Какие факторы обычно ограничивают максимальную скорость радиальных шарикоподшипников из ПУ?

Профессиональные ограничивающие факторы предельной скорости ПУ радиальные шарикоподшипники

Радиальные шарикоподшипники из ПУ (полиуретана) широко используются в конкретных областях применения благодаря своим превосходным свойствам снижения вибрации и шума, а также износостойкости. Однако по сравнению с традиционными цельностальными подшипниками их предельная скорость обычно подвергается более строгим ограничениям из-за свойств внешнего слоя полиуретана. Профессиональный анализ показывает, что предельная скорость радиальных шарикоподшипников из ПУ в первую очередь определяется следующими четырьмя факторами.

Термодинамические ограничения ПУ материалов

Основным ограничивающим фактором радиальных шарикоподшипников из ПУ является чувствительность полиуретанового материала к нагреву и температуре.

1. Фрикционное тепловыделение и накопление температуры.

Когда подшипник работает на высокой скорости, тепло выделяется за счет трения между телами качения и дорожками качения, а также за счет упругой деформации и восстановления наружного слоя полиуретана. В радиальных шарикоподшипниках из ПУ внешний слой из ПУ является плохим проводником тепла, и его эффективность рассеивания тепла намного ниже, чем у металлического наружного кольца.

Эффект накопления тепла: выделяемое тепло трудно быстро рассеять, что приводит к резкому повышению общей рабочей температуры подшипника.

Температурное размягчение. Механические свойства полиуретановых материалов (особенно термопластичного полиуретана (ТПУ)) очень чувствительны к температуре. Как только температура стеклования или температура удельного теплового отклонения (обычно намного ниже, чем у стали) будет превышена, твердость, модуль упругости и несущая способность наружного слоя ПУ будут быстро снижаться.

Необратимая деформация. Высокие температуры также ускоряют термическое старение и необратимую деформацию полиуретанового материала, что приводит к снижению точности профиля наружного кольца, дальнейшему усугублению вибрации и трения, создавая порочный круг, который в конечном итоге приводит к выходу из строя подшипника и ограничивает работу на высоких скоростях.

2. Клейкая термостойкость

Прочность соединения между внешним слоем полиуретана и внутренним стальным кольцом подшипника также чувствительна к температуре. Высокие температуры могут привести к разрушению клея, отслоению или отслаиванию полиуретана. Как только внешний слой ПУ отделится от стального кольца, подшипник полностью потеряет свою работоспособность. Поэтому максимальная рабочая температура клея становится одним из узких мест, ограничивающих максимальную скорость подшипника.

Динамическое напряжение и упругие свойства

Хотя эластичные свойства полиуретановых материалов обеспечивают преимущества гашения вибрации, они становятся ключевым ограничителем скорости при высоких динамических нагрузках.

1. Упругий гистерезис и потери энергии.

Внешний слой ПУ подвергается упругой деформации под нагрузкой. При высокоскоростной непрерывной прокатке эта упругая деформация и восстановление происходят на высоких частотах. Полиуретан демонстрирует значительный эффект гистерезиса, что означает, что энергия теряется в процессе деформации и восстановления, и вся эта энергия преобразуется в тепло.

Умножение тепла: по мере увеличения скорости увеличивается частота деформации, что приводит к нелинейному увеличению потерь энергии и выделения тепла. Это еще один крупный источник внутреннего накопления тепла, напрямую ограничивающий верхний предел скорости.

2. Центробежная сила и деформация.

Для средних и больших радиальных шарикоподшипников из полиуретана центробежная сила на внешнем слое из полиуретана значительно возрастает при очень высоких скоростях. Хотя плотность полиуретанового материала ниже, чем у стали, высокие центробежные силы могут вызвать радиальное расширение или ползучесть наружного кольца.

Проблемы с размерной стабильностью. Эта деформация может нарушить точную посадку между подшипником и монтажным отверстием, что приведет к нестабильной работе подшипника, повышенной вибрации и даже к возможному отделению подшипника от монтажного гнезда, ограничивая безопасную скорость с точки зрения механической конструкции.

Конструкция и смазка внутренних стальных подшипников

Максимальная скорость радиального шарикоподшипника из полиуретана также ограничена конструкцией и техническим обслуживанием его внутреннего стального подшипника.

1. Внутренний зазор и клетка.

Радиальные шарикоподшипники из ПУ обычно основаны на конструкциях стандартных радиальных шарикоподшипников. Внутренний радиальный зазор и тип сепаратора напрямую влияют на максимальную скорость.

Выбор зазора: Во время работы на высоких скоростях температура подшипников повышается, что приводит к расширению стального внутреннего кольца и тел качения, что приводит к уменьшению зазора. Неправильный зазор (например, слишком маленький зазор C2) может вызвать заедание при высоких температурах. Поэтому необходимо выбрать класс зазора, подходящий для высоких скоростей.

Материал сепаратора: максимальные скорости стальных и пластиковых (например, нейлоновых) сепараторов различаются. Нейлоновые сепараторы имеют тенденцию размягчаться и деформироваться при высоких температурах, что еще больше ограничивает максимальную скорость подшипника.

2. Смазка и метод смазки.

Максимальная скорость радиального шарикоподшипника из ПУ также ограничена условиями его смазки.

Срок службы смазки: смазка в предварительно смазанных подшипниках быстро окисляется и разлагается при высоких температурах, сокращая срок службы смазки, что приводит к отказу смазки и резкому увеличению трения. Поэтому скорость необходимо строго контролировать в пределах максимального диапазона рабочих температур смазки.

Внешние нагрузки и условия эксплуатации

Внешние условия оказывают комплексное влияние на максимальную скорость ПУ подшипников.

1. Радиальные и осевые нагрузки

Эквивалентная динамическая нагрузка, воспринимаемая подшипником, является ключевым фактором при определении допустимой скорости.

Высокий предел нагрузки: более высокие нагрузки увеличивают контактное напряжение между телами качения и дорожками качения, увеличивая упругую деформацию внешнего слоя полиуретана и выделяя больше тепла. Чтобы предотвратить быструю усталость или повреждение наружного слоя ПУ из-за чрезмерной нагрузки, максимальную скорость необходимо соответственно снизить.

2. Среда рассеивания тепла

Температура окружающей среды и условия рассеивания тепла подшипником напрямую влияют на его стабильный рабочий диапазон. В условиях высокой температуры окружающей среды запас по нагреву подшипника уменьшается, и необходимо снизить скорость, чтобы предотвратить перегрев и выход из строя. Хорошая конструкция рассеивания тепла (например, окружающие металлические конструкции или принудительное воздушное охлаждение) может в определенной степени увеличить допустимую скорость.