Игольчатые роликоподшипники: 60 лет и они продолжают развиваться

Jul 20, 2023

Хотя базовая конструкция игольчатого роликоподшипника не сильно изменилась за последние 60 лет, постоянные разработки привели к созданию новых конструкций сепараторов, которые обеспечивают в пять раз больший срок службы и вдвое большую статическую нагрузку по сравнению с их первоначальными аналогами. Большинство инженеров-конструкторов вы уже знакомы с техническими преимуществами игольчатых роликоподшипников – способностью выдерживать относительно высокие нагрузки в компактном корпусе. Это техническое преимущество на протяжении многих лет сделало игольчатые роликоподшипники предпочтительным выбором подшипников в самых разных отраслях промышленности и автомобилестроения. Игольчатые роликоподшипники — это подшипники, в которых используются небольшие цилиндрические ролики. Эти ролики используются для уменьшения трения вращающейся поверхности. По сравнению с шарикоподшипниками игольчатые роликоподшипники имеют большую площадь поверхности, которая контактирует с шейками дорожек качения подшипника. Типичная конструкция игольчатого роликоподшипника включает внутреннее кольцо (или иногда просто вал), игольчатый сепаратор, который ориентирует и содержит игольчатые ролики, сами игольчатые ролики и внешняя дорожка качения. Существует множество различных конструкций игольчатых роликоподшипников, включая тянутые манжеты, прецизионные роликовые подшипники, ролики с сепаратором и упорные ролики. Здесь мы рассматриваем тип роликового подшипника с сепаратором. Функция игольчатого роликоподшипника с сепаратором заключается в выдерживании радиальных нагрузок и скоростей вращения. Здесь клетка направляет и удерживает ролики. Конструкции с сепараторами обычно бывают однорядными и двухрядными, при этом доступен широкий выбор материалов сепараторов, включая сталь, пластик (PA66) и алюминий. Многорядные конструкции подшипников повышают несущую способность. Сепараторы, стальные или пластиковые, могут быть изготовлены в различных конструкциях, включая сплошные сепараторы, одиночные сепараторы и разделенные половинки (состоящие из двух частей). Эти сепараторы также могут иметь смазочные каналы и другие элементы, разработанные по индивидуальному заказу. Типичными областями применения игольчатых роликоподшипников с сепаратором являются коробки передач, автомобильные системы передачи мощности, двух- и четырехтактные двигатели, планетарные передачи и воздушные компрессоры. Независимо от того, какой тип из четырех основных типов Игольчатый роликоподшипник выбран для конкретного применения, инженеры должны учитывать множество факторов, прежде чем принимать решение как можно раньше на этапе проектирования: размер/конструктивный диапазон, тип нагрузки, грузоподъемность, скорость, температура, перекос, корпус характеристики валов, срок службы и требования к смазке. В 1949 году, в конце Второй мировой войны, основатели INA (ныне Schaeffler Group) д-р Георг Шеффлер и его брат Вильгельм изобрели новый тип игольчатых роликоподшипников, Игольчатые роликоподшипники с сепаратором INA. Именно при производстве подшипников для армии США Георг Шеффлер впервые задумался о том, как преодолеть недостатки полносепараторных игольчатых роликоподшипников. В то время конструкции подшипников с телами качения имели тенденцию к перекосу, особенно при высоких скоростях вращения, и поэтому страдали от увеличения сопротивления трения (нагревания). Кроме того, подшипник легко блокировался там, где зазор был мал. Решением доктора Георга Шеффлера в 1949 году было размещение игл в сепараторе в осевом направлении. Игольчатые роликоподшипники с сепаратором преодолели эти недостатки, а также обеспечили высокие скорости и низкое трение. Работая с командой инженеров INA, Георг развивал эту идею до тех пор, пока она не была готова к массовому производству, а затем вместе со своим братом, вооружившись ящиком с образцами, отправился убеждать клиентов в преимуществах своего нового игольчатого подшипника. Развитие INA было тесно связано с автомобильной промышленностью. Действительно, первой мишенью для игольчатых роликоподшипников с сепаратором была автомобильная промышленность, а одними из первых клиентов, перешедших на новую технологию, были Mercedes Benz и Adler Motorcycles. Бизнес INA по производству подшипников качения действительно начался. Вскоре игольчатый роликоподшипник с сепаратором компании Dr Schaeffler стал важным элементом конструкции многих автомобильных и промышленных предприятий и машин. Примечательно, что инженерный гений игольчатого роликоподшипника Dr Schaeffler с сепаратором до сих пор используется в своей оригинальной конструкции. Однако первоначальная конструкция не стояла на месте на протяжении многих лет, а постоянно улучшалась и адаптировалась для удовлетворения все более разнообразных требований. Игольчатые роликоподшипники INA с сепаратором внесли значительный вклад в разработку небольших, более эффективных и экономичных транспортных средств. Даже сегодня было бы трудно представить систему автомобильной трансмиссии, в которой не использовались бы игольчатые роликоподшипники. Сегодня игольчатые роликоподшипники INA производятся в более чем 15 000 вариантах, а новые конструкции адаптированы к особым требованиям заказчиков. Механическая обработка INA Игольчатые роликоподшипники составляют основу ассортимента, особенно с недавним введением стандарта премиум-качества Schaeffler X-life. Игольчатые роликоподшипники, изготовленные в соответствии с качеством X-life, теперь обеспечивают увеличение динамической нагрузки на 13 процентов по сравнению с обычными подшипниками, что соответствует увеличению срока службы на 50 процентов. Для клиента эти улучшения означают меньшую нагрузку на смазку, снижение трения. и более низкие температуры подшипников, что, в свою очередь, приводит к более энергоэффективному подшипнику. Кроме того, увеличение производительности позволяет уменьшить размер подшипника для конкретного применения с соответствующим снижением веса подшипника и занимаемого им пространства. В маловероятном случае, когда требования применения превышают даже подшипники X-life, дальнейшее улучшение технических характеристик может быть осуществлено. быть достигнуто за счет использования новых покрытий и материалов подшипников. Один проект, реализуемый в настоящее время в автомобильном подразделении Schaeffler, включает в себя модернизацию высокоскоростного планетарного ряда для автоматической коробки передач на новом гибридном электрическом пассажирском автомобиле. Стюарт Дэвис, старший инженер по применению Комментирует представитель Schaeffler (UK) Ltd: «Автомобильная промышленность сегодня находится под растущим давлением необходимости производить более экономичные автомобили с меньшими выбросами CO2. Один из методов достижения этой цели — улучшить расход топлива автомобиля за счет снижения трения во всем приводе. Это означает снижение веса всего транспортного средства за счет уменьшения веса отдельных компонентов». «Автопроизводителям теперь требуются подшипники и другие компоненты двигателя, которые обеспечивают лучшие характеристики трения, и именно здесь проявляются преимущества игольчатых роликоподшипников с сепаратором. Дэвис говорит, что специальная конструкция сепаратора для игольчатого роликоподшипника и улучшенные характеристики, улучшающие характеристики потока смазки подшипника, привели к созданию конструкции подшипника с меньшим коэффициентом трения, что позволило использовать планетарную передачу клиента для электрических дифференциалов. должна быть уменьшена в размерах и весить на 17 процентов меньше, чем исходная система. Подшипники в сочетании с оптимизированным потоком масла через корпус позволили увеличить скорость вращения на 20 процентов (до 8000 об/мин). «Сепаратор был специально разработан для данного применения. меньшего размера, чтобы вместить вал, а отверстие в корпусе шестерни подготовлено для поддержки дорожки качения подшипника. В противном случае потребовалось бы наружное или внутреннее кольцо", - объясняет Дэвис. Игольчатые роликоподшипники с сепаратором могут быть собраны во многих вариантах для клиента. . К ним относятся конструкции с одинарным разъемом, полукорпусные конструкции и одинарный разъем с диагональными соединениями пружинных стержней. В конце 1980-х - начале 1990-х годов усовершенствования конструкции клеток были сосредоточены на более тонких конструкциях с уменьшенной массой. Другие улучшения включали новые конструктивные особенности, которые помогли более эффективно перемещать смазку по всем областям подшипника, что привело к улучшению потока масла. Первоначально сепараторы были разработаны просто для направления тел качения. Однако в последнее время игольчатые роликоподшипники оснащаются значительно улучшенной конструкцией сепараторов, включая, например, специальные прецессионные сепараторы. Прецессия не только помогает распределить износ между всеми роликами, но также распределяет смазку вокруг подшипника. «Ложное бринеллирование» является типичным видом отказа игольчатых роликоподшипников с сепаратором, особенно в системах передачи энергии. Эти виды отказов обычно вызываются микровибрацией и движениями между телами качения и шейками дорожек качения, создавая условия контакта металла с металлом. Результат усовершенствований, подобных описанным, привел к тому, что новейшие конструкции роликов с сепараторами способны обеспечивают до 25 процентов более высокую статическую нагрузку для подшипника аналогичного размера, что более чем в два раза превышает номинальную динамическую нагрузку. Для применений с множеством небольших движений срок службы подшипников обычно увеличивается в три-пять раз. Для получения дополнительной информации посетите сайт www.schaeffler.co.uk.