Иногда самые полезные устройства в физике и технике оказываются самыми простыми. Шариковые подшипники показывают, насколько универсальны металлические кольца. Как вы можете видеть в очень многих обычных предметах, таких как автомобили, велосипеды, скейтборды и другие машины, в которых используются движущиеся металлические части, люди веками использовали силу шариковых подшипников.
Использование шариковых подшипников
Представьте, что вы скользите по мягкому ковру в обуви. Это может быть сложно из-за трения между ковром и вашей обувью, которая может быть сделана из чего угодно, включая кожу, пластик, дерево или резину. Если бы вы вместо этого носили носки, было бы намного проще, потому что трение между мягким ковром и материалом носков гораздо меньше. Шариковые подшипники работают так же.
Шариковые подшипники уменьшают трение между нагрузками на них. Они делают это, потому что представляют собой металлические шарики или ролики, которые перемещаются по гладкой металлической поверхности во внутреннем и внешнем контурах (иногда называемых кольцами). Вы можете узнать о многих сферах применения шарикоподшипников, изучив их физику. Шариковые подшипники несут нагрузки в радиальном направлении, и эти нагрузки создают перпендикулярную силу к оси вращения шарикового подшипника.
Скольжение металлических шариков по петлям шарикоподшипника создает трение между объектом и его поверхностью, что замедляет его движение. В некоторых случаях объект приближается к остановке. Этот механизм позволяет использовать шарикоподшипники в шкивных или вращательных системах, которые необходимо контролировать. Например, ступичное колесо автомобиля использует радиальную нагрузку от веса автомобиля и тягу от поворота.
Во всех случаях шарикоподшипников баланс между осевым усилием и радиальной нагрузкой заставляет шарикоподшипники уменьшать трение между шариками во внутреннем и внешнем кольцах и выдерживать нагрузку объекта. Шарикоподшипники воспринимают нагрузку и передают ее с внешнего кольца на внутреннее, позволяя сферам в центрах каждого кольца легко вращаться.
Каждая сфера связана с двумя кольцами, но только там, где это необходимо для уменьшения трения между компонентами самого шарикового подшипника. По этим причинам шариковые подшипники созданы для уменьшения трения и уменьшения скорости вращения.
Типы шариковых подшипников
Типы шарикоподшипников сильно различаются по механизму. Самый распространенный вид - жесткий однорядный, или радиальный шарикоподшипник. Такая конструкция заставляет шарики двигаться по дорожкам с глубокими канавками, а конструкция шарикоподшипников с глубокими канавками позволяет им нести как радиальные, так и осевые нагрузки. Герметичные версии шариковых подшипников смазываются постоянно, чтобы сократить время их обслуживания.
Подшипники шариковые двухрядные используйте два ряда шариков. Конструкция придает большую жесткость движению самого подшипника. Они используются в электродвигателях, центробежных насосах и электромагнитных муфтах. Некоторые шариковые подшипники выравниваются таким образом, что позволяет валу учитывать любое смещение под углом по отношению к корпусу шарикового подшипника.
В углово-контактный тип У шарикового подшипника одна сторона внешнего кольца обрезана, чтобы позволить большему количеству шариков вставить себя. Эти подшипники могут выдерживать большие осевые нагрузки в одном направлении, а также использовать больше шариков в самих подшипниках. Это означает, что инженеры используют их парами в обоих направлениях для переноски тяжелых грузов в установке, которая делает их радиально-упорные шарикоподшипники двухрядные. Эти типы шариковых подшипников также различаются в зависимости от их материала.
Типы материалов шариковых подшипников
Шариковые подшипники различаются по материалу, в том числе стальные, керамические или пластиковые шарикоподшипники для различных целей. Эти типы шарикоподшипников различаются по скорости работы, достижимым температурам и другим свойствам, связанным с использованием шарикоподшипников. Понимание достоинств и недостатков каждого типа материала позволит вам принять более мудрое решение о том, нужны ли вам шариковые подшипники.
Стальные шариковые подшипники
В стальных шарикоподшипниках используются либо компоненты, полностью изготовленные из стали, либо стальные сплавы со следами других элементов в составе. Они идеально подходят для работы с очень тяжелыми грузами с высокой скоростью вращения при вращении.
Эти типы шарикоподшипников могут дать вам очень точные измерения, потому что они изготовлены с высокой точностью. Их свойства позволяют использовать стальные углеродистые шарикоподшипники, в частности, в замках, велосипедах, роликовых коньках, тележках и конвейерных машинах.
К сожалению, материал стальных шарикоподшипников может вызвать коррозию в присутствии воды или газов, которые изменяют химический состав самой стали. Эти типы шарикоподшипников также могут быть очень тяжелыми и шумными при использовании на производстве и в других условиях.
Стальные шарикоподшипники могут быть очень дорогими, и инженерам также необходимо постоянно смазывать стальные металлы, чтобы они работали эффективно. Если они не обслуживаются должным образом, они могут вызвать отказ подшипника и не доживут до конца предполагаемого срока службы.
Производители создают и продают стальные шарикоподшипники разных стилей. Вы можете купить стальные шарики с большим содержанием углерода, которые подвергаются термообработке или закалены другими методами. Различия в содержании углерода в стальных шарикоподшипниках влияют на их свойства. Низкоуглеродистые стали используются в областях, где требуется устойчивость к коррозии, но не обязательно иметь закаленную поверхность.
Хотя в линейном валу шарикоподшипника можно использовать низкоуглеродистую сталь, они не подходят для контакта между самими шариками. Обычно они используются с полимером, чтобы предотвратить повреждение в этих случаях. Стальные шарикоподшипники с умеренным содержанием углерода прочные, водостойкие и прочные, что делает их подходящими для шестерен, осей, шпилек и других компонентов машин. Высокоуглеродистые стали являются самыми прочными и твердыми, устойчивыми к коррозии.
Керамические шариковые подшипники
Керамические шарикоподшипники обычно создаются как «гибриды», в которых используется внешнее кольцо, внутреннее кольцо и сепаратор, изготовленные из стали, а сами шарики - из керамики. Керамические свойства позволяют им работать с быстрым оборотом в минуту, сохраняя при этом низкую рабочую температуру и ограничивая уровень шума, который они создают.
Эти гибридные конструкции из керамики и стали повреждаются коррозией, но сами керамические шарики меньше подвержены коррозии, чем стальные материалы, более прочные и легкие, чем стальные шарики подшипники.
Эти типы шарикоподшипников могут использоваться в электрических устройствах, где стальные шарикоподшипники не могут, потому что керамические шарикоподшипники не проводят ток, но они также очень дороги. Керамические шарикоподшипники выдерживают высокие температуры, что позволяет им работать на более высоких скоростях. Цены на некоторые из этих шарикоподшипников в целом могут быть высокими, но вы также можете найти их недорогие версии.
Керамический материал этих шарикоподшипников придает им вес менее 40%, чем у стальных шарикоподшипников. Инженеры обычно производят их, используя керамический нитрид кремния, чтобы проявлять эти химические и физические свойства. Они используются в угловых подшипниках, упорных подшипниках, опорных подшипниках, игольчатых подшипниках и роликовых подшипниках. Керамические материалы могут быть прочнее стали, но обычно они жестче, чем материал шарикоподшипников.
Для полировки стальных керамических шариков используется магнитное поле с потоком плазмы. Этот метод производства обеспечивает более высокую скорость вращения, чем стальные шарикоподшипники. Они электрически изолируют, что означает, что они не проводят электричество, поэтому они не выходят из строя, если ток проходит через них, и они могут работать без смазки, как стальные шарикоподшипники. быть.
Пластиковые шариковые подшипники
Недавние инновации привели к производству пластмассовых шарикоподшипников, в которых используются пластмассовые кольца и пластмассовый сепаратор, и их можно купить в виде шариков из пластмассы, стекла или нержавеющей стали. Самым распространенным материалом для изготовления шариковых подшипников этого типа является шарик из нержавеющей стали. Это самый доступный вариант, но они также тяжелее пластика или стекла. Они также могут легко стать магнитными, что может нарушить движение и физику близлежащих материалов.
Пластиковые шарикоподшипники со стеклянными шариками - отличный выбор, когда нельзя использовать металл. Они обладают высокой химической стойкостью и имеют меньший вес, чем стальные шары. Пластиковые шарики для пластиковых шарикоподшипников весят еще меньше и обладают износостойкостью по мере использования с течением времени. Большинство пластиковых шарикоподшипников являются самосмазывающимися, легкими и устойчивыми к коррозии при бесшумной работе.
Эти типы шарикоподшипников, к сожалению, не выдерживают высоких температур, как другие шарикоподшипники, и не могут выдерживать такие высокие нагрузки, как иногда.