Гибридный подшипник что это

В чем разница между керамическими и гибридными подшипниками?

Крис Джонсон, управляющий директор прецизионной подшипниковой компании SMB Bearings, объясняет характеристики, возможности и различия цельных керамических и гибридных подшипников.

Керамика в основном используется в подшипниках из-за коррозионных и температуростойких свойств материала. Керамика инертна, тогда как металлы реактивны, что делает керамику устойчивой к коррозийным материалам, таким как морская вода и многие химические вещества, включая кислоты и щелочи. Поскольку керамические подшипники не подвержены коррозии, они требуют меньшего ухода, чем их стальные альтернативы, и могут использоваться в крайне агрессивных средах.

Неудивительно, что эти антикоррозийные свойства позволяют использовать керамические подшипники во многих отраслях промышленности, от пищевой и химической промышленности до морских и подводных применений.

Тем не менее, существует некоторая путаница вокруг этой темы. Часто то, что люди называют керамическими подшипниками, на самом деле являются гибридными подшипниками. Итак, в чем разница между полностью керамическими и гибридными вариантами?

Керамические подшипники

Полностью керамические подшипники имеют керамические кольца и шарики, а также синтетические обоймы, изготовленные из PEEK или PTFE, или вообще без них. Они очень устойчивы к кислотам и щелочам и поэтому подходят для использования только в очень агрессивных средах. Подшипники из нитрида кремния (Si3N4) могут нагреваться до температуры 800°C при использовании без сепаратора. Сочетая эти качества с их легким весом (на 45% веса стальных подшипников), они являются невероятной заменой традиционным металлическим подшипникам.

Цельнокерамические подшипники также являются немагнитными, что означает, что они могут использоваться в медицинских устройствах, таких как МРТ-сканеры или в любых приложениях, где присутствует сильное магнитное поле. Однако большая твердость керамических подшипников также означает большую хрупкость и, как таковые, они плохо переносят ударные нагрузки.

Гибридные

Несмотря на небольшую разницу в конструкции, требования к гибридным подшипникам довольно сильно отличаются от цельных керамических подшипников. Например, в то время как цельные керамические подшипники не требуют смазки, гибридным подшипникам это необходимо. Однако, в то время как керамические шарики будут по-прежнему истирать стальные кольца, гибриды будут лучше справляться с предельной смазкой, чем стальные подшипники, благодаря низкому коэффициенту трения и легкости шариков.

Смазка может не потребоваться при использовании гибридных подшипников на очень низких скоростях. Тем не менее, поскольку эти подшипники часто выбираются для более высоких скоростей, чем для керамики, рекомендуется подходящая смазка. Прецизионные гибридные подшипники с высокоскоростным сепаратором способны работать на очень высоких скоростях, поэтому их можно использовать, например, в шпинделях станков. Коррозионностойкие свойства подшипника также влияют при выборе гибридной версии вместо цельной керамики. Хотя керамические шарики обладают высокой устойчивостью, общий уровень коррозионной стойкости снижается за счет использования металлических колец, даже если они изготовлены из нержавеющей стали.

Решения о том, выбирать ли керамические подшипники или гибридные подшипники, будут зависеть от стоимости, применения и степени не благоприятности той среды, в которой должны использоваться подшипники. Хотя, возможно, для вашего случая могут не потребоваться керамические подшипники с экстремальной термостойкостью, тем не менее, лучшее понимание различных типов должно немного облегчить ваше решение.

В нашем интернет- магазине Вы найдете подшипники из полимерных материалов.

А также, специальные высокотемпературные и низкотемпературные подшипники.

Источник

Гибридный подшипник что это

Как и в любой индустрии связанной с производством техники и армией внушаемых потребителей, в велоспорте существует множество мифических технологий и материалов, которые на пике своей популярности нещадно эксплуатируются всеми производителями с целью получения дополнительной прибыли.

В свое время в этой роли побывали карбон, титан, магний, алюминий с присадками скандия и прочие бесчисленные материалы с магическими свойствами. Производители как ненормальные делают из популярного материала буквально все существующие компоненты для велосипеда, стремясь выжать из популярности максимум прибыли даже в ущерб производительности. Достаточно вспомнить титановые спицы от DT Swiss или болты из карбона.

Все эти технологии и конструкции по прошествии нескольких лет либо отметаются рынком, либо, наконец, падают в цене и занимают свою нормальную нишу. Керамические подшипники сегодня на пике hi-end популярности. Их вставляют в каретки, рулевые колонки, втулки колес, шарниры тормозов, ролики переключателей: в общем, везде, где раньше были радиальные подшипники (т.н. «промышленные подшипники») или даже скольжения. За товар премиум-класса приходится платить соответствующе. Средняя цена одного подшипника на розничном рынке в апгрейд-китах производителя составляет от 50 до 350 долларов, хотя вездесущие китайские производители уже подключились к всемирной дойке велосипедистов и предлагают «больным» керамикой продукты по весьма привлекательной цене. Уже существуют даже специальные интернет-магазины для велосипедистов, где владелец может указать перечень всех своих компонентов и продавец за кругленькую сумму подберет полный комплект для апгрейда.

На самом деле картина сумасшествия куда более глобальная, аналогичное поветрие уже довольно давно распространилось среди владельцев роликовых коньков, спиннингов, скейтбордистов и прочей братии, у которой есть чему крутится, но мы говорим о велосипедистах.

Итак. Это клиническая картина. Теперь непосредственно о возбудителе. Действительно массовое распространение керамических подшипников началось примерно 10 лет назад. Технически, в промышленных подшипниках из керамики нет ничего нового и все их модификации как две капли воды похожи на стальных предков. Нестандартным является лишь материал: как правило нитрид кремния (Si3N4). Благодаря тому, что этот вид керамики обладает выдающейся ударной прочностью и высокой жесткостью, этот черный, блестящий после полировки материал стали активно использовать в машиностроении. Условно, эти подшипники можно разделить на три группы:

Теперь о характеристиках и особенностях. Они, положа руку на сердце, впечатляют даже далекого от машиностроения человека. Керамические шары продукт действительно революционный.

Круто, правда? Неудивительно, что керамические подшипники ставят в марсоходы, турбины авиалайнеров и насосы на химических производствах. По характеристикам они также идеально подходят для создания велосипеда для колонизаторов планет с низкой гравитацией, агрессивной атмосферой и высокой температурой, как Венера или Меркурий. Если вы по несчастью свалитесь в чан с серной кислотой, через неделю, следователи 100% найдут на дне набор целехоньких шаров от роликов SRAM XX. Мелочь, а приятно.

А теперь серьезно. Попробуем выделить те особенности гибридной керамики, которые хоть как-то могут быть полезны на велосипеде, и оценим их с точки зрения стоимости.

Сколько конкретно? Вынужден огорчить. На таких скоростях хорошие стальные подшипники неплохо справляются со своей ролью и выигрыш против действительно высококачественного керамического подшипника незначителен (слово качественный здесь ключевое, поскольку сейчас их делают десятки китайских заводов по совсем смешным ценам и со смешным азиатским качеством). По данным независимой лаборатории Bike Testing, Inc. (условия тестирования неизвестны), типичные потери энергии в стальной интегрированной каретке среднего уровня (самый большой диаметр подшипника в велосипеде с максимальным сопротивлением) составляют до 4 ватт, в керамической версии около 0.5 ватт. Е сли речь идет о топовом гонщике на Tour de France, 4 ватта, это гибридный китаец подозрительного качества

И еще раз: керамические подшипники для велосипедиста не чудо и велосипед сам не поедет. Это просто материал, который долговечней и жестче привычной стали и в настоящий момент, применяется в основном в высокоточном оборудовании и в ответственных узлах под нагрузкой. Простая эволюция привычных вещей.

Итак, кто остается? Только упертые в граммы и доли ватта триатлеты, профессиональные раздельщики, трековики на часовых гонках и совсем безумные техновелофрики, которых от дорогостоящего апгрейда не останавливает даже угроза развода или личного банкротства.

Источник

Керамические и гибридные подшипники

Что такое керамические материалы

Неорганические материалы с добавками, прошедшие для получения готовых изделий формование и спекание, называют керамикой. Это один из наиболее древних материалов, используемых человеком. Не теряет значения керамика в настоящее время. Современные керамические композиции на основе кремниевых нитридов или карбидов, оксидов циркония либо алюминия обладают уникальными свойствами:

Новейшие технологии позволяют получать высокоточные керамические детали. Но ключевые недостатки керамики в сравнении со сталью (хрупкость, меньшая прочность, повышенная стоимость) пока остаются непреодолимыми. Однако преимущества керамики позволяют эффективно использовать ее для подшипников качения и скольжения.

Керамика – удивительное сочетание свойств

На иллюстрации керамический шарикоподшипник 6803.

Керамический подшипник качения

Обычный подшипник качения включает верхнее, нижнее кольца, находящиеся между ними тела качения и сепаратор, равномерно организующий тела качения.

Керамика может использоваться как для колец и тел качения, так и только для шариков, либо роликов при металлических кольцах. В гибридных подшипниках керамика используется только для тел качения.

Сепараторы подшипников керамических обычно выполняют из высокопрочного, износостойкого пластика. Но некоторые производители, например китайские, используют и металлические сепараторы.

Полностью керамический подшипник качения с сепаратором из пластика обладает рядом исключительных преимуществ :

Твердость шариков или роликов из керамики превышает показатели стали, что повышает ресурс подшипников. Чрезвычайно высокая чистота поверхности колец, тел качения из керамики значительно уменьшает трение, тепловыделение. Керамика также обладает размерной стабильностью, малой теплопроводностью в пять раз ниже стали, электроизоляционными свойствами, обеспечивает снижение веса на сорок процентов.

Исключая химическую стойкость, немагнитность, эти преимущества относятся к гибридным подшипникам.

Керамический подшипник также является более хрупким и менее прочным, чем металлический. Большей является и его цена. Снизить стоимость можно, применяя подшипники гибридного типа.

Особые свойства определяют применимость цельнокерамических подшипников:

Номенклатура современных цельнокерамических подшипников включает:

Производители подшипников

Среди основных производителей подшипников из керамики Boca Bearing США, SKF, VKE, FYH, Koyo. Японская компания FYH изготавливает высокотемпературные гибридные подшипники. Американский производитель Boca Bearing предлагает широкую номенклатуру полностью керамических шарико и роликоподшипников.

Они изготавливаются из оксидов циркония, алюминия, кремниевых карбидов, нитридов.

Выпускаются также гибридные подшипники. Легкие, миниатюрные, скоростные подшипники Ceramic Orange Seal ABEC 7 позволяют избегать вибраций, облегчают вращение катушки мультипликаторной спининга.

Boca Bearing предлагает также специализированные линейки подшипников керамических для упаковочной техники и гибридных для оборудования водоочистных сооружений.

Производственная линейка SKF включает:

Многочисленную номенклатуру гибридных и цельнокерамических подшипников выпускает компания Koyo из Японии.

Радиальные гибридные однорядные высокотемпературные шарикоподшипники серии 3NC…HT4 GF

Полнокерамические радиально-упорные шарикоподшипники типа NC…V с диаметрами 4…40 мм

Гибридные коррозионностойкие шарикоподшипники 3NC…ZZMD4 FA

Керамические подшипники серии NC…FA с диаметрами 4…40 мм

Для работы в агрессивных средах используется серия подшипников NCT…FA.

Еще большую коррозионную стойкость имеет серия шарикоподшипников NCZ…FA.

Гибридные немагнитные подшипники серии 3NC…YH4 FA

Оснащаются кольцами из немагнитной стали, керамическими шариками, фторуглеродным сепаратором. Обозначение подшипника 30х55х13 – 3NC6006YH4 FA.

Гибридные высокооборотные шарикоподшипники типа 3NC…ZZ FG с защитными шайбами

Гибридные подшипники K серии используются для промышленных роботов.

Немецкая компания ZEN производит гибридные и полностью керамические подшипники с кольцами, шариками из оксида циркония, нитрида кремния.

Области применения и номенклатура гибридных и цельнокерамических подшипников постоянно расширяются.

Керамический подшипник скольжения

Широко распространенные металлокерамические втулки состоят из порошковой бронзы, стали либо железа с добавкой графита. Их прессуют при большом давлении, а затем спекают при довольно высокой температуре. Пористая структура впитывает и удерживает смазку. Заметно уменьшает коэффициент трения добавка графита.

Состав и характеристики материалов втулок бронзографитовых регламентируются ГОСТ 26719-85. Для подшипников скольжения небольших редукторов, пищевого, текстильного, бытового оборудования используется порошок антифрикционный ПА-БрО. В его составе кроме порошка меди, 9,5…10,5% олова и четверть процента углерода. При пористости после спекания 18…27% гарантируется твердость 350 НВ. С нормальной смазкой такой материал выдерживает нагрузку до пяти МПа и скорости скольжения 5 м/с. Для условий самосмазывания или ограничения количества смазки его допустимая нагрузка снижается до 1,5 Мпа, а скорость падает до полутора м/с.

Бесшумную работу с малым износом в электродвигателях, автомобилях, сельхозтехнике обеспечит порошковая композиция ПА-БрОГр2, содержащая медь, 9…11% олова, 1,5…2,5% графита. Такие втулки с пористостью порядка 15…25%, твердостью 250 HB хорошо работают в условиях масляной смазки при скоростях до двух м/с и давлении не выше шести МПа.

Вкладыши на основе ПА-БрОХН из меди, 4,5…5,5% олова, 9,5…10,5% хрома, 6,5…7,5% никеля имеют значительную твердость 900 HB при пористости 4…20%. Такой материал требует смазки, но выдерживает усилия порядка 7…10 МПа на скоростях до метра в секунду. Благодаря закалке и старению можно поднять прочность деталей. Коэффициент трения со смазкой до 0,1. Используются в механизмах кораблей, автомашинах, станках, приборах.

Возможность работы без смазки предоставляет композиция ПА-ДГр10 из меди с десятью процентами графита. Твердость таких втулок 200 HB, пористость 2…9%. Они часто применяются в насосах, приборах и работают на скоростях до 50 м/с.

Керамический подшипник скольжения железографитный регламентируется ГОСТ 26802-86. Примером может служить, используемая в сельхозтехнике, автомашинах, станках порошковая композиция ПА-ЖГр2, содержащая железо и 1,4…2% углерода. Втулки этого состава с пористостью в пределах 15…25%, твердостью 500 HB выдерживают 4…10 МПа на скоростях до 3 м/с, обеспечивая со смазкой трение 0,035…0,125.

Размеры металлокерамических втулок опор скольжения определяются ГОСТ ИСО 2795-2001.

Опоры скольжения металлокерамические обеспечивают:

Источник

» Преимущества гибридных подшипников в тяжёлых условиях работы

Преимущества гибридных подшипников в тяжёлых условиях работы

Гибридные подшипники обеспечивают эффективную работу в условиях неправильного смазывания и загрязнений, однако причины этого и их влияние на эффективность до сих пор исследованы не в полной мере. Компания SKF получила более детальное представление о трибологии гибридных подшипников с помощью как специальных экспериментов, так и моделирования.

Гибридные подшипники, т. е. подшипники со стальными кольцами и телами качения из подшипникового нитрида кремния (Si3N4) находят всё более широкое применение в установках, работающих в сложных условиях 4, например, в безмасляных высокоскоростных компрессорах кондиционеров и холодильников, в гидравлическом и электрическом оборудовании, а также в редукторах. В некоторых из этих областей применения на эффективность подшипников влияют одновременно режим граничного или смешанного смазывания и загрязнение твёрдыми частицами. При работе в режиме граничного или смешанного смазывания на поверхности дорожек качения подшипников могут возникать повреждения и усталостные поверхностные трещины, а также граничное трение и износ контактных поверхностей [5, 6]. Опасность разрушения дорожек качения связана с накоплением усталостных повреждений. При работе в загрязнённой среде твёрдые частицы, попавшие на контактную поверхность качения, создают вмятины с выступающими краями, которые нарушают целостность масляной плёнки, даже если подшипник работает в условиях полноценного смазывания. Эти крупные, но локальные углубления на поверхности быстро приводят к поверхностной усталости [7, 8]. На рисунках показаны результаты специальных экспериментов и моделирования для сравнения гибридных подшипников со стальными подшипниками в отношении физических механизмов и рабочих характеристик стандартных поверхностей подшипников в условиях тонкой смазочной плёнки в первом случае, и при повышенных характеристиках вдавливания во втором случае.

Характеристики поверхнос­ти в условиях неправильного смазывания

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что использование гибридных подшипников в режиме граничного или смешанного трения 2 обеспечивает значительные преимущества, в том числе повышенную стойкость к поверхностным разрушениям [3]. Рабочие характеристики контактов качения гибридных материалов в условиях неправильного смазывания [6] детально проверялись во время усталостных испытаний подшипников качения, а также в комбинированной модели поверхностного разрушения и износа (модель описана в работе [5]). Исследования также показали, что значительное повышение усталостной стойкости поверхностей из гибридных материалов невозможно объяснить только различием характеристик шероховатости в контактах качения поверхностей из стали и нитрида кремния. Необходимо принимать во внимание значительное уменьшение (в два раза) коэффициента граничного трения в контакте качения гибридных материалов по сравнению с контактом качения сталь/сталь, что было обнаружено во время специальных испытаний [6].

Испытания проводились на вертикальном фрикционном стенде (рис. 1) в условиях, перечисленных в таблице 1, с использованием упорных цилиндрических роликоподшипников со стальными роликами (ролики выполняют большее количество рабочих циклов и отличаются более быстрым развитием поверхностных разрушений, чем кольца) и кольцами из стали и нитрида кремния Si3N4 для рассмотрения контакта качения сталь/сталь и гибридных материалов. Во избежание избыточного износа при испытаниях вследствие слишком шероховатой поверхности керамических плоских колец использовалась полированная поверхность. Это допустимо, поскольку стандартная шероховатость керамических тел качения в гибридных подшипниках очень мала. Разница в шероховатости поверхностей стального и керамического колец принимается во внимание при численном моделировании. Четыре испытания для контакта сталь/сталь и четыре испытания для контакта гибридных поверхностей проводились в общей сложности в течение шести часов (с перерывами после двух и четырёх часов). Были проведены измерения испытываемых роликов оптичес­ким профилометром (WYKO), и с помощью программного обес­печения собственной разработки была определена площадь поверхностных разрушений. Вследствие отсутствия явных поверхностных повреждений стальных роликов при контакте с керамическими кольцами в течение шести часов, было также выполнено более длительное испытание в течение 97 часов (с перерывами через 37 и 60 часов).

На рис. 2 показан основной результат корреляции между данными измерений и численного моделирования (с использованием усталостной модели [6] и комбинированной модели усталости с износом [5]) по площади поверхностных разрушений для контакта гибридных материалов и контакта сталь/сталь в условиях, описанных выше. Очевидно, что в случае контакта сталь/сталь происходит постепенное накопление поверхностных разрушений, а при контакте гибридных материалов поверхностные разрушения практически отсутствуют. Также видно, что результаты комбинированной модели разрушения/износа поверхности при скорости развития износа, типичной для гибридных контактов (синие кривые), согласуются с экспериментальными данными несколько лучше, чем результаты модели, не учитывающей износ (чёрные кривые).

Корреляция между численным моделированием и измерениями зоны точечного выкрашивания для контакта сталь/сталь и контакта гибридных материалов показывает, что отношение между коэффициентами трения в этих двух случаях составляет около 2, что частично объясняет более высокую стойкость контакта гибридных материалов к разрушению. Это среднее отношение было также получено в предыдущих экспериментах [7, 8]. Другой причиной повышенной стойкости контакта гибридных материалов к разрушению, помимо пониженного граничного трения, является более низкая шероховатость и асимметрия распределения шероховатостей (т. е. значительные углубления встречаются чаще, чем высокие выступы) на деталях из Si3N4 по сравнению со стальными кольцами.

Способность к восстановлению поверхности в загрязнённой среде

Несмотря на то, что в отношении стальных подшипников было выполнено множество исследований, основной проблемой в изучении механизма развития повреждений и усталости поверхности, связанных с вмятинами, остаётся случайная природа возникновения вмятин. Контролировать количество, геометрию и расположение вмятин очень сложно. Поэтому во многих исследованиях рассмат­риваются искусственные вмятины. Эти вмятины на дорожках качения подшипника, созданные с помощью шарикового индентора, используются для изучения снижения усталостного ресурса и процесса повреждений в условиях качения/скольжения стальных подшипников. Наблюдалось начало отслаивания на задних краях вмятин относительно направления качения. Увеличение проскальзывания или фрикционное сцепление на большой площади вызовут ускоренное образование поверхностных трещин. Причиной возникновения этих трещин является максимальное ортогональное напряжение сдвига, возникающее вблизи поверхности на задних краях [7, 8]. Величины этих напряжений зависят от геометрии впадин, качества смазывания, номинального контактного давления и величины качения/скольжения. Дополнительно моделировалось нарушение целостности смазочной плёнки на переднем крае вмятины с износом и другими повреждениями поверхности. В отношении рабочих характеристик гибридных подшипников в загрязнённой среде в настоящее время опубликовано мало работ. В одной из первых работ [3] была показана превосходная износостойкость таких подшипников, смазываемых маслом в условиях сильного загрязнения. Был предложен механизм «самовосстановления», связанный с более высоким модулем упругости и твёрдостью нитрида кремния Si3N4. При этом отмечалось возникновение пластической деформации выступающих краёв вмятин на стальных сопряжённых деталях, что приводило к замедлению процессов разрушения, выкрашивания и износа поверхности.

Для дополнительного уточнения и количественной оценки было проведено прямое сравнение рабочих характеристик путём экспериментов и моделирования искусственных вмятин на стальной дорожке качения при перекатывании тел качения из стали или нитрида кремния Si3N4 [9]. Эти вмятины были выполнены на внутреннем кольце стальных и гибридных радиальных шарикоподшипников (рис. 3). Затем было проведено испытание данных подшипников в одинаковых условиях работы. На рис. 4 показан пример, полученный в условиях работы с очень хорошим смазыванием (условия образования полноценной смазочной плёнки) при среднем контактном давлении. Модуль упругости шариков из Si3N4 обуславливает несколько более высокое номинальное рабочее давление в контакте гибридных материалов (см. таблицу 1). Во время регулярных остановок испытаний для проверок и измерений было выявлено значительное различие в состоянии поверхностей стальных и гибридных подшипников, а также изменение выступающих краёв вмятин (рис. 4a).

В стальных подшипниках наблюдается ограниченная пластическая деформация и изменение формы выступающих краёв вмятины (рис. 4b). Такое ограниченное изменение формы поддерживает определённое распределение локального давления при перекатывании тел качения через выступающий край вмятины (рис. 5b). Дополнительно наблюдается явное повреждение поверхнос­ти. На передних краях вмятины (рис. 4d), где предполагается нарушение целостности смазочной плёнки, наблюдаются два явления. Некоторый поверхностный абразивный износ и поверхностная пластическая деформация микровдавливанием неровностей, поскольку поверхность стальных шариков тоже становится более шероховатой при перекатывании через вмятины. На заднем крае углубления, где предполагается более высокая концентрация напряжений, в полностью стальном подшипнике наблюдается поверхностная пластическая деформация микровдавливанием неровностей на выступающих краях вмятины. Во время перекатывания материал деформируется и вдавливается во вмятину (рис. 4e), возникают небольшие поверхностные трещины, которые постепенно распространяются при дальнейшей работе. Моделирование поверхностных разрушений [6, 7] показывает локальное кольцо высоких растягивающих напряжений и разрушений поверхности (рис. 6a), во время испытаний наблюдался риск возникновения трещин в соответствующих местах (рис. 4b и рис. 4e).

На начальном этапе работы в гибридном подшипнике формируются более крупные и плоские края вмятины (рис. 4a и рис. 4c). С самого начала на переднем крае наблюдался умеренный износ со стиранием следов обработки и образованием очень гладкой поверхности (рис. 4f). Поверхность шарика из нитрида кремния Si3N4 также оставалась в хорошем состоянии и сохраняла начальную шероховатость. Ранняя приспособляемость (пластическая стабилизация) с заполнением вмятины материалом объяснялась с помощью моделирования методом упругопластичных конечных элементов (рис. 5a), которое показало повышенное напряжение и, следовательно, повышенную локальную деформацию в случае контакта гибридных материалов. В ходе дальнейшего испытания умеренный износ наблюдался также на заднем крае вмятины (рис. 4g). Такое быстрое изменение формы краёв вмятины вследствие умеренного износа и изменение их наклона (рис. 4a) стабилизируется со временем работы, и форма вмятины более не изменяется. Давление значительно уменьшается, что останавливает процесс умеренного износа.

Несмотря на то, что у гибридных подшипников в начале испытаний локальное давление было выше, изменение формы углублений снизило локальное давление до того же уровня, что и в стальных подшипниках (рис. 5b) при тех же условиях испытаний. Помимо уменьшения локального давления моделирование разрушения поверхности [9, 10] показывает уменьшение градиента давления на краях вмятины. Что более важно, в особенности для условий образования тонкой смазочной плёнки на локальном крае вмятины, моделирование поверхностных разрушений показывает пониженные растягивающие напряжения поверхности и пониженный риск накопления усталости или образования трещин (рис. 6b). Это является следствием пониженного коэффициента граничного трения в контакте гибридных материалов [6].

Влияние вмятин на ресурс подшипников определялось для стальных и гибридных подшипников в одинаковых условиях нагружения (рис. 3). Гибридный подшипник, работающий в условиях более высокого максимального контактного давления и с более тонкой смазочной плёнкой, по-прежнему обеспечивает более длительное время работы с вмятинами, чем стальной подшипник, работающий с более низким максимальным контактным давлением и полноценной смазочной плёнкой (рис. 7).

Эти результаты могут показаться парадоксальными, но они иллюстрируют преимущества гибридных подшипников в условиях недостаточной смазочной плёнки, неровностей поверхности и фрикционных напряжений, независимо от причин их возникновения: вмятин или неправильного смазывания. Рассмотренные механизмы будут компенсировать образование более глубоких вмятин в гибридных подшипниках в случае попадания и перекатывании твёрдых частиц, что наблюдается в условиях чистого качения [11]. Эти преимущества значительно компенсируют повышенное контактное давление, наблюдаемое при контактах гибридных материалов в определённых условиях нагружения. Однако в редких областях применения с очень высоким контактным давлением способность к данной стабилизации может быть утрачена или уменьшена.

Резюме

Гибридные подшипники значительно меньше подвержены поверхностному разрушению, чем стальные подшипники, вследствие сниженного граничного трения и благоприятного профиля шероховатостей подшипникового нитрида кремния.

В гибридном подшипнике только стальная сопряжённая деталь подвергается умеренному износу, в то время как керамическая деталь практически не подвергается воздействию.

В условиях загрязнения умеренный износ, пластическая деформация и поддержание гладкости поверхностей на краях вмятин в гибридных подшипниках способствует уменьшению локальных напряжений.

Показано, что увеличение срока службы гибридных подшипников с вмятинами происходит вследствие высокой стойкости к поверхностным разрушениям и к повреждениям, связанным с граничными условиями смазывания и нарушением целостности смазочной плёнки.

Ссылки
[1] Lewinschal, L., “Bearings for high speed operation”, SKF Evolution, No. 2 1994, pp. 22-26. http://evolution.skf.com/bearings-for-high-speed-operations/
[2] Hultman, A., Weimarck, A. K., “Ceramics stand up to harsh realities”, SKF Evolution, No. 4 1998, pp. 25-26. http://evolution.skf.com/ceramics-stand-up-to-harsh-realities/
[3] Gabelli, A., Kahlman, L., “Bearings that heal themselves”, SKF Evolution No. 3 1999, pp. 26-28.
http://evolution.skf.com/bearings-that-heal-themselves-2/
[4] Morales Espejel, G. E., Hauleitner, R., Wallin, H. H., “Pure refrigerant lubrication technology in oil-free centrifugal compressors”, SKF Evolution, No. 1 2017, pp. 26-30. http://evolution.skf.com/pure-refrigerant-lubrication-technology-in-oil-free-centrifugal-compressors/
[5] Morales-Espejel, G.E., and Brizmer, V. (2011), “Micropitting Modelling in Rolling-Sliding Contacts: Application to Rolling Bearings”, Tribol. Trans., 54(4), pp. 625-643.
[6] Brizmer, V., Gabelli, A., Vieillard, C., and Morales-Espejel, G.E. (2015), “An Experimental and Theoretical Study of Hybrid Bearing Micropitting Performance under Reduced Lubrication”, Tribology Transactions, 58, pp. 829-835.
[7] Morales-Espejel, G.E., Gabelli, A., “The behaviour of indentation marks in rolling-sliding elastohydrodynamically lubricated contacts”, Tribology Transactions, 54, pp. 589-606, 2011.
[8] Morales-Espejel, G.E., Gabelli, A., “The progression of surface rolling contact fatigue damage of rolling bearing with artificial dents”, Tribology Transactions, 58, pp. 418-431, 2015.
[9] C. Vieillard, Y. Kadin, G.E. Morales-Espejel, A. Gabelli (2016), “An experimental and theoretical study of surface rolling contact fatigue damage progression in hybrid bearings with artificial dents”, Wear, pp. 364-365, pp. 211-223.
[10] Morales-Espejel, G. E., Brizmer, V., Stadler, K., “Understanding and preventing surface distress”, SKF Evolution, No 4 2011, pp. 26-31. http://evolution.skf.com/understanding-and-preventing-surface-distress/
[11] V. Strubel, N. Fillot, F. Ville, J. Cavoret, P. Vergne, A. Mondelin, Y. Maheo., “Particle entrapment in hybrid lubricated point contacts”, Tribology Transactions 2016, VOL. 59, No. 4, pp. 768-779.

Share the article

Credits

Авторы:
К. Вьейяр, старший технолог по керамике,
В. Бризмер, старший научный сотрудник,
И. Кадин, старший научный сотрудник,
Г. Е. Моралес-Эспехель, научный руководитель,
А. Габелли, старший научный сотрудник. Все авторы представляют Научно-технический центр SKF, Ньювейген, Нидерланды.

Источник