Специальные подшипники

Среди многообразия типов и разновидностей подшипников выделяют особую группу специальных подшипников. Строгих критериев отнесения подшипников к этой категории нет, но обычно это нестандартные материалы и технологии изготовления и, как следствие, особые условия применения. Как правило, изначально возникает необходимость в подшипнике, который сможет работать в специфических условиях, а затем разрабатывается подходящее решение. Но может быть и наоборот – когда появляется новый продукт, ему довольно быстро находится приложение. В результате оказывается, что в какой-либо сложной ситуации есть несколько вариантов, а конкретный специальный подшипник можно использовать во многих случаях.

Основные типы и характеристики специальных подшипников

Подшипники для экстремальных температур. Сюда относят высокотемпературные подшипники, низкотемпературные подшипники и подшипники с широким диапазоном рабочих температур. Основными факторами, ограничивающими температурный диапазон работы подшипника, являются тепловое расширение его деталей и неспособность материалов подшипника выдерживать данную температуру. Таким образом, подшипники для высоких температур, до +200…400°C, имеют увеличенный внутренний зазор, также в них применяются специальные материалы, такие как нержавеющая сталь, керамика, термостойкие полимеры и смазки. Это может быть справедливо и для подшипников для низких температур, от -60 °C, но они имеют и свои особенности, такие как устойчивость к обледенению и смазка, мало густеющая и при охлаждении. Высокотемпературные подшипники используются, например, в промышленных печах, низкотемпературные – в криогенных насосах.
Подшипники из нержавеющей стали. В некоторых случаях их можно отнести к предыдущей категории, но не всегда. Наиболее ценным качеством нержавеющей стали является ее устойчивость к коррозии, в том числе, при нагревании. Подшипники из нержавейки выдерживают воздействие горячего пара, морской воды, кислот, щелочей и многих других едких веществ. При высокой температуре на воздухе нержавеющая сталь не окисляется, в отличие от обычной. Применяются в пищевой промышленности и медицинских приборах.
Подшипники с антикоррозийным покрытием. На все поверхности такого подшипника наносится специальное покрытие, устойчивое к коррозии. Чаще всего применяются оцинковка, оксидирование и фосфатирование. Эти покрытия со временем могут повреждаться и истощаться, поэтому с коррозионно-стойкими подшипниками следует обращаться аккуратно. Подходят для оборудования, работающего на открытом воздухе.
Керамические подшипники. Под этим название имеют в виду подшипники, полностью изготовленные из специальной керамики. Наиболее широко распространенным керамическим материалом для изготовления специальных подшипников качения является нитрид кремния SiN₄, также используются оксид алюминия Al₂O₃, оксид циркония ZrO₂ и карбид кремния SiC. Коэффициент теплового расширения у керамики в несколько раз меньше, чем у стали. Керамические подшипники могут выдерживать до +1000°C и применяются, например, в газовых турбинах. Керамика не проводит ток, поэтому между кольцами керамического подшипника обеспечивается электрическая изоляция. Это также относится и к двум следующим категориям специальных подшипников.
Гибридные подшипники. В подшипниках данного типа тела качения изготовлены из подшипниковой керамики, а кольца – из стали. Такая конструкция обеспечивает оптимальное соотношение характеристик. Гибридные подшипники обладают высокой точностью и хорошо приспособлены к высоким скоростям вращения, например, в шпинделях станков.
Подшипники с токоизолирующим покрытием. На одно из колец такого подшипника наносится тонкое керамическое покрытие, препятствующее прохождению электрического разряда через подшипник, например, в электродвигателях с частотно-регулируемым приводом. Токоизолированный подшипник – это универсальное решение, почти не снижающее грузоподъемность.
Специальные подшипниковые узлы.
- Пластиковые подшипниковые узлы. Корпус подшипникового узла в большинстве случаев сделан из стали или чугуна, а подшипник в нем установлен обычный. При работе в агрессивных средах, например, в химической промышленности, нужно специальное решение. Таким решением является пластиковый подшипниковый узел, состоящий из композитного корпуса и коррозионно-стойкого подшипника.
- Разъемные подшипниковые узлы. Корпус обычного подшипникового узла во многих случаях разбирается на верхнюю и нижнюю части, но сам подшипник неразборный. В некоторых случаях, например, если нельзя демонтировать гребной вал судна, может потребоваться разборка также и самого подшипника. Для таких случаев предназначены разъемные подшипниковые узлы, которые можно полностью разобрать на две половины, а затем собрать уже на месте.
- Двухопорные подшипниковые узлы. Когда радиальная нагрузка приложена вне подшипникового узла, на него воздействует моментная нагрузка, которую необходимо скомпенсировать. Можно установить еще один подшипниковый узел, но потребуется производить выравнивание всей конструкции в сборе. Поэтому, например, в промышленных вентиляторах с односторонним подвесом крыльчатки проще использовать готовый узел с двумя подшипниками.
Тороидальные подшипники. Это одна из разновидностей роликовых подшипников, имеющих особую форму поверхностей и тел качения. Дорожки качения тороидальных подшипников совпадают с поверхностью тора (отсюда их название), а ролики соответствуют им по профилю таким образом, что при осевом и угловом сдвиге колец друг относительно друга линии контакта сохраняются, поддерживая полную работоспособность подшипника. Например, плавающие цилиндрические подшипники воспринимают только перемещение по оси, а сферические – только перекос по углу. Тороидальные подшипники обладают обеими этими способностями одновременно, что полезно, например, в прокатных станах.
Крупногабаритные подшипники. Подшипники большого размера также имеют свои особенности, связанные со строгими требованиями по долговечности, надежности и способности выдерживать разнообразные нагрузки. Часто их изготавливают по специальному заказу для установки в определенное оборудование, модернизируемое или проектируемое, например, мощные генераторы на электростанциях.