Для чого використовуються кулькові підшипники?

Іноді найкорисніші пристрої у фізиці та техніці - найпростіші. Кулькові підшипники показують, як металеві кільця можуть бути надзвичайно універсальними. Як ви можете бачити на багатьох поширених предметах, таких як транспортні засоби, велосипеди, скейтборди та інші машини, що включають рухомі металеві деталі, люди впродовж століть використовували силу кульових підшипників.

Уявіть, як ви ковзаєте по м’якому килиму під час взуття. Це може бути важко через тертя між килимом та вашим взуттям, яке може бути виготовлене із чого завгодно, включаючи шкіру, пластик, дерево або гуму. Якби ви натомість носили шкарпетки, це було б набагато простіше через набагато менше тертя між м’яким килимом та матеріалами шкарпеток. Кулькові підшипники працюють однаково.

Кулькові підшипники зменшують величину тертя між навантаженнями, що на них накладаються. Вони роблять це, оскільки це металеві кульки або ролики, які рухаються навколо гладкої металевої поверхні у внутрішній петлі та зовнішній петлі (іноді її називають кільцями). Ви можете дізнатися про багато застосувань кульових підшипників через їх фізику. Кулькові підшипники несуть типи навантаження в радіальному напрямку, і ці навантаження прикладають перпендикулярну силу до осі обертання кульового підшипника.

Ковзання металевих кульок навколо петель кулькового підшипника створює тертя між предметом та його поверхнею, що уповільнює предмет. У деяких випадках об'єкт наближається до зупинки. Цей механізм дозволяє використовувати кулькові підшипники у системах шківів або обертових системах, які потребують управління. Наприклад, маточина колеса автомобіля використовує радіальне навантаження від ваги автомобіля та тяги від обходу повороту.

У всіх випадках кульових підшипників баланс між тягою та радіальним навантаженням змушує кулькові підшипники зменшувати тертя між кулями у внутрішньому та зовнішньому кільці та обробляти навантаження предмета. Кулькові підшипники приймають навантаження і передають його від зовнішнього кільця до внутрішнього, щоб сфери в центрах кожного кільця могли легко обертатися.

Кожна куля пов'язана з двома кільцями, але лише там, де це необхідно, щоб зменшити тертя між компонентами самого кулькового підшипника. З цих причин кулькові підшипники створюються для зменшення тертя та полегшення швидкості обертання.

Типи кулькових підшипників сильно відрізняються залежно від їх механізму. Найбільш широко використовуваний вид - жорсткий однорядний, або радіальний кульковий підшипник. Ця конструкція призводить до того, що кулі рухаються в глибоких рифлених коліях, а шарикопідшипник із глибокими пазами дозволяє їм нести як радіальні, так і осьові навантаження. Герметичні варіанти кулькових підшипників постійно змащуються, щоб зменшити їх обслуговування.

Дворядні кулькові підшипники використовуйте два ряди куль. Конструкція надає більшу жорсткість руху самого підшипника. Вони містяться в електродвигунах, відцентрових насосах та електромагнітних муфтах. Деякі кулькові підшипники вирівнюються таким чином, що дозволяє валу враховувати будь-яке зміщення під кутом по відношенню до корпусу кулькового підшипника.

кутово-контактний тип кульового підшипника має одну сторону зовнішнього кільця, відрізану, щоб дозволити більшій кількості кульок вставити себе. Потім ці підшипники можуть витримувати великі осьові навантаження в одному напрямку, а також використовувати більше куль в самих підшипниках. Це означає, що інженери використовують їх парами в обох напрямках для перевезення великих вантажів, в установці, яка їх робить кулькові дворядні кулькові підшипники. Ці типи кулькових підшипників також різняться залежно від їх матеріалу.

Кулькові підшипники різняться за матеріалом із сталевими, керамічними або пластиковими кульковими підшипниками для різних цілей. Ці типи кулькових підшипників відрізняються тим, наскільки швидко вони можуть працювати, яких температур вони можуть досягти та іншими властивостями, пов'язаними з використанням кулькових підшипників. Розуміння позитивних і негативних сторін кожного типу матеріалів дозволить вам прийняти розумніше рішення, якщо вам потрібні кулькові підшипники.

У сталевих кулькових підшипниках використовуються або компоненти, повністю виготовлені зі сталі, або сталеві сплави зі слідами інших елементів у складі. Вони ідеально підходять для роботи з дуже великими вагами, досягаючи великих швидкостей обертання при обертанні.

Ці типи кулькових підшипників можуть дати вам дуже точні виміри, оскільки вони виготовляються з високим рівнем точності. Завдяки своїм властивостям сталеві вуглецеві кулькові підшипники, зокрема, використовують у замках, велосипедах, роликових ковзанах, візках та конвеєрних машинах.

На жаль, сталевий кульковий підшипниковий матеріал може викликати корозію у присутності води або газів, які змінюють хімічний склад самої сталі. Ці типи кулькових підшипників також можуть бути дуже важкими та галасливими, коли їх використовують у виробництві та інших умовах.

Сталеві кулькові підшипники можуть бути дуже дорогими, і інженерам також потрібно постійно змащувати сталеві метали, щоб вони працювали ефективно. Якщо вони не належним чином обслуговуються, вони можуть спричинити поломку підшипника і не досягнуть кінця передбачуваного терміну служби.

Виробники створюють і продають сталеві кулькові підшипники в різних стилях. Ви можете придбати сталеві кульки з більшою кількістю вуглецю, які піддаються термічній обробці або затверділи іншими методами. Коливання вмісту вуглецю в сталевих кулькових підшипниках впливають на їх властивості. Низьковуглецеві сталі зустрічаються в областях застосування, які повинні бути стійкими до корозії, але не обов’язково мати поверхню, яка затверділа.

Незважаючи на те, що низьковуглецевий сталевий матеріал може бути використаний при лінійній обробці кульового підшипника, він не дуже підходить для контакту між самими кулями. Зазвичай їх використовують з полімером для запобігання пошкодженню в цих випадках. Сталеві кулькові підшипники з помірною кількістю вуглецю міцні, водостійкі та міцні, і ці особливості роблять їх придатними для шестерень, осей, шпильок та інших деталей машини. Високовуглецеві сталі є найміцнішими та найміцнішими при стійкості до корозії.

Керамічні кулькові підшипники, як правило, створюються як "гібриди", що використовують зовнішнє кільце, внутрішнє кільце та клітку, побудовані із сталі, а самі кульки зроблені з кераміки. Керамічні властивості дозволяють їм працювати з швидкими обертами в хвилину, зберігаючи при цьому робочу температуру холодною та обмежуючи, скільки шуму вони створюють.

Ці гібридні керамічно-сталеві конструкції пошкоджуються корозією, але самі керамічні кульки менше схильні до корозії, ніж сталеві матеріали, а також довговічніші та легші за сталеві кулі підшипники.

Ці типи кулькових підшипників можуть бути використані в електротехнічному застосуванні, де сталеві кульові підшипники не можуть, оскільки керамічні кулькові підшипники непровідні, але вони також дуже дорогі. Керамічні кулькові підшипники витримують високі температури, дозволяючи їм працювати на більш високих швидкостях. Ціни на деякі з цих кулькових підшипників можуть бути загалом дорогими, але ви також можете знайти їх недорогі варіанти.

Керамічний матеріал цих кулькових підшипників надає їм вагу менше ніж на 40%, ніж вага сталевих кулькових підшипників. Зазвичай інженери виготовляють їх із використанням керамічного нітриду кремнію, щоб викликати ці хімічні та фізичні властивості. Вони використовуються в кутових підшипниках, упорних підшипниках, підшипниках подушкових блоків, голчастих і роликових підшипниках. Керамічні матеріали можуть бути міцнішими, ніж сталь, але вони, як правило, жорсткіші, як матеріал кульових підшипників.

Полірування керамічних сталевих кульок використовує магнітне поле з потоком плазми. Цей спосіб виробництва забезпечує вищі швидкості обертання, ніж сталеві кулькові підшипники. Вони мають електричну ізоляцію, тобто вони не проводять електрику, тому не виходять з ладу, якщо струм через них проходить, і вони можуть функціонувати, не змащуючись, як сталеві кулькові підшипники бути.

Нещодавні інновації випустили пластикові кулькові підшипники, в яких використовуються пластикові кільця та пластикову клітку, і їх можна придбати у формі кульок, виготовлених із пластику, скла або нержавіючої сталі. Найпоширенішим кульовим матеріалом цього типу кулькових підшипників є куля з нержавіючої сталі. Вони є найбільш доступним варіантом, але вони також важчі, ніж пластикові або скляні види. Вони також можуть легко стати магнітними, що може порушити рух і фізику сусідніх матеріалів.

Пластикові кулькові підшипники зі скляними кулями - чудовий вибір, коли ви не можете використовувати метал. Вони мають високу хімічну стійкість і мають меншу вагу, ніж сталеві кульки. Пластикові кулі для пластикових кулькових підшипників важать ще менше і забезпечують зносостійкість, оскільки вони використовуються з часом. Більшість пластикових кулькових підшипників є самосмажувальними, легкими та стійкими до корозії при безшумній роботі.

На жаль, ці типи кулькових підшипників, на жаль, не витримують високих температур, а також інші кульові підшипники і не можуть витримувати настільки високі навантаження, як іноді.