Подшипники на все времена
В 1919 г. SKF выпустила изделие, которому предстояло кардинально изменить мир подшипников и варианты их применения в самых разных отраслях промышленности. На протяжении последних 100 лет процесс совершенствования сферических роликоподшипников не прекращался благодаря постоянным инновациям, улучшающим их рабочие характеристики. В обозримом будущем сферический роликоподшипник по-прежнему останется одним из самых универсальных типов подшипников для решения различных инженерных задач.
Сферические роликоподшипники изначально использовались в оборудовании, работавшем с большими нагрузками, при средних частотах вращения и с риском перекоса валов. Со временем они стали применяться в ветряных турбинах, судовых силовых установках, в сахарной и целлюлозно-бумажной промышленности, в погрузочно-разгрузочном, горнодобывающем и строительном оборудовании. Широкое распространение сферические роликоподшипники получили во многом благодаря тому, что они позволяют работать с низким трением и допускают угловой перекос валов.
Изобретение сферического роликоподшипника
Разработчиком сферического роликоподшипника считается инженер SKF Арвид Пальмгрен. Он начал работать в SKF в 1917 г. в отделе рекламы в качестве ответственного за техническую информацию. Обнаружив, что для описания технических характеристик ему не хватает базовых знаний, он начал изучать теорию подшипников и проводить лабораторные эксперименты.
В 1918 г. SKF приступила к разработке подшипника, который мог бы выдерживать нагрузки, возникающие в буксовых подшипниковых узлах железнодорожного транспорта. В связи с этим Пальмгрену поручили более детальное изучение подшипников качения. Основатель SKF Свен Вингквист стремился найти решение в кратчайшие сроки и задействовал для этого все ресурсы компании. Вингквист надеялся, что на эту работу уйдёт несколько недель, но в то время ещё не существовало теорий, на основе которых можно было быстро провести вычисления при разработке подшипника, поэтому Пальмгрен проводил испытания с различными сочетаниями компонентов. На разработку подшипника новой конструкции ушло почти шесть месяцев. Пальмгрен был убеждён, что SKF должна создать изделие, которое окажется не только хорошим техническим решением, но и будет экономически выгодным для клиентов. В июне 1919 г. Пальмгрен сконструировал двухрядный самоустанавливающийся роликоподшипник, который в итоге стал для компании одним из самых удачных решений в техническом и коммерческом отношении. Пальмгрен стал влиятельным человеком в инженерном мире и продолжил исследования таких характеристик подшипников, как грузоподъёмность и ресурс.
В 1924 г. он вместе со своим коллегой Густафом Лундбергом опубликовал первую в мире теорию о ресурсе роликоподшипников. Она стала стандартом для всей подшипниковой отрасли и использовалась в качестве руководства при разработке новых конструкций подшипников. В 1930 г. за свою работу Пальмгрен был удостоен золотой медали Шведской королевской академии инженерных наук.
Базовая конструкция сферического роликоподшипника
Сферические роликоподшипники имеют два ряда симметричных роликов, общую сферическую дорожку качения на наружном кольце и две сферические дорожки качения на внутреннем кольце, которые расположены под углом к оси подшипника. Центр сферической поверхности качения в наружном кольце совпадает с осью подшипника.
На процессе усовершенствования конструкции сферического роликоподшипника положительно сказался опыт разработки других изделий и повышения качества материалов. Начали использоваться более высококачественные сорта стали, были представлены уплотнённые подшипники и более эффективные способы смазывания. Стандартные сферические роликоподшипники выпускаются в широком диапазоне размеров с диаметром отверстия от 20 до 1800 мм.
Этапы развития
В 1951 г. SKF представила сферический роликоподшипник типа С с плавающим направляющим кольцом и штампованными стальными сепараторами. Малогабаритные подшипники предыдущей конструкции оснащались внутренним кольцом с центральным бортом для направления роликов. Такой борт вызывал проблемы при использовании в оборудовании с комбинированными нагрузками, которые приводили к повышению трения и недостаточной надёжности. Плавающее направляющее кольцо позволяло роликам самоустанавливаться в осевом направлении без дополнительных внутренних усилий и трения.
На смену такому подшипнику в 1979 г. пришёл подшипник типа СС с самоустанавливающимися роликами. SKF впервые удалось оптимизировать взаимное влияние роликов и дорожек качения с помощью компьютерного анализа. В результате ролики имели больше степеней свободы и могли занимать равновесное положение между дорожками качения. Такая новая конструкция позволила снизить трение, особенно при работе в условиях воздействия комбинированных нагрузок.
В 1989 г. в ответ на требования промышленности увеличить грузоподъёмность подшипников для высокопроизводительного оборудования SKF представила подшипники типа Е. Для этого потребовалось внести значительные изменения в конструкцию подшипников типа CС и использовать облегчённые высокотехнологичные и высокоточные штампованные стальные сепараторы. Такие сепараторы позволили использовать большее количество более крупногабаритных роликов с сохранением возможности самоцентрирования, что способствовало низкому трению в подшипнике. Шесть лет спустя SKF представила ассортимент стандартных уплотнённых сферических роликоподшипников.
Инновационный подшипник SKF Explorer
В 1999 г. на рынке были представлены сферические роликоподшипники нового класса SKF Explorer, позволившие значительно увеличить удельную мощность. Эти подшипники обладали такими параметрами, что их характеристики уже не поддавались прогнозированию с использованием стандартных подходов к расчёту ресурса. Подшипники SKF Explorer появились в результате ряда разработок с использованием сложных компьютерных программ расчёта для оптимизации всех деталей подшипника, более совершенных технологических процессов, а также более качественных сортов подшипниковой стали и методов термической обработки. Благодаря использованию таких подшипников клиенты получают преимущества повышенной грузоподъёмности, существенного увеличения срока службы и надёжности при более высокой быстроходности и точности вращения, пониженных уровнях энергопотребления, шума, вибрации и более длительном сроке службы смазочного материала.
Наряду с конструкцией подшипника компания SKF подчёркивает важность использования наиболее подходящих уплотнений в тяжёлых условиях эксплуатации. Поэтому в ассортимент SKF входят уплотнённые сферические роликоподшипники, предварительно заполненные специально разработанной пластичной смазкой. Контактные уплотнения могут снизить или устранить необходимость повторного смазывания, а также сократить расходы на техобслуживание. Уплотнённые подшипники упрощают процесс монтажа и сборки. В некоторых случаях переход на использование конструкции с уплотнениями позволяет увеличить ресурс подшипника в четыре раза.
Габариты имеют значение
На момент строительства в 2015 г. колесо обозрения High Roller высотой 168 м в Лас-Вегасе было самым большим в мире. Колесо с 28 кабинками, каждая из которых может вместить до 40 человек, вращается благодаря двум специально разработанным сферическим роликоподшипникам с диаметром отверстия 1600 мм и наружным диаметром 2300 мм. Каждый такой подшипник весит 8,8 т и имеет по 30 тел качения на один ряд.
Один из самых крупногабаритных сферических роликоподшипников для горнодобывающей промышленности был изготовлен SKF в Гётеборге в 2017 г. Он весит 7,8 т, а каждое тело качения – 42 кг. Диаметр отверстия подшипника составляет 1250 мм. Подшипник оснащён уникальной системой SKF SensorMount для измерения фактического радиального зазора при монтаже на валу. Система позволяет предотвратить риск неправильного монтажа, который является серьёзной проблемой для крупногабаритных подшипников.
Темпы развития дают возможность и дальше использовать сферические роликоподшипники во всё более сложных условиях эксплуатации, когда имеет место повышенный уровень загрязнённости или вероятность недостаточного смазывания. Например, в 2011 г. новая запатентованная технология термической обработки подшипниковой стали позволила модернизировать подшипники SKF Explorer для работы в самых тяжёлых условиях эксплуатации. При этом срок их службы в условиях загрязнений или недостаточного смазывания увеличивается до двух раз. В 2015 г. дальнейшее развитие технологии уплотнений привело к тому, что теперь сферические роликоподшипники могут работать с частотами вращения вдвое выше, чем подшипники предыдущей конструкции, при пониженном трении уплотнения.
Совершенствование конструкции
Как и все изделия SKF, сферические роликоподшипники подвергаются постоянному усовершенствованию. Так, в 2018 г. были выпущены новые сферические роликоподшипники SKF Explorer для работы с высокими частотами вращения, предназначенные для промышленных редукторов. Непрерывное совершенствование сферических роликоподшипников позволит и в будущем расширять границы их возможностей.