polymer-opening-picture

Полимерные изделия и компоненты SKF

SKF является ведущим мировым производителем подшипников, и высокое качество стальных подшипников и полимерных уплотнений, предлагаемых SKF, широко известно потребителям. За годы работы компания также разработала целый ряд различных полимерных изделий и компонентов. В статье приводится обзор решений SKF в этой области.

Автор:
Томас Краузе, руководитель отдела исследований и разработок в области полимерных материалов, SKF Швайнфурт, Германия

Другие отрасли Другая продукция Другие виды сервиса

РЕЗЮМЕ

Богатый опыт SKF позволяет использовать широкий ассортимент полимеров и композитов для разработки и реализации экономичных решений, таких как подшипники качения, подшипники скольжения, формованные подшипниковые узлы и корпуса для множества областей применения.

ОБРАТИТЬСЯ В ОТДЕЛ СБЫТА

Walter Verhaert, Walter.Verhaert@skf.com

Полимерные компоненты для подшипников качения
Полимерные сепараторы SKF обладают целым рядом исключительно важных характеристик: лёгкость, низкий уровень шума, хорошее скольжение наряду с низким трением и минимальным износом, высокая стойкость к коррозии и способность работать без смазки в критических условиях, что обеспечивает длительный срок службы. Возможность создания сложных конфигураций сепараторов в сочетании с быстрыми производственными процессами одностадийного формования обеспечивают дополнительные преимущества для полимерных сепараторов.

Для высокотемпературных областей применения и агрессивных сред SKF обычно производит сепараторы из химически стойкого, усиленного волокнами полимера PEEK (полиэфирэфиркетон) (рис. 1). Сепараторы из PEEK часто применяют в шнековых компрессорах с аммиаком в качестве хладагента или для использования с кислыми газами, в шпинделях скоростных станков, в вибраторах для уплотнения бетона, в насосах, для смазывания которых применяются углеводородные смазки, сжиженные газы или негорючие СОЖ, а также в автомобильных генераторах с жидкостным охлаждением, в бесшумных редукторах подъёмников и во многих деталях гоночных автомобилей «Формулы-1», включая двигатели, коробки передач, трансмиссию и системы подвески. Высокая эффективность в сложных условиях эксплуатации позволяет использовать сепараторы из полимера PEEK для крупногабаритных подшипников SKF Nautilus в ветроэнергетике (рис. 2).

Полимерные сепараторы SKF для стандартных областей применения обычно изготавливают из полукристаллического полиамида (PA), армированного стекловолокном для повышения прочности и жёсткости полимерной матрицы. Стандартные области применения включают радиальные и радиально-упорные шарикоподшипники, цилиндрические, игольчатые и конические роликоподшипники, а также тороидальные роликоподшипники CARB.

Для железнодорожной отрасли сепараторы для конических подшипниковых узлов SKF (TBU) изготавливают из сверхпрочного полиамида для повышения их стойкости к ударным нагрузкам. Во избежание возникновения фреттинг-коррозии между торцом внутреннего кольца и упорным кольцом из-за осевого изгиба используется распорная втулка из усиленного волокнами жёсткого полиамида, обладающего высокой ползучестью и стойкостью к деформации сжатия (рис. 3).

Бессепараторные цилиндрические роликоподшипники обладают очень высокой грузоподъёмностью, но контакт между роликами может приводить к проскальзыванию, задирам и износу. Экономичное решение этой проблемы – вставка специальных полимерных разделителей SKF между роликами (рис. 4). Это снижает проскальзывание, повышает предельные частоты вращения и продлевает срок службы подшипников.

Для облегчения монтажа, повышения грузоподъёмности и увеличения срока службы разработаны новые подшипники для линейного перемещения SKF LBC серии D. Конструкция полимерного сепаратора имеет уменьшенное количество компонентов, увеличенные направляющие дорожек качения и резервуар смазки, а также оптимизированную зону перемещения шариков (рис. 5). Всё это обеспечивает исключительную плавность хода со сниженным уровнем трения и шума. Новая серия LBC D подходит для применения в системах с повышенными эксплуатационными требованиями, например, в медицинской технике.

Полимерные шарикоподшипники SKF отличаются лёгкостью, стойкостью к коррозии и химическому воздействию, а также малошумной работой и хорошими демпфирующими свойствами (рис. 6a и рис. 6b). Полипропилен (PP) или полиоксиметилен (POM) – стандартные материалы для изготовления колец подшипников, но по требованию клиента могут использоваться и другие полимеры. Шарики могут быть изготовлены из полимера, нержавеющей стали, стекла или других материалов, а сепараторы – из полиамида или полипропилена. Полимерные шарикоподшипники относятся к категории самосмазывающихся, с низким коэффициентом трения, поэтому они могут работать без дополнительной смазки, что особенно важно в тех областях применения, где смазывание не допускается, например, по гигиеническим требованиям. Высокая удельная прочность (отношение прочности к массе) – также ценное свойство полимерных подшипников, особенно в тех случаях, когда масса является принципиальным конструктивным параметром. Полимерные шарикоподшипники чаще всего используются в установках, где основным требованием является устойчивость к воздействию влаги и химических веществ, а также там, где применение стальных подшипников невозможно или нежелательно.

Специальные подшипниковые узлы SKF применяются для ряда конкретных областей. Например, подшипники SKF в комбинации с износостойкими зубчатыми передачами из металлических порошков могут покрываться полимерами высокой плотности в процессе одностадийного литья под давлением, например, для создания узлов натяжения шпагата в сенных прессах (рис. 7). Другие подшипники SKF покрывают стеклонаполненным полипропиленом (PP-GF) для создания опорных ступиц барабана в стиральных машинах с вертикальной загрузкой (рис. 8). Для коррозионностойких корпусов подшипников используется литой полиамид (рис. 9).

Полимерные детали подшипников скольжения
Полимерные составы и композитные материалы играют ключевую роль в конструкции ряда подшипников скольжения SKF. Все они содержат политетрафтор-этилен (PTFE) с определённой концентрацией и распределением в качестве самосмазывающей добавки для снижения трения и повышения износостойкости материала скольжения.

Сферические подшипники скольжения SKF, содержащие стеклонаполненные полимерные панели скольжения (полиамид/PTFE/волокна), изготавливаются методом литья под давлением или методом приклеивания панелей скольжения к внутренней поверхности наружного кольца стального подшипника. По этим панелям скользит внутреннее стальное кольцо (рис. 10). Превосходные демпфирующие свойства этих композитных панелей окупают затраты, особенно в условиях вибрации и средних ударных нагрузок. При эксплуатации в условиях загрязнений или высокой влажности способность к «поглощению» мелких частиц полимерной матрицей – дополнительный аргумент в пользу стеклонаполненных полимерных материалов SKF.

В сферических подшипниках скольжения SKF TX материалом скольжения служит тканевая футеровка: слой тканого материала из полимера PTFE и термоотверждающейся трёхмерной матрицы из эпоксидной смолы с химическими сшивками, армированной волокном (рис. 11). Тканевая футеровка TX обладает высокой жёсткостью и стабильным наименьшим уровнем трения на протяжении всего срока службы. Кроме того, она отличается превосходной износостойкостью и самой высокой несущей способностью. Сферические подшипники скольжения SKF TX не требуют смазывания и техобслуживания.

Во втулках SKF, изготовленных методом намотки волокном, слоем скольжения служит PTFE в стеклонаполненной термоотверждающейся матрице из эпоксидной смолы (рис. 12). Эти втулки имеют превосходные три­бологические характерис­тики даже в жёстких условиях эксплуа­тации. Они нечувствительны к кромочным напряжениям и перекосам, способны рассеивать ударные нагрузки и обладают очень низким коэффициентом трения. Это открывает широкие возможности применения втулок без необходимости техобслуживания.

Благодаря малой толщине стенки, втулки SKF из полиамида с PTFE (рис. 13) имеют хорошую теплопроводность, обеспечивая высокие скорости скольжения при средних нагрузках. Они отличаются высокой грузоподъёмностью и износостойкостью, а также очень экономичны.

Композитные втулки, шайбы и полосы изготавливаются из стальной основы, покрытой промежуточным слоем пористой бронзы и верхним слоем из полиоксиметилена (POM) или соединения PTFE+MoS2 (рис. 14).

Полимерные детали для автомобильного рынка
Полимерные автомобильные детали SKF часто сочетают в себе ценные свойства полимеров, например, лёгкость, демпфирующие и антикоррозионные свойства, с высокой прочностью и жёсткостью стали.

Типичный пример – монтаж подшипников с формованием слоя термостойких полимеров. Монтаж осуществляется в рамках одностадийного процесса литья под давлением в корпусах из листового металла для получения лёгких и жёстких подшипниковых узлов, например, для центрифуг очистки горячих маслосодержащих прорывных газов, выдуваемых из корпусов картеров (рис. 15).

Полимерные изделия SKF для промышленных трансмиссий, такие как армированные полиуретановые ремни, подходят для разных областей применения. Подшипники SKF покрывают полимерами для производства облегчённых и износостойких полимерных шкивов для приводов двигателей (рис. 16).

Упорные кольца из полиамида с небольшими полостями для смазки для снижения трения и износа используются в подшипниках карданных валов в грузовиках (рис. 17).

SKF также предлагает надёжные подшипниковые узлы верхних опор амортизаторов подвески МакФерсон (MSBU) с полимерным корпусом и встроенным седлом пружины для уменьшения деформации и эффективной работы уплотнения. Узлы SKF MSBU могут выдерживать жёсткие рабочие условия, увеличивая срок службы подвески (рис. 18).

Другие примеры полимерных компонентов SKF для автомобильной техники – детали рулевого управления, такие как демпфирующие кольца из мягких термопластичных эластомеров, надеваемые на наружные кольца подшипников (рис. 19), или корпуса модулей рулевого управления из полиамида (рис. 20).

Полимерные детали для аэрокосмической техники
Для изготовления лёгких и высокопрочных композитных тяг для кессонов крыльев (рис. 21), подкосов шасси и тяг систем управления полётом авиакосмическое подразделение SKF использует композитные материалы на основе стеклонаполненных термоотверждаемых смол.

Аэрокосмические сферические подшипники скольжения с не требующими обслуживания самосмазывающимися полимерно-композитными покрытиями используются для несущих винтов вертолётов, шасси, креплений пилона к крылу, двигателя к пилону, систем привода и деталей двигателя (рис. 22).

К другим примерам полимерных изделий SKF можно отнести прецизионные эластомерные устройства (PED) – эластомерные подшипники, изоляторы/крепления, диафрагменные уплотнения и пыльники, а также демпферы (рис. 23).

Рис. 1. Сепараторы из PEEK для высокотемпературных и сложных условий эксплуатации. Рис. 2. Особо крупногабаритные подшипники Nautilus для ветроэнергетики (наружный диаметр до 4000 мм) с сепараторами из PEEK. Рис. 3. Конические подшипниковые узлы с распорной втулкой из армированного полиамида между торцом внутреннего кольца и опорным кольцом для предотвращения фреттинг-коррозии. Рис. 4. Бессепараторные цилиндрические роликоподшипники с полимерными разделителями. Рис. 5. Новая серия подшипников для линейного перемещения SKF LBC D. Рис. 6a. Полимерные шарикоподшипники. Рис. 6b. Полимерные шарикоподшипники могут изготавливаться из различных полимерных материалов. Рис. 7. Формование полиамидного слоя (тёмно-серого цвета) в узлах с радиальным шарикоподшипником и зубчатой передачей из порошкового металла. Рис. 8. Опорные ступицы барабана в стиральных машинах с вертикальной загрузкой в корпусе из стеклонаполненного полипропилена (PP). Рис. 9. Подшипниковые корпуса из литого полиамида. Рис. 10. Радиальные сферические подшипники скольжения с панелями скольжения из полиамида с PTFE. Рис. 11. Уплотнённые радиальные сферические подшипники скольжения TX с тканевой футеровкой, не требующие техобслуживания. Рис. 12. Втулки, изготовленные методом намотки волокном, усиленные PTFE в стеклонаполненной термоотверждаемой эпоксидной смоле. Рис. 13. Втулки из полиамида, армированного PTFE. Рис. 14. Втулки и упорные шайбы из композита PTFE и POM.Рис. 15. Подшипниковый узел, смонтированный в корпусе из листового металла и покрытый слоем полимерного материала.

Рис. 16. Ремни и шкивы.Рис. 17. Подшипник для карданных валов, упорное кольцо изготовлено из полиамида.Рис. 18. Подшипниковый узел верхних опор амортизаторов подвески МакФерсон повышенной надёжности.Рис. 19. Демпфирующее кольцо из мягкого термопластичного эластомера.Рис. 20. Корпус модуля рулевого управления из полиамида.Рис. 21. Композитные тяги и структурные элементы планеров.Рис. 22. Сферические подшипники скольжения SKF для аэрокосмической техники.Рис. 23. Прецизионные эластомерные устройства (PED) для аэрокосмической техники.

Материалы по теме