Кольца подшипников: функции и технологии производства

В конструкцию классического подшипника входит два кольца: внешнее и внутреннее. Одно из них плотно насаживается на вал, а другое контактирует с деталями механизма, которому передается нагрузка.

Форма колец подшипников зависит от типа тел качения. В конструкции шарикоподшипников используют обоймы с выточенными или отштампованными дорожками. Они задают траекторию шариков, обеспечивают их беспрепятственное вращение, непосредственно участвуют в восприятии динамической нагрузки. При использовании цилиндрических, игольчатых, конических роликов обоймы имеют соответствующую форму.

Внутреннее кольцо подшипника формирует посадочное отверстие. Оно может быть коническим, цилиндрическим, квадратным или другим, в зависимости от типа и размеров вала. Наружное кольцо при наличии сферической дорожки качения выполняет функцию самоустановки, так как позволяет компенсировать несоосность элементов конструкции.

В подшипниках скольжения кольца являются основными элементами конструкции. Они соприкасаются через смазывающий слой и обеспечивают передачу усилия без дополнительных тел качения. В это случае обоймы имеют цилиндрическую или сферическую форму.

Существуют подшипники без колец. В этом случае функции обоймы выполняет вал с подготовленной посадочной нишей, элементы корпуса и другие детали механизма.

Материал изготовления

Кольца подшипников изготавливают преимущественно из стали 100Сr6 (ШХ15) и аналогов. Хромуглеродитсый сплав инструментального класса содержит не менее 1,35% хрома, имеет твердость 42 – 57 HRC (и более, в случае с усовершенствованными сплавами на базе стали 100Сr6). Металл такой марки обеспечивает оптимальное соотношение простоты обработки заготовок и долговечности готовых изделий.

Реже для производства подшипниковых колец используют другие марки стали:

●       ШХ15СГ, ШХ20СГ – сплавы с повышенным содержанием кремния и марганца используются при производстве колец средних и крупных размеров;

●       ШХ4 – сталь для железнодорожных подшипников, подвергается индукционной закалке;

●       ШХ15-Ш, ШХ15-ШД – марки с уменьшенным содержанием неметаллических включений;

●       55ХФА – низколегированная сталь для колец, которые используются в составе подшипников для крановых опор, экскаваторов и других механизмов;

●       8Х4В9Ф2-Ш – сплав с повышенным содержанием вольфрама для колец термостойких подшипников (до +500 ^оС);

●       95Х18-Ш, 110Х18М-ШД – коррозионно-стойкие стали для колец, работающих в условиях химической, солевой нагрузки и других агрессивных средах, в условиях с повышенными требованиями к гигиеничности механизмов.

Подшипниковые кольца массового сегмента не изготавливают из цветных металлов, текстолита, кремния или других альтернативных материалов, в отличие от сепараторов и тел качения. Стальная обойма хорошо справляется со своими функциями, проста в изготовлении, имеет невысокую стоимость.

Технология производства

Исходным материалом для изготовления колец являются стальные прутки или трубы. Заготовки колец производят методом холодной или горячей штамповки, а также свободной ковки на кузнечных прессах. Выбор технологии обработки зависит от марки стали, размеров, требованиям к точности колец. Так, для формирования небольших обойм применяют автоматно-токарное оборудование, для изготовления средних изделий – методы горячей штамповки и отжига.

Технологии производства, в которых применяется нагрев, обеспечивают более высокую износостойкость готового изделия. При горячей штамповке волокна металла подвергаются пластической деформации и не теряют целостность на следующих этапах обработки. За счет такого явления сталь приобретает дополнительную прочность и долговечность.

Процесс изготовления колец подшипников методом горячей штамповки выглядит следующим образом:

●       прутки нагревают индукционным способом;

●       из прутка формируют мерные заготовки и передают на первичную штамповку;

●       заготовки подвергают осадке;

●       осаженным элементам придают предварительную, а затем окончательную форму, прошивают донышки;

●       поковки охлаждают;

●       изделия отжигают, подвергают термообработке в газозащитной среде, закаливают в масле;

●       проводят температурный отпуск и проверку качества изделий;

●       отправляют на шлифовально-модульный участок для обработки торцев и плоскостей, заготовки отверстий и дорожек качения;

●       проводят дефектоскопию, наносят маркировку.

Готовые кольца отправляют на сборочный пункт для изготовления подшипников. Ответственные производители полностью контролируют процесс создания обойм – от проверки качества металла до суперфиниширования. Гиганты отрасли, такие как SKF, участвуют и в разработке стали для создания колец, тем самым обеспечивая полный контроль качества готовых подшипников.