Обзор видов подшипников.
Срок службы шпинделя зависит от долговечности подшипников, установленных на нём. Долговечность подшипников зависит от материала, из которого сделаны подшипники.
Материал, из которого изготавливаются подшипники, должен выбираться тщательно и отвечать многим требованиям. Это такие требования, как прочность, усталостная прочность, сопротивление износу, низкий коэффициент трения качения и множество других показателей.
Основные виды подшипников по используемому материалу следующие:
Традиционный материал, из которого изготавливаются подшипники – сталь, а точнее – специальные марки стали. Шарики стальных подшипников изготавливаются из специальной стали ШХ15, обладающей высокой твёрдостью и жёсткостью (за рубежом существуют аналоги стали ШХ15, имеющие другие названия).
Стальные подшипники для шпинделя отвечают всем требованиям, имеют большой срок службы, высокую точность и широко используются.
Постепенно на смену стали приходит новый, современный материал – керамика. Подшипники на основе керамики стали изготавливать совсем недавно. Наиболее часто используется керамика на основе нитрида кремния, имеющего химическую формулу Si3N4. Нитрид кремния обладает:
отличной ударной прочностью
Керамические подшипники на шпиндель обладают следующими преимуществами, по сравнению со стальными:
способность работать без смазки
гладкая поверхность, почти без трения
превосходят стальные по сроку службы в 100 раз
низкий коэффициент теплового расширения (в 3-5 раз меньше стали)
способны выдерживать температуры до 1000 градусов Цельсия
обладают меньшим весом и дают меньшие центробежные усилия
не проводят электрический ток (диэлектрические свойства)
отлично работают при высоких скоростях вращения
Керамическим подшипникам не страшны:
химически агрессивная среда
блуждающие электрические токи
Помимо полностью керамических подшипников существуют также металлокерамические (гибридные) подшипники, имеющие стальные кольца и керамические тела качения (шарики). Это промежуточный тип подшипников, объединяющий достоинства обеих типов подшипников, и имеющийся в наличии в нашей компании.
Существуют также самосмазывающиеся подшипники, кольца которых изготовлены на основе спекания порошков металла и керамики, и представляющие собой после спекания пористый материал. В поры колец такого подшипника при изготовлении заносится специальная смазка, позволяющая подшипнику работать без дополнительной смазки весь срок службы.
Помимо подшипников, у нас имеются все необходимые аксессуары для бесперебойной работы шпинделей фрезерных станков – от охлаждения до инверторов. Подробности спрашивайте у менеджеров.
По вопросам выбора подшипников и другим вопросам обращайтесь к нашим высококвалифицированным инженерам. Получить консультацию можно по телефону 8 (499) 653-52-64 , либо подав заявку через форму на нашем сайте. Всегда будем рады ответить на все интересующие вас вопросы.
Мы работаем, чтобы ваше производство не останавливалось! С уважением, компания CNC Motors.
Источник
Керамические или стальные подшипники в шпинделе
Как и в любой индустрии связанной с производством техники и армией внушаемых потребителей, в велоспорте существует множество мифических технологий и материалов, которые на пике своей популярности нещадно эксплуатируются всеми производителями с целью получения дополнительной прибыли.
В свое время в этой роли побывали карбон, титан, магний, алюминий с присадками скандия и прочие бесчисленные материалы с магическими свойствами. Производители как ненормальные делают из популярного материала буквально все существующие компоненты для велосипеда, стремясь выжать из популярности максимум прибыли даже в ущерб производительности. Достаточно вспомнить титановые спицы от DT Swiss или болты из карбона.
Все эти технологии и конструкции по прошествии нескольких лет либо отметаются рынком, либо, наконец, падают в цене и занимают свою нормальную нишу. Керамические подшипники сегодня на пике hi-end популярности. Их вставляют в каретки, рулевые колонки, втулки колес, шарниры тормозов, ролики переключателей: в общем, везде, где раньше были радиальные подшипники (т.н. «промышленные подшипники») или даже скольжения. За товар премиум-класса приходится платить соответствующе. Средняя цена одного подшипника на розничном рынке в апгрейд-китах производителя составляет от 50 до 350 долларов, хотя вездесущие китайские производители уже подключились к всемирной дойке велосипедистов и предлагают «больным» керамикой продукты по весьма привлекательной цене. Уже существуют даже специальные интернет-магазины для велосипедистов, где владелец может указать перечень всех своих компонентов и продавец за кругленькую сумму подберет полный комплект для апгрейда.
На самом деле картина сумасшествия куда более глобальная, аналогичное поветрие уже довольно давно распространилось среди владельцев роликовых коньков, спиннингов, скейтбордистов и прочей братии, у которой есть чему крутится, но мы говорим о велосипедистах.
Итак. Это клиническая картина. Теперь непосредственно о возбудителе. Действительно массовое распространение керамических подшипников началось примерно 10 лет назад. Технически, в промышленных подшипниках из керамики нет ничего нового и все их модификации как две капли воды похожи на стальных предков. Нестандартным является лишь материал: как правило нитрид кремния (Si3N4). Благодаря тому, что этот вид керамики обладает выдающейся ударной прочностью и высокой жесткостью, этот черный, блестящий после полировки материал стали активно использовать в машиностроении. Условно, эти подшипники можно разделить на три группы:
- смешанные или гибридные, в которых из керамики выполнены только шары (или другое тело вращения), а оба кольца качения из стали. Это самый распространенный вариант в велоиндустрии. Если производитель не указывает какой тип подшипника установлен внутри железки, 99% вероятность, что речь идет о гибридной разновидности. Важный момент. Сепаратор в гибридных керамических подшипниках сделан из синтетики с низким коэффициентом трения. Китайцы лепят и металлический.
- полностью керамические, где и кольца качения и шары сделаны из керамики. На велосипедах встречаются пока крайне редко, но доступны в ассортименте от сторонних производителей.
- насыпные, которые устанавливаются как обычные шары во втулки Shimano или рулевые.
Теперь о характеристиках и особенностях. Они, положа руку на сердце, впечатляют даже далекого от машиностроения человека. Керамические шары продукт действительно революционный.
- Рабочая температура шаров может достигать 800 градусов.
- Способность работать в агрессивных кислотах и щелочах без коррозии. Вообще. С ограниченным набором агрессивных сред вроде кислорода, начинает реагировать при какой-то 1000 градусов.
- Низкий тепловой коэф. расширения (в 3-5 раз меньше стали) и керамические подшипники прочно заняли свое место в насосах по перекачке горячих жидкостей.
- Высокая рабочая температура позволяет им работать на скоростях до 12000 оборотов в минуту.
- Керамика, это превосходный диэлектрик, полностью керамические подшипники не пропускают электричество.
- Керамика легче стали на 40% и значительно лучше рассеивает тепло.
- твёрдость по Роквеллу стальных шаров редко превышает 60 единиц по шкале C, твердость керамики может достигать 75 единиц.
- Модуль упругости керамики в 1.5 раза выше, чем у типичной стали применяемой для керамических подшипников. (вот типичный буклет с рекламными сравнительными характеристиками). Сталь взята, правда, не лучших характеристик.
- Керамика не магнитится.
- Кстати, из нитрида кремния делают сверхдорогие ножи и режущую кромку станков для сталелитейных производств (но это лирика).
Круто, правда? Неудивительно, что керамические подшипники ставят в марсоходы, турбины авиалайнеров и насосы на химических производствах. По характеристикам они также идеально подходят для создания велосипеда для колонизаторов планет с низкой гравитацией, агрессивной атмосферой и высокой температурой, как Венера или Меркурий. Если вы по несчастью свалитесь в чан с серной кислотой, через неделю, следователи 100% найдут на дне набор целехоньких шаров от роликов SRAM XX. Мелочь, а приятно.
А теперь серьезно. Попробуем выделить те особенности гибридной керамики, которые хоть как-то могут быть полезны на велосипеде, и оценим их с точки зрения стоимости.
- Низкий вес: керамика на 40% легче. Сомнительное преимущество, когда со всего велосипеда удастся скинуть 10-20 грамм потратив 500-1000 долларов.
- Высокая коррозионная стойкость. Это факт. Однако, поскольку основными подшипниками применяемыми на велосипедах являются гибридные разновидности, дорожки качения будут по-прежнему ржаветь. Они и ржавеют. Во вторых, хороший стальной промышленный подшипник имеет пару пыльников и заполнен средневязкой смазкой. При постоянной езде в грязь, регулярная смазка и проверка позволит избежать ржавчины и продлить срок службы обычных подшипников. Промывать керамический подшипник от песка и грязи нужно так же, как и стальной.
- Керамика тверже стали и имеет более высокий модуль упругости. А вот это наиболее важное преимущество. Это означает, что при нагрузке и вращении шары деформируются меньше, следовательно, снижается тепловыделение и потеря энергии. Тепловыделение здесь не самое главное, поскольку колесо совершает всего 360 оборотов в минуту на скорости 40 км/ч и нагрев минимален. Снижение сопротивления качению, может быть более интересным.
Сколько конкретно? Вынужден огорчить. На таких скоростях хорошие стальные подшипники неплохо справляются со своей ролью и выигрыш против действительно высококачественного керамического подшипника незначителен (слово качественный здесь ключевое, поскольку сейчас их делают десятки китайских заводов по совсем смешным ценам и со смешным азиатским качеством). По данным независимой лаборатории Bike Testing, Inc. (условия тестирования неизвестны), типичные потери энергии в стальной интегрированной каретке среднего уровня (самый большой диаметр подшипника в велосипеде с максимальным сопротивлением) составляют до 4 ватт, в керамической версии около 0.5 ватт. Е сли речь идет о топовом гонщике на Tour de France, 4 ватта, это гибридный китаец подозрительного качества
Подведем очевидные итоги. Гибридные керамические подшипники в шарнирах тормозов или в рулевой, вейтвинерская и маркетинговая блажь. Если вам выпало счастье и вы получили комплект качественных керамических подшипников для колес или каретки, хуже не будет. Тратить сумасшедшие деньги на керамику сегодня не стоит. Это замечательная технология и через несколько лет есть все основания ожидать как снижения цены, так и появления этих подшипников на компонентах среднего уровня X.9-7, XT-LX и пр. 1-2 ватта экономии для рядового велосипедиста ничто — на порядок больше сжирает растрепанная копна волос, две фары, багажник и бачок с водой. Естественный износ с лихвой перекрывается ценой: за 700 долларов, например, а именно столько стоит апгрейд керамики на колесах ZIPP, можно купить десяток сверхкачественных классических подшипников или килограмм-другой насыпных. Аналогичная ситуация и с повышенной износостойкостью керамики: цена настолько как правило высока, что не перекрывает стоимости даже нескольких замен классических подшипников.
И еще раз: керамические подшипники для велосипедиста не чудо и велосипед сам не поедет. Это просто материал, который долговечней и жестче привычной стали и в настоящий момент, применяется в основном в высокоточном оборудовании и в ответственных узлах под нагрузкой. Простая эволюция привычных вещей.
Итак, кто остается? Только упертые в граммы и доли ватта триатлеты, профессиональные раздельщики, трековики на часовых гонках и совсем безумные техновелофрики, которых от дорогостоящего апгрейда не останавливает даже угроза развода или личного банкротства.
Источник
В чем разница между керамическими и гибридными подшипниками?
Крис Джонсон, управляющий директор прецизионной подшипниковой компании SMB Bearings, объясняет характеристики, возможности и различия цельных керамических и гибридных подшипников.
Керамика в основном используется в подшипниках из-за коррозионных и температуростойких свойств материала. Керамика инертна, тогда как металлы реактивны, что делает керамику устойчивой к коррозийным материалам, таким как морская вода и многие химические вещества, включая кислоты и щелочи. Поскольку керамические подшипники не подвержены коррозии, они требуют меньшего ухода, чем их стальные альтернативы, и могут использоваться в крайне агрессивных средах.
Неудивительно, что эти антикоррозийные свойства позволяют использовать керамические подшипники во многих отраслях промышленности, от пищевой и химической промышленности до морских и подводных применений.
Тем не менее, существует некоторая путаница вокруг этой темы. Часто то, что люди называют керамическими подшипниками, на самом деле являются гибридными подшипниками. Итак, в чем разница между полностью керамическими и гибридными вариантами?
Керамические подшипники
Полностью керамические подшипники имеют керамические кольца и шарики, а также синтетические обоймы, изготовленные из PEEK или PTFE, или вообще без них. Они очень устойчивы к кислотам и щелочам и поэтому подходят для использования только в очень агрессивных средах. Подшипники из нитрида кремния (Si3N4) могут нагреваться до температуры 800°C при использовании без сепаратора. Сочетая эти качества с их легким весом (на 45% веса стальных подшипников), они являются невероятной заменой традиционным металлическим подшипникам.
Цельнокерамические подшипники также являются немагнитными, что означает, что они могут использоваться в медицинских устройствах, таких как МРТ-сканеры или в любых приложениях, где присутствует сильное магнитное поле. Однако большая твердость керамических подшипников также означает большую хрупкость и, как таковые, они плохо переносят ударные нагрузки.
Когда большинство людей думают о керамических подшипниках, они обычно имеют в виду гибридные их версии. Гибридные подшипники — это что – то среднее между керамическими и стальными. Вместе с керамическими шариками, эти подшипники соединены с металлическими внутренним и внешним кольцами. Использование этой комбинации допускает более высокие скорости, чем у полностью керамических подшипников, поскольку менее хрупкие металлические кольца не так подвержены внезапному катастрофическому разрушению при высокой скорости или нагрузке.
Несмотря на небольшую разницу в конструкции, требования к гибридным подшипникам довольно сильно отличаются от цельных керамических подшипников. Например, в то время как цельные керамические подшипники не требуют смазки, гибридным подшипникам это необходимо. Однако, в то время как керамические шарики будут по-прежнему истирать стальные кольца, гибриды будут лучше справляться с предельной смазкой, чем стальные подшипники, благодаря низкому коэффициенту трения и легкости шариков.
Смазка может не потребоваться при использовании гибридных подшипников на очень низких скоростях. Тем не менее, поскольку эти подшипники часто выбираются для более высоких скоростей, чем для керамики, рекомендуется подходящая смазка. Прецизионные гибридные подшипники с высокоскоростным сепаратором способны работать на очень высоких скоростях, поэтому их можно использовать, например, в шпинделях станков. Коррозионностойкие свойства подшипника также влияют при выборе гибридной версии вместо цельной керамики. Хотя керамические шарики обладают высокой устойчивостью, общий уровень коррозионной стойкости снижается за счет использования металлических колец, даже если они изготовлены из нержавеющей стали.
Решения о том, выбирать ли керамические подшипники или гибридные подшипники, будут зависеть от стоимости, применения и степени не благоприятности той среды, в которой должны использоваться подшипники. Хотя, возможно, для вашего случая могут не потребоваться керамические подшипники с экстремальной термостойкостью, тем не менее, лучшее понимание различных типов должно немного облегчить ваше решение.
В нашем интернет- магазине Вы найдете подшипники из полимерных материалов.
А также, специальные высокотемпературные и низкотемпературные подшипники.
Источник