- Основные черты конструкции прецизионных подшипников
- Точность и допуски
- Материалы и обработка
- Применение в высокоточных отраслях
- Сравнение с обычными подшипниками
Основные черты конструкции прецизионных подшипников
Помимо широко применяемых в общем машиностроении типов подшипников обычного класса точности, существуют так называемые прецизионные подшипники (часто их ещё называют высокоточными). К ним предъявляются особые требования с тем, чтобы обеспечить высокую точность позиционирования исполнительных устройств в условиях высокооборотности, больших и разнонаправленных статических и динамических нагрузок, большого диапазона эксплуатационных температур, длительного срока службы. Во многих случаях дополнительно предъявляются требования по малошумности и отсутствию необходимости обслуживания при эксплуатации.
По конструктивному исполнению прецизионные подшипники мало чем отличаются от обычных, что можно увидеть из Рис. 1.
Рис. 1. Пример радиально–упорных прецизионных подшипников
Но к отклонению геометрических параметров колец, дорожек качения, тел качения, сепараторов, а также к чистоте их рабочих поверхностей предъявляются гораздо более высокие требования. Также более высокие требования предъявляются к материалам, из которых они изготавливаются, по прочности, жёсткости, долговечности, химической, температурной стойкости и стабильности, по низким коэффициентам трения. Во многих случаях конструктивные решения этих подшипников направлены на снижение их инерционности.
Перечисленные выше особенности прецизионных подшипников усложняют как их изготовление, так и монтаж в точные механические системы (тщательный контроль, селективная сборка, специальные способы монтажа на валы и в отверстия и т.д.). А это в совокупности со специальными материалами существенно повысит стоимость их применения. Но несмотря на это, объём применения прецизионных подшипников в современной технике всё время увеличивается.
Точность и допуски
К прецизионным подшипникам относят подшипники классов точности в соответствии с Табл. 1.
Табл. 1. Прецизионные подшипники по распространённым стандартам
Стандарт |
Прецизионность |
||
Условная |
Обычная |
Высокая |
|
Отечественный ГОСТ 520 |
Класс 5 |
Класс 4 |
Класс 2 |
Европейские ISO 492 и ISO 199, японский JIS |
Class 5 |
Class 4 |
Class 2 |
Немецкий DIN 620 |
P5 |
P4 |
P2 |
Американский ANSI/ABMA Std. 19.2 |
ABEC5/RBEC5 |
ABEC7/RBEC7 |
ABEC9/RBEC9 |
Примеры требуемых параметров точности колец подшипников по степени прецизионности можно увидеть в Табл. 2.
Табл. 2. Примеры параметров точности
Параметр точности подшипников с D=18…30 мм и d=10…18 мм |
Допустимые значения отклонений по степеням прецизионности, мкм |
||
Условная |
Обычная |
Высокая |
|
Радиальное биение наружного кольца, |
Не более 9 |
Не более 6 |
Не более 4 |
Отклонение D от номинального, |
-8…0 |
-6…0 |
-5…0 |
Радиальное биение внутреннего кольца, |
Не более 4 |
Не более 2,5 |
Не более 1,5 |
Отклонение d от номинального, |
-5…0 |
-4…0 |
-2,5…0 |
Соответственно требованиям стандартов назначаются отклонения размеров и формы посадочных мест прецизионных подшипников, степень их шероховатости.
Материалы и обработка
В качестве конструкционных материалов при производстве прецизионных подшипников используются материалы, сохраняющие стабильные свойства в широком диапазоне температур, нагрузок, скоростей вращения.
Для колец и шариков высокоточных подшипников применяют:
- особые сорта стали, такие как азотистые (обладают повышенной прочностью и износостойкостью), нержавеющие (обладают повышенной коррозионной стойкостью);
- керамические материалы (кремниевые нитриды или карбиды, оксиды циркония или алюминия). Они отличаются чрезвычайной твёрдостью, износостойкостью, малым коэффициентом трения и малым удельным весом.
Прецизионные подшипники по применению материалов бывают:
- цельностальные (стальные тела качения и кольца);
- цельнокерамические (керамические тела качения и кольца);
- гибридные (керамические тела качения и стальные кольца).
Пример цельнокерамического подшипника показан на Рис. 2.
Рис. 2. Пример цельнокерамического подшипника
Материалы для изготовления сепараторов применяют следующие:
- пенопласт;
- полиамид;
- полиэфиркетон (ПЭЭК);
- специальные полимеры;
- латуни.
Многие подшипники на основе керамических материалов способны работать на бедных смазках.
Необходимо отметить, что прецизионные подшипники очень чувствительны к загрязнениям, поэтому они часто снабжаются защитными шайбами из фторкаучука или бутадиен-акрилонитрильного каучука.
Перечисленные материалы в процессе изготовления деталей высокоточных подшипников подвергаются сложной химико-термической и механической обработке с целью получения высоких механических свойств, в том числе высокой чистоты рабочих поверхностей. По этой причине стоимость прецизионного подшипника может в десятки раз превышать стоимость подшипника более низкого класса точности.
Применение в высокоточных отраслях
Прецизионные подшипники предназначены в основном, для использования в следующих устройствах высокоточных отраслей:
- шпиндели станков;
- полиграфическое оборудование;
- вакуумные;
- турбины;
- гироскопы и т.д.
В качестве иллюстрации приведём пример шпиндельной головки сверлильного станка на подшипниках серии 718… D, показанной на Рис. 3.
Рис. 3. Шпиндельная головка сверлильного станка
Радиально-упорные прецизионные подшипники типа D обеспечивают прочность, жёсткость, точность и высокооборотность шпинделя.
Сравнение с обычными подшипниками
В сравнении с подшипниками обычного класса точности прецизионные подшипники обладают:
- более высоким КПД из-за меньших потерь на трение;
- малошумностью;
- малой инерционностью;
- практическим отсутствием люфтов;
- малым тепловыделением;
- повышенной долговечностью;
- возможностью работы на больших оборотах.
В качестве примера можно привести такие данные для шариковых подшипников: по сравнению с нормальным классом точности (0 по ГОСТ 520) переход к классу точности 5 позволяет увеличить скорость вращения подшипника примерно в 1,5 раз. А переход к классу точности 4 – примерно в 2 раза.