Шарнирные наконечники 5-100мм: POS, SA серии, SKF, Fluro. Каталог 2025

Введение в шарнирные наконечники

Шарнирный наконечник — это специализированный подшипниковый узел, представляющий собой готовое к монтажу техническое соединение, состоящее из корпуса специальной конструкции и сферического подшипника скольжения. Данные изделия являются критически важными компонентами современных механических систем, обеспечивающих передачу усилий при наличии угловых отклонений и компенсацию несоосности соединяемых элементов.

Основные функции и преимущества

Историческое развитие и современное состояние

Развитие шарнирных наконечников тесно связано с эволюцией машиностроения и гидравлики. Первые образцы появились в начале XX века для авиационной промышленности, где требовались легкие и надежные шарнирные соединения. Современные шарнирные наконечники производятся в соответствии с международными стандартами DIN ISO 12240, что обеспечивает их взаимозаменяемость и качество.

В настоящее время шарнирные наконечники находят широкое применение в автомобильной промышленности, промышленном оборудовании, робототехнике, медицинском оборудовании и других отраслях, где требуется создание гибких и функциональных механических систем.

Конструкция и принцип работы

Основные конструктивные элементы

Конструкция шарнирного наконечника основана на использовании сферического подшипника скольжения, что обеспечивает возможность углового перемещения при передаче усилий. Наконечники состоят из сферического подшипника скольжения и вытянутой головки с неразъемной резьбовой ножкой.

Корпус (наружное кольцо)

Изготавливается из высокопрочной стали, обеспечивает фиксацию сферического элемента. Может иметь различную форму в зависимости от типа крепления: с наружной резьбой, внутренней резьбой или вставного типа. Корпус до размера 12 мм выточенный из стали 9SMnPb28K, от размера 14 мм закаленный и кованый C22, M1023.

Сферический элемент (внутреннее кольцо)

Выполняется из подшипниковой стали 100Cr6 (AISI 52100) с последующей закалкой, шлифовкой и полировкой. Сферическая форма наружной поверхности обеспечивает контакт с вкладышем корпуса.

Вкладыш (подшипниковый элемент)

В зависимости от типа наконечника может быть выполнен из различных материалов: специальной латуни CuZn38AI1, спеченной бронзы, композитных материалов на основе PTFE или текстильных волокон.

Принцип работы

Работа шарнирного наконечника основана на скольжении сферической поверхности внутреннего кольца по поверхности вкладыша наружного кольца. Это обеспечивает:

• Угловое перемещение — возможность поворота в пределах допустимого угла (обычно ±15° до ±30°)
• Самоустановку — автоматическое выравнивание при монтаже и эксплуатации
• Передачу усилий — эффективную передачу радиальных, осевых и комбинированных нагрузок

Типы конструктивного исполнения

Устроены шарнирные наконечники таким образом, что наружное кольцо имеет выступ цилиндрической формы с резьбой. По типу вкладыша различают:

Вставные (композитные)

Внутреннее кольцо сферической формы контактирует с вкладышем, выполненным из специального сплава обладающим отличными притирочными характеристиками. Обеспечивают низкий коэффициент трения и возможность работы без смазки.

Литые (металлические)

Внутреннее кольцо данного типа шарнирных наконечников контактирует с поверхностью отверстия корпуса, которое отлито под давлением. Характеризуются высокой нагрузочной способностью, но требуют регулярного смазывания.

Международные стандарты

Основные стандарты DIN ISO 12240

Международная Организация по Стандартизации DIN ISO 12240-1 для Сферических Подшипников скольжения и DIN ISO 12240-4 для шарнирных наконечников являются основными документами, регламентирующими конструкцию, размеры и технические требования к данной продукции.

Система обозначений

Стандартная система обозначений включает информацию о:

• Серии изделия (определяет конструктивные особенности)
• Внутреннем диаметре (основной размер в мм)
• Типе резьбы и ее параметрах
• Материале пары трения
• Наличии уплотнений

Требования к качеству и испытаниям

Стандарты устанавливают требования к:

• Геометрической точности — допуски на размеры и форму
• Качеству поверхности — шероховатость рабочих поверхностей
• Материалам — химический состав и механические свойства
• Функциональным характеристикам — нагрузочная способность, момент трения

Ведущие производители

SKF (Швеция)

Компания SKF является одним из мировых лидеров в производстве подшипников и шарнирных наконечников. Шарнирные головки с контактными поверхностями сталь/бронза имеют меньшую грузоподъемность, чем наконечники с поверхностями сталь/сталь, но работают лучше в условиях недостаточного смазывания.

Необслуживаемые наконечники с комбинацией сталь/спечёный композит бронза с PTFE и сталь/тканевые волокна с PTFE хорошо работают в тяжелых условиях.

Основные серии SKF:

• SA — с наружной резьбой, стандартное исполнение
• SI — с внутренней резьбой для болтового соединения
• SAKAC/SALKAC — с левой/правой резьбой для специальных применений

FLURO (Германия)

Компания FLURO Gelenklager GmBH была основана в 1976 году. Основное направление компании – производство и продажа шарниров, шарнирных наконечников и шарнирных головок. FLURO-Gelenklager GmbH разработала специальную серию шарнирных головок и подшипников скольжения для автомобильного и мото спорта.

Ассортимент FLURO состоит из сферических подшипников всех серий (DIN ISO 12240-1) и шарнирных головок серии K и E (DIN ISO 12240-4).

Специализация FLURO:

• Автомобильный и мотоспорт
• Высокие динамические нагрузки
• Специальные материалы и покрытия
• Индивидуальные решения под заказ

Другие ведущие производители

FAG/Schaeffler (Германия)

Широкий ассортимент шарнирных наконечников для промышленного применения, высокое качество изготовления, инновационные решения в области материалов.

INA (Германия)

Специализация на тяжелых условиях эксплуатации, большие размеры, высокие нагрузки в металлургии и горнодобывающей промышленности.

NMB (Япония)

Высокая точность изготовления, применение в прецизионной технике, миниатюрные размеры для электроники и медтехники.

Обзор серий и модификаций

Серия POS (наружная резьба)

Шарнирные наконечники POS/PHS, с наружной и внутренней резьбой, нашли широкое применение в узлах не предъявляющих повышенных требований к точности и специфическим условиям работы оборудования. Данная серия является наиболее распространенной в общепромышленном применении.

Модификации серии POS:

• POS — базовое исполнение с парой трения сталь/бронза
• POS-C — усиленная конструкция для повышенных нагрузок
• POS-EC — необслуживаемое исполнение с композитным вкладышем
• POS-L — с левой резьбой для симметричных конструкций

Серия SA (гидроцилиндры)

Серия SA специально разработана для применения в гидроцилиндрах и пневматических приводах. С помощью таких наконечников штоков соединяются пневмо- или гидроцилиндры к другим механизмам.

Серия SI (внутренняя резьба)

Наконечники с внутренней резьбой предназначены для соединения с болтами или шпильками. Обеспечивают высокую нагрузочную способность при компактных размерах.

Специальные серии

Угловые наконечники

Угловые и осевые шарнирные головки представляют собой готовый узел, включающий подшипники, с изогнутой хвостовой частью и предназначенный для передачи усилия под углом.

Наконечники для сварки

Специальные конструкции для приварки к штокам гидроцилиндров и другим элементам конструкции. Обеспечивают надежное неразъемное соединение.

Инженерные расчеты

Расчет статической нагрузки

Статическая грузоподъёмность – именуется нагрузка, приводящая к началу процесса деформации неподвижного подшипника. Для шарнирных наконечников расчет выполняется по формуле:

Эта величина определяется по следующей формуле: Ро = X0∙Fr + Y0∙Fa. (кН) где: Хо и Yo — коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок.

Расчет динамической нагрузки

Динамическая – нагрузка постоянной величины, под действием которой подшипник способен обеспечить базовую долговечность работы, определяемую 1 миллионом оборотов.

Расчет долговечности

Динамическая грузоподъемность и долговечность связаны между собой зависимостью: L = (C/P)³, где L — ресурс в млн. циклов.

Практический пример расчета

Решение:

1. Эквивалентная статическая нагрузка: P₀ = 0,6 × 5 + 0,5 × 2 = 4 кН
2. Эквивалентная динамическая нагрузка: P = 1,0 × 5 + 0,4 × 2 = 5,8 кН
3. Требуемый ресурс: L = 10 × 60 × 8760 = 5,256 млн. циклов
4. Требуемая динамическая грузоподъемность: C = P × (L/10⁶)^(1/3) = 5,8 × 1,74 = 10,1 кН
5. Выбираем наконечник с C ≥ 10,1 кН, например, диаметром 12 мм (C = 10,8 кН)

Области применения

Автомобильная промышленность

На первом месте стоит автомобильная промышленность (например, рулевые системы, приводы, тяги). В автомобилестроении шарнирные наконечники применяются в:

• Рулевом управлении — рулевые тяги, наконечники рулевых тяг
• Подвеске — соединения рычагов, амортизаторов, стабилизаторов
• Трансмиссии — карданные передачи, приводы колес
• Тормозной системе — приводы тормозных механизмов

Гидравлическое и пневматическое оборудование

Гидроцилиндры используются в автомобильной промышленности - для управления различными устройствами и механизмами, такими как автомобильные подъемники, прессы, манипуляторы. Шарнирные наконечники в гидроцилиндрах обеспечивают:

• Компенсацию несоосности при монтаже
• Передачу больших усилий
• Работу при высоких давлениях до 350 бар
• Долговечность в условиях частых циклов нагружения

Строительная и дорожная техника

В строительстве цилиндры являются основным ключевым компонентом гидравлических систем строительной техники, такой как экскаваторы, краны, бульдозеры. Применение включает:

• Экскаваторы — ковши, стрелы, рукояти
• Краны — стрелы, противовесы, опорно-поворотные устройства
• Бульдозеры — отвалы, рыхлители
• Погрузчики — подъемные механизмы, ковши

Металлургическая промышленность

Металлургия - для перемещения тяжелых грузов на металлургических предприятиях, таких как валки прокатных станов, мостовые краны. Особенности применения:

• Высокие рабочие температуры до 300°C
• Агрессивные среды (окалина, пыль, химикаты)
• Большие нагрузки и габариты
• Требования к надежности и безопасности

Пищевая промышленность

Используются в разных отраслях — швейная, пищевая, фасовочная промышленность. Специальные требования:

• Пищевые сорта смазок или работа без смазки
• Коррозионностойкие материалы
• Легкость очистки и дезинфекции
• Соответствие санитарным нормам

Робототехника и автоматизация

В современной робототехнике шарнирные наконечники применяются для:

• Соединения звеньев манипуляторов
• Приводов захватных устройств
• Систем позиционирования
• Компенсации погрешностей перемещений

Выбор и подбор шарнирных наконечников

Основные критерии выбора

Размер шарового наконечника определяется по диаметру отверстия в мм (стандартные размеры варьируются от 2 до 100 мм). При выборе необходимо учитывать:

1. Нагрузочные характеристики

• Радиальная нагрузка — основная нагрузка, действующая перпендикулярно оси
• Осевая нагрузка — нагрузка вдоль оси наконечника
• Моментные нагрузки — крутящие и изгибающие моменты
• Характер нагружения — статический, динамический, ударный

2. Кинематические параметры

Важным параметром устройства является максимальный угол поворота внутреннего кольца относительно наружного (обычно составляют от 15 до 20 градусов).

3. Условия эксплуатации

Диапазон рабочих температур зависит не только от пары трения, но и от наличия полимерных уплотнений, ограничивающих верхний температурный предел (100-150 °С).

Методика подбора

Выбор материала пары трения

Сталь/Бронза

Универсальное решение для большинства применений. Требует регулярного смазывания, обеспечивает хорошую нагрузочную способность при умеренных скоростях.

Сталь/Композит PTFE

Необслуживаемое исполнение, низкий коэффициент трения, работа в широком диапазоне температур. Ограничения по нагрузке.

Сталь/Сталь

Максимальная нагрузочная способность, работа при высоких температурах. Требует качественного смазывания и защиты от загрязнений.

Особенности выбора по применениям

Для гидроцилиндров

• Серии SA, SI с усиленной конструкцией
• Специальные уплотнения для работы в масле
• Коррозионностойкие покрытия

Для автомобильной промышленности

• Необслуживаемые конструкции
• Стойкость к вибрациям и ударам
• Длительный срок службы

Для пищевой промышленности

• Нержавеющие материалы
• Пищевые смазки или работа без смазки
• Легкость очистки

Монтаж и установка

Подготовка к монтажу

Перед установкой гидроцилиндра на машину необходимо его расконсервировать. Общие требования к подготовке:

• Очистка посадочных поверхностей от загрязнений
• Проверка размеров и резьбовых соединений
• Подготовка необходимого инструмента
• Проверка качества смазочных материалов

Требования к точности установки

При установке гидроцилиндров на шарнирных подшипниках отклонение его геометрической оси не должно превышать 2 градуса в одном направлении. Это критически важно для обеспечения нормальной работы и долговечности.

Процедура монтажа

1. Подготовка соединений

• Нанесение резьбового герметика (при необходимости)
• Предварительная смазка резьбовых соединений
• Проверка момента затяжки согласно техническим требованиям

2. Установка наконечника

• Ввинчивание с контролем момента затяжки
• Проверка свободы углового перемещения
• Контроль соосности с сопрягаемой деталью

3. Смазывание

При смазывании подшипников через опорные пальцы смазочные канавки на последних должны совпадать с отверстиями для смазывания во внутреннем кольце подшипника.

После установки гидроцилиндра шарнирные подшипники нужно смазать универсальной среднеплавкой смазкой до ее появления в зазорах подшипников.

Контроль качества монтажа

Типовые ошибки при монтаже

• Перетяжка резьбовых соединений — приводит к деформации корпуса
• Недостаточная смазка — ускоренный износ рабочих поверхностей
• Нарушение соосности — неравномерное распределение нагрузок
• Загрязнение при монтаже — попадание абразивных частиц

Эксплуатация и техническое обслуживание

Регламент технического обслуживания

Ежесменное обслуживание

• Визуальный осмотр на предмет повреждений и утечек смазки
• Проверка отсутствия люфтов и заеданий
• Контроль герметичности уплотнений

Периодическое обслуживание (500-1000 моточасов)

• Пополнение или замена смазки через пресс-масленки
• Проверка момента в шарнирном соединении
• Измерение люфтов и зазоров
• Проверка затяжки резьбовых соединений

Капитальное обслуживание (2000-5000 моточасов)

• Полная разборка и дефектовка
• Замена изношенных элементов
• Проверка геометрических параметров
• Обновление защитных покрытий

Смазочные материалы

Выбор смазки зависит от условий эксплуатации и материала пары трения:

Универсальные литиевые смазки

• Рабочая температура: -30...+120°C
• Хорошая водостойкость
• Длительный срок службы

Высокотемпературные смазки

• На основе комплексного мыла лития
• Рабочая температура: -20...+160°C
• Для металлургического оборудования

Пищевые смазки

• Соответствие стандартам FDA
• Безопасность при случайном контакте с продуктами
• Стойкость к частым промывкам

Диагностика технического состояния

Признаки нормальной работы

• Плавное перемещение без рывков
• Отсутствие посторонних шумов
• Стабильность рабочих зазоров
• Равномерное распределение смазки

Признаки неисправностей

• Увеличенный люфт — износ сферических поверхностей
• Заедание — недостаток смазки или загрязнение
• Повышенный шум — износ или повреждение рабочих поверхностей
• Утечка смазки — износ уплотнений

Продление срока службы

Современные тенденции развития

Новые материалы и технологии

Композитные материалы

Развитие полимерных композитов с улучшенными трибологическими свойствами позволяет создавать необслуживаемые наконечники с увеличенным ресурсом работы.

Наноматериалы

Применение наноструктурированных покрытий и добавок к смазочным материалам для снижения трения и износа.

Керамические материалы

Использование технической керамики для работы в экстремальных условиях (высокие температуры, агрессивные среды).

Цифровизация и мониторинг

Интеллектуальные датчики

• Контроль температуры и вибрации
• Мониторинг нагрузок в реальном времени
• Прогнозирование остаточного ресурса

Системы предиктивного обслуживания

• Анализ данных эксплуатации
• Оптимизация интервалов обслуживания
• Предупреждение отказов

Экологические аспекты

Биоразлагаемые смазки

Разработка экологически безопасных смазочных материалов для применения в сельском хозяйстве и пищевой промышленности.

Переработка материалов

Развитие технологий переработки изношенных подшипников и восстановления рабочих поверхностей.

Стандартизация и унификация

Международные стандарты

Гармонизация требований различных национальных стандартов, развитие единых подходов к испытаниям и сертификации.

Модульные решения

Создание унифицированных семейств изделий для упрощения проектирования и снижения номенклатуры запасных частей.

Диагностика неисправностей

Систематический подход к диагностике

Методы диагностики

Визуальный контроль

• Состояние защитных покрытий
• Наличие трещин и сколов
• Состояние уплотнений
• Следы коррозии или износа

Инструментальные измерения

• Измерение люфтов индикаторными приборами
• Контроль геометрических размеров
• Измерение момента поворота
• Виброакустическая диагностика

Анализ смазочных материалов

• Определение загрязненности
• Анализ продуктов износа
• Проверка вязкости и кислотности
• Контроль содержания воды

Перспективы развития

Технологические инновации

Аддитивные технологии

3D-печать позволяет создавать сложные геометрии корпусов с интегрированными каналами смазки и оптимизированным распределением напряжений.

Искусственный интеллект в проектировании

• Оптимизация конструкций методами машинного обучения
• Прогнозирование свойств новых материалов
• Автоматизация процесса подбора наконечников

Новые области применения

Возобновляемая энергетика

• Ветроэнергетические установки
• Системы слежения за солнцем
• Приливные и волновые электростанции

Космическая техника

• Манипуляторы космических аппаратов
• Системы ориентации солнечных панелей
• Механизмы стыковки

Экологические решения

Циркулярная экономика

• Разработка полностью перерабатываемых конструкций
• Технологии восстановления изношенных изделий
• Минимизация отходов производства

Углеродная нейтральность

• Снижение энергопотребления при производстве
• Использование возобновляемых источников энергии
• Оптимизация логистических процессов

Полезные ссылки

Каталоги шарнирных наконечников по размерам

Каталоги по сериям

Каталоги по резьбе

Основные каталоги