ИННОВАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ПОДШИПНИКОВ

Число инновационных решений на подшипниковом рынке в последнее время неуклонно растет. Привычный всем «кругляш» из двух колец и шариков, обеспечивающий идеальное скольжение деталей на стыке, уже и сам по себе постепенно преобразуется во все более сложный агрегат, постоянно подвергаясь дальнейшим усовершенствованиям.

Причем, чем дальше, тем больше он усложняется. Попробуем вместе разобраться, какие цели преследует эта непрерывная гонка производителей.

Примечательно, что инженеры, разрабатывающие новые модели подшипников, будучи, безусловно, творческими людьми, тем не менее, вовсе не пытаются создать нечто драгоценное или шедевральное, чтобы тем самым сразу войти в историю техники. И вовсе не потому, что не могут себе позволить витать в облаках. Дело здесь совсем в другом – берясь за инновацию, они ставят перед собой куда как более приземленные и прозаические цели. Скажем, увеличить ресурс, приподнять скоростной потолок и т.п. Однако, если знающему человеку присмотреться к результатам, то нетрудно заметить, что всякий раз (ну, или почти всякий раз) на выходе получается пусть маленький, но все-таки своего рода шедевр. И примеров тому множество, обратимся хотя бы к некоторым из них.

Пусть сам о себе заботится

На современных производствах к процессу смазки шпиндельных систем станков и центров механизированной обработки требуется особый подход. Само собой разумеется, что здесь, как и в любом другом случае, смазка шпиндельных подшипников должна обеспечить отличную производительность машинного узла в высокоскоростном режиме, но этого мало. Постоянно ужесточающиеся нормативные требования предписывают, чтобы это сопровождалось минимальной нагрузкой на окружающую среду. В ответ на запросы рынка группа NTN-SNR, мировой производитель подшипников, вывела на рынок шпиндельный радиально-упорный шариковый подшипник с модифицированной встроенной системой смазки.

Некоторое время назад тот же производитель уже предлагал радиально-упорные шариковые подшипники с уплотнением для высокоскоростных режимов работы серии ULTAGE типа BNS. Однако для этого типа подшипников рекомендовалось использование внешних систем смазки, что усложняло процесс обслуживания подшипников, было более энергоемким и требовало дополнительных затрат на оборудование.

В новой конструкции масляная смазка, находящаяся в отдельном закрытом резервуаре снаружи подшипника, вследствие изменения температуры подшипника в процессе эксплуатации автоматически поступает на дорожки качения. С новой системой смазки стало возможным обеспечить работу шпиндельного шарикового подшипника при нагрузках до 1,9 млн. dmn без специального обслуживания. Для эффективной работы подшипника не требуется внешних систем смазки, кроме того в процессе смазывания не возникает масляный туман. Инновационная система смазки получила название MOGS (Minimum Quantity base oil of Grease Supply).

Роликовые шарики или шариковые ролики?

Для уха специалиста звучит весьма непривычно, но именно подшипники с шариковыми роликами разработали инженеры Schaeffler Group, производителя подшипников известных марок FAG и INA. Как можно сразу догадаться уже из самого названия изделий, основное новшество здесь – нестандартные тела качения подшипников. Это шарики, у которых удалены сегменты, не несущие нагрузки в процессе работы. С двух сторон типового подшипникового шарика срезано около 15% самого тела качения, в результате чего получился «шариковый ролик».

Шариковый ролик на 30% компактнее, чем стандартный шарик. Следовательно, подшипник может вместить большее число тел качения нового типа, что приводит к значительному увеличению грузоподъемности и срока эксплуатации подшипника. Применение шариковых роликов открывает новые возможности по повышению компактности подшипников и машинных узлов.

Преимущества использования шариковых роликов можно рассмотреть на примере шарикового подшипника 6207, который в стандартной комплектации в соответствии с DIN 625 содержит 9 тел качения, заполняющих около 60% пространства между внутренним и внешним кольцом подшипника. Подшипник с шариковыми роликами BXRE207 вмещает 14 тел качения, заполняющих около 90% возможного пространства, что способствует увеличению продолжительности срока эксплуатации подшипника в 2,4 раза.

Подшипник с шариковыми роликами были впервые анонсированы Schaeffler Group всего каких-нибудь пару лет назад. А на сегодня группа массово производит уже четыре серии подобных агрегатов скольжения. И у каждой можно отметить свои неоспоримые преимущества.

Так, однорядные подшипники с шариковыми роликами BXRE отличаются меньшим наружным диаметром, чем стандартные подшипники с равным внутренним диаметром. Иначе говоря, им требуется куда как меньшее пространство «для собственной персоны», но при полностью сохранившейся способности выдерживать большую нагрузку. Неслучайно подшипники серии BXRE стали очень охотно устанавливать в своих изделиях производители электромоторов, стиральных машин, цепных пил и т.д.

Двухрядные подшипники с шариковыми роликами серии BXRO способны воспринимать как радиальную, так и осевую нагрузку. По сравнению со стандартными подшипниками, они умещают в себе в полтора раза больше тел качения, а в результате нашли эффективное применение в автомобильных ручных трансмиссиях и текстильном оборудовании.

В подшипниках серии BXRT два ряда шариковых роликов установлены по схеме «тандем». Трение здесь получается почти на треть меньше, чем в коническом роликовом подшипнике, а грузоподъемность абсолютно та же. Эти подшипники их разработчики изначально ориентировали на применение в трансмиссиях и дифференциалах, гидравлических моторах и насосах. А в качестве ступичных подшипников для использования в пассажирских и коммерческих авто были разработаны четырехрядные подшипники BXR4. У них и масса меньше, и конструкция более компактна.

Инновационная направленность в работе инженеров Schaeffler Group позволяет подшипникам INA и FAG удерживать лидирующие позиции на мировом рынке вот уже более ста лет.

Томское ноу-хау

Рядом с такими гигантами, обладающими мощной научно-технической базой для поиска и апробирования новых конструктивных решений, которую никак не соотнесешь с возможностями российских разработчиков, тем более радостно выделить уникальное и, не побоимся этого слова, в чем-то революционное изобретение специалистов ООО «Томские трансмиссионные системы». Эта наша сугубо отечественная фирма специализируется на инженерно-исследовательских и опытно-конструкторские работах в сфере волновых механических передач с промежуточными телами качения. Если коротко, их еще называют «редуктор-подшипник».

Следует отметить, что волновые редукторы с промежуточными телами качения как класс передаточных механизмов известны уже больше века. Но конструкторские разработки в этом направлении велись с целью практического использования какого-то одного, от силы двух достоинств данной схемы. А ведь их, обратите внимание, аж целых три: обойменная конструкция, принцип чистого качения, а также вовлечение в работу всех силовых элементов. Но никто, вот ведь какая несправедливость, достойная отдельного исследования, никто прежде не задавался целью соединить все эти достоинства в одном механизме. А вот именно это и удалось специалистам из Томска.

Чисто внешне редуктор-подшипник довольно похож на обычный подшипник качения. Он собран из нескольких цилиндрических и кольцевых обойм, вставленных одна в другую. Между ними катаются шарики двух типов. Те, что поменьше, как раз и служат в роли подшипника качения. А у тех, что побольше размером, задача другая – они позволяют одной обойме вращаться медленнее (или быстрее) относительно другой. Цилиндрические обоймы одновременно являются корпусом редуктора-подшипника.

Особенность томского ноу-хау заключена в расположении шариков между обоймами и геометрии криволинейных дорожек качения. Но здесь мы не станем вдаваться в конструктивные подробности, интересные исключительно узким специалистами. Все внимание уделим практическому применению инновации. По сравнению с традиционными зубчатыми редукторами, разработанный сибирскими инженерами редуктор-подшипник наделен несколькими существенными достоинствами.

Во-первых, за счет обойменного принципа компоновки он очень компактен. В его конструкции фактически нет составных частей, неотъемлемых для классического редуктора: корпуса, валов, шестерен и подшипников. Благодаря этому масса и габариты передаточного звена уменьшены на 1–2 порядка. А если еще контактирующие детали делать, допустим, из керамических материалов, которые не имеют упругих и пластических деформаций, то в деле «миниатюризации» механизма можно будет легко добиться еще более ощутимых результатов.

Во-вторых, в отличие от зубьев шестеренок, которые неизбежно трутся между собой, шарики между обоймами редуктора-подшипника просто катятся. А трение качения, как известно, гораздо меньше трения скольжения. Поэтому КПД новой волновой передачи достигает показателя 0,98. Для традиционных редукторов это недостижимый рубеж.

В-третьих, если в отдельно взятый момент у любой зубчатой передачи одновременно задействованы только два-три зуба, находящиеся в прямом контакте, то в обоймах редуктора-подшипника – все шарики без исключения. Что это дает? Как известно, потенциальная мощность, которую способен передать редуктор, определяется тем, какое усилие на срез выдерживают, не разрушаясь, одновременно находящиеся в зацеплении рабочие элементы. А далее просто сопоставьте «массовость обороны» зубьев и шариков. Надеюсь, теперь вам понятно, какие возможности по наращиванию мощности передачи открывает редуктор-подшипник…

Главное изменение, которое делает вполне осуществимым изобретение томичей, заключается в принципиальной возможности максимально приблизить двигатель с миниатюрным и при этом мощным редуктором-подшипником непосредственно к исполнительному механизму (колесу автомобиля, винту вертолета или корабля и т.п.). Иными словами, полностью отпадает необходимость в такой всегда громоздкой и тяжелой трансмиссии. Используя базовый редуктор-подшипник и несколько его модификаций, ориентированных на конкретные задачи, можно, как из конструктора, собрать любые разновидности применяемых сегодня в технике передаточных устройств. К тому же, в процессе эксплуатации новый волновой передаточный механизм не будет нуждаться ни в ремонте, ни в обслуживании.

Сегодня это революционное решение уже реализовано фирмой в конструкции оригинального гайковерта, который можно использовать при монтаже мачт ЛЭП, трубопроводов и т. п., не прилагая больших усилий. Сейчас для этих целей используют дорогостоящие и сложные гидравлические гайковерты, которые, к тому же, в 4–5 раз тяжелее. Еще несколько оригинальных решений находятся в непосредственной разработке: редуктор для электродвигателя, редуктор для ручной дрели, редукторы для усиления руля автомобиля и для электродвигателя трубопроводной арматуры.

С текущей ситуацией и прогнозом развития рынка подшипников можно познакомиться в отчете Академии Конъюнктуры Промышленных Рынков «Рынок подшипников в Росси и в Украине».

Владимир Баранов

http://www.promvest.info