин, температура от минус 40 до плюс 110 градусов Цельсия, срок службы 5000 часов или 150000 километров пробега.
Электродвигатели общепромышленного назначения, эксплуатируемые на открытом воздухе или в неотапливаемых помещениях, оснащаются подшипниками с полиамидными сепараторами для обеспечения надёжного пуска при низких температурах. Снижение массы сепаратора также способствует уменьшению вибраций, что важно для двигателей с высокой частотой вращения.
При выборе подшипника с полиамидным сепаратором необходимо провести анализ следующих параметров:
Полиамидные сепараторы совместимы с большинством минеральных и синтетических смазочных материалов, применяемых в подшипниках. Однако при использовании смазок с противозадирными присадками на основе серы или хлора необходимо проверить химическую стойкость полиамида к конкретному составу смазки.
Не рекомендуется применение полиамидных сепараторов с агрессивными промывочными жидкостями на основе растворителей или с охлаждающими эмульсиями, содержащими активные поверхностно-активные вещества. Для очистки подшипников с полиамидными сепараторами следует использовать неагрессивные нефтяные растворители или специальные составы.
Подшипники с полиамидными сепараторами часто комплектуются увеличенным радиальным зазором (группы C3 или C4 по ГОСТ 24810-2013). Это связано с различием коэффициентов термического расширения стали и полиамида. При нагреве подшипника во время работы полиамидный сепаратор расширяется в большей степени, чем стальные кольца, что может привести к его защемлению.
Увеличенный зазор компенсирует термическое расширение и обеспечивает нормальную работу подшипника в рабочем диапазоне температур. При эксплуатации в условиях низких температур зазор увеличивается, что не критично для большинства применений.
Вы можете задать любой вопрос на тему нашей продукции или работы нашего сайта.