Новые однорядные радиально-упорные шарикоподшипники SKF Explorer обладают следующими конструктивными особенностями:
   

• угол контакта 25°;
• новая конструкция сепаратора, более прочная латунь;
• усовершенствованная геометрия дорожки качения.

Угол контакта 25°

Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники в стандартном исполнении имеют угол контакта 40°. В оборудовании с высокими требованиями к осевой жёсткости, например, в винтовых передачах станков, часто используются радиально-упорные шарикоподшипники с увеличенным углом контакта (например, 62°). Для подшипников, используемых в высокоскоростном оборудовании со средними осевыми нагрузками, предпочтителен меньший угол контакта (например, 15° или 25°).

Влияние углов контакта 40° и 25° на характеристики подшипника отражено в таблице 1.

Кинематические эффекты в подшипниках при различных углах контакта (рис. 2)

Если однорядный радиально-упорный шарикоподшипник нагружен только в осевом направлении, результирующая сила контакта между шариками и кольцами увеличивается при уменьшении угла контакта. При вращении подшипника угол контакта меняется под действием центробежных сил (F_c). Точки контакта шариков с внутренним и наружным кольцами будут смещаться к наружной стороне. Такой эффект вызывает изменение угла контакта (∆α) и, следовательно, проскальзывание между шариками и кольцами. При воздействии одной и той же осевой нагрузки на однорядные радиально-упорные шарикоподшипники с различными углами контакта изменение угла контакта будет намного меньше у подшипников с меньшим углом контакта. На рис. 3 показано изменение угла контакта однорядного подшипника 7313 с углами контакта 40° и 25° при различных частотах вращения.

Меньшее изменение угла контакта приводит не только к снижению проскальзывания между шариками и кольцами, но и к уменьшению сил, воздействующих на окно сепаратора. По этой причине подшипники с углом контакта 25° могут работать с более высокими частотами вращения без повреждения сепаратора.

Новая конструкция латунного сепаратора

В оборудовании, работающем с высокими частотами вращения, сепаратор является чрезвычайно важной деталью подшипника. По этой причине для подшипников с углом контакта 25° был разработан новый латунный сепаратор. В новой конструкции были применены следующие усовершенствования:

• тороидальная форма окон сепаратора (рис. 4);
• уменьшенный угол оси окна сепаратора;
• оптимизированный зазор окна сепаратора;
• овальная форма окон сепаратора;
• оптимизированная геометрия наружных поверхностей;
• новый сорт латуни с пониженным содержанием свинца и улучшенными механическими свойствами.

Геометрия окна сепаратора была оптимизирована в результате анализа методом конечных элементов. Все работы по моделированию осуществлялись с помощью самого современного собственного программного инструмента для моделирования параметров SKF BEAST. Был проведён анализ силы контакта между шариками и сепаратором для разной геометрии окон в различных условиях эксплуатации (рис. 5).

Сравнительный анализ параметров для различных конструкций проводился методом конечных элементов. Однако для комплексной проверки новых изделий необходимы физичес­кие испытания. Помимо испытаний на прочность и трение для проверки эксплуатационных характеристик сепаратора проведена целая серия испытаний на высоких частотах вращения. По итогам успешного завершения испытаний предельная частота вращения для латунного сепаратора новой конструкции была увеличена примерно на 30 % (рис. 6).

Благодаря оптимизированному контакту между шариками и сепаратором (тороидальная форма) температура на высоких частотах вращения остаётся более стабильной, при этом образование смазочной плёнки стало более эффективным. Благодаря овальной форме окон сепаратора, при которой зазор уменьшен в осевом направлении, уровень вибрации и шума снизился на 15 %.

Стоимость сепаратора

Для успешного продвижения нового изделия чрезвычайно важны два фактора: стоимость и преимущества для клиента.

Поэтому на протяжении всего процесса разработки особое внимание уделялось стоимости нового сепаратора. Высокая гибкость производственных процессов позволила получить более сложную геометрию изделий без дополнительных расходов на механическую обработку. Кроме того, использование кольцевых заготовок с меньшей площадью поперечного сечения (рис. 7) позволило сократить время обработки.

Благодаря улучшенным эксплуатационным характеристикам латунный сепаратор новой конструкции заменит сепараторы для всего ассортимента однорядных радиально-упорных шарикоподшипников с углом контакта 40° серий 72 В (Е) и 73 В (Е), при этом обозначения подшипников останутся без изменений.

Усовершенствованная геометрия дорожки качения

Профиль дорожки качения шарикоподшипников обычно имеет форму дуги. В тяжёлых условиях эксплуатации с осевыми ударными нагрузками и перекосом вала эллипс контакта может достигать кромки заплечика (усечение), что приводит к увеличению пиковых напряжений. Такие неблагоприятные нагрузки могут являться причиной повреждения подшипника и его преждевременного выхода из строя. Для уменьшения подобного риска была усовершенствована геометрия дорожки качения для подшипников с углом контакта 25° путём добавления второй дуги (r₂) с большей площадью контакта (рис. 8).