Керамические подшипники

В современном машиностроении под керамикой понимают особые сорта конструкционных материалов, полученных путем спекания кремниевых нитридов, оксидов циркония и алюминия, тугоплавких металлических карбидов. Такой коктейль обеспечивает готовым изделиям уникальные качества:

• близкую к предельным показателям твердость;
• максимально возможную жесткость;
• низкие коэффициенты трения;
• низкую удельную плотность (и вес);
• высокую износостойкость;
• неспособность проводить ток и магнититься.

Машиностроительная керамика уступает чистым металлам только по некоторым показателям. Ей не хватает пластичности и прочностных характеристик. Однако минимальное трение и высокая твердость, а также технологии изготовления с низкими допусками на размер делают материал идеальным сырьем для производства подшипников качения и скольжения.

Керамические подшипники качения — конструкция и свойства

Такой сборочный узел состоит из стандартных деталей:

• нижнего кольца;
• верхнего кольца;
• тела качения;
• сепаратора.

По компоновке керамические подшипники не отличаются от стальных аналогов даже формой колец или тел качения. В полностью керамических подшипниках из композитного материала изготовлены шарики, ролики и кольца, а гибридные варианты предполагают изготовление только твердосплавных тел качения. Кольца у гибридных моделей производят из стали. В качестве материала сепаратора в первом и втором случае используется пластик.

Благодаря разным достоинствам конструкционных материалов гибридные и полностью керамические подшипники с пластиковым сепаратором получают несколько отличительных особенностей:

• электроизоляционные и антимагнитные качества;
• стойкость к температурным деформациям;
• долгий срок службы даже при постоянно высоких оборотах;
• небольшой вес изделия в сборе;
• минимальные требования к периодичности обслуживания;
• низкий уровень шума.

Преимущества, недостатки, сфера применения

Керамика намного тверже пластичной стали, поэтому ресурс работы керамических узлов качения превышает показатели стальных аналогов. Кроме того, технология производства композитных колец и тел качения предполагает минимальную шероховатость поверхности, что минимизирует силу трения и тепловыделение. У керамики низкая электрическая и тепловая проводимость, высокая размерная стабильность и инертность к химическим веществам.

Из недостатков отмечают высокую стоимость и ограниченную номенклатуру. Такие подшипники не способны заменить весь ассортимент узлов качения из стали. Но производители машиностроительной керамики расширяют свой ассортимент, внедряя керамические узлы в новые модели:

• насосов, турбин и прочего напорного оборудования;
• медицинской техники;
• измерительных приборов;
• агрегатов для пищевой промышленности;
• аппаратов химического машиностроения.

Несмотря на хрупкость и пониженную относительно характеристик металла прочность, такие подшипники сумели захватить свою нишу в автомобилестроении и авиастроении. Их ставят в электрогенераторы и электромоторы.

Кто выпускает керамические подшипники качения

К самым известным производителям машиностроительной керамики относятся бренды Boca Bearing (США), SKF (Швеция), FYH (Япония), VKE (Корея), Koyo (Япония). В ассортименте этих фирм можно найти:

• радиальные модели на основе шариков и роликов;
• радиально-упорные модели прецизионного типа;
• цилиндрические роликоподшипники прецизионного типа;
• 1-рядные и 2-рядные серии;
• гибридные и керамические серии.

Эти компании выпускают и облегченные модели для катушек спиннинга, и высокотемпературные подшипники для металлургических и химических заводов. Явными лидерами рынка можно назвать американскую фирму Boca Bearing и японские компании FYH и Koyo. Они делают гибридные модели и чистую керамику, рассчитанную на обслуживание валов диаметром от 6 миллиметров.

Керамические кольца, шарики и ролики этих брендов производятся из нитрида кремния, а сепараторы — из графита. Свойства конструкционных материалов расширяют диапазон рабочих температур. Подшипники можно использовать в диапазоне от -200 до 800 °C. Гибриды со стальными кольцами работают в диапазоне от -100 до 200 °C. Но даже такие модели поддерживают сверхвысокие обороты и не требуют частого обслуживания.

Композитные подшипники скольжения

Узлы скольжения состоят из корпуса и втулки. С валом контактирует только втулка, поэтому из антифрикционного материала делают именно эту деталь. Чаще всего ее изготавливают из порошковых металлов или сплавов, с добавлением графита. Основной способ производства втулок — спекание порошкового полуфабриката под давлением. Полученная по этой технологии деталь имеет пористую структуру, впитывающую смазку.

Композит на основе графита, меди и олова гарантирует бесшумную работу узла скольжения, а также минимальный износ как втулки, так и вала. При добавлении в композит хрома и никеля повышается прочность вкладыша. Сплав железа и графита не нуждается в смазке. Композитные подшипники скольжения используют в специальной и сельскохозяйственной технике, станкостроении, судостроении, автомобилестроении и других отраслях.