Материалы, применяемые при производстве подшипников качения Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Halfin Marat Nurmuhamedovich, doctor of technical sciences, professor, XalfinMN@,mail. ru, Russia, Novocherkassk, South-Russian State Polytechnic University (Novocherkassk Polytechnic Institute) named of M.I. Platov,

Korotkiy Anatoliy Arkad'yevich, doctor of technical sciences, professor, korot@novoch. ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University,

Ivanov Boris Fedorovich, candidate of technical sciences, professor, ivanov@ikc-mysl. ru, Russia, Rostov-on-Don, Don State Technical University

УДК 621.822

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ПОДШИПНИКОВ КАЧЕНИЯ

Я. А. Стаханова, А.В. Кутузова, А. Д. Гусев

Рассматриваются основные материалы, применяемые при изготовлении подшипников качения. Приведены требования к материалам подшипников, достоинства и недостатки таких материалов. Представлена классификация подшипников качения.

Ключевые слова: подшипник, материал, трение, качение, сталь, сплавы, прочность, шарик, ролик, сепаратор, кольцо.

Подшипники качения - сборные детали, осуществляющие опору вращающихся или качающихся элементов, использующие тела качения, и работающие на основе трения качения. Классификация подшипников качения представлена на рис. 1 [1].

Рис. 1. Классификация подшипников качения

Преимущества подшипников качения [2]:

- небольшой нагрев;

- высокий КПД;

- низкая шумность работы. Недостатки:

- большие габариты;

- плохо переносят удары и вибрации;

- сложность изготовления;

- небольшая долговечность.

Материалы, из которого изготовлены составные части подшипника, определяют надёжность и работу подшипника, к основным частям относят сепараторы, шарики или ролики, кольца (рис. 2), к которым существуют определенные требования:

- низкий коэффициент трения;

- значительная механическая и усталостная прочность;

- жесткость;

- износостойкость;

- термо- и ударостойкость;

- устойчивость к динамическим и вибрационным нагрузкам.

В некоторых случаях предъявляют требования по коррозионной стойкости и электрической изоляции.

Основными материалами при производстве подшипников являются (таблица) [3]:

- алюминиевые сплавы;

- цементуемые стали;

- хромистые стали;

- низкоуглеродистые стали;

- бронзы;

- латуни.

Сталь с индукционной закалкой внешней поверхности элементов подшипника, при этом внутренняя часть остается нетронутой с изначальными характеристиками, при повышенной твердости и улучшенной эксплуатационной характеристике.

Сепаратор

Рис. 2. Общая схема подшипника качения

Подшипниковая сталь с объемной закалкой является наиболее часто встречаемой, износостойкой и долговечной при сниженном процентом содержании кислорода и иных вредных примесей. При изготовлении этого вида стали металл закаляют на мартенсит или бейнит.

Сталь после цементации. Такая сталь долговечна и используется при посадке с натягом, также цементуемая сталь хорошо воспринимает ударные и динамические нагрузки.

Основные материалы при производстве подшипников

Наименование, марка Основные свойства Применение

Хромистая сталь ШХ15 Высокоуглеродистая хромистая Кольца и тела качения

Хромистая сталь ШХ15СТ Повышенная прокали ваемость. Кольца и ролики

Хромистая сталь ШХ20СТ - Кольца

Хромистая сталь ШХ4 Индукционная закалка Железнодорожные подшипники

Хромистые стали ШХ15-Ш. ШХ15ШД Уменьшенное содержание неметаллических включений Подшипники повышенной долговечности и надежности

Цементуемая сталь 18ХГТ Поверхностный сплав повышенной твердости и мягкая сердцевина после термической обработки Кольца роликовых подшипников

Цементуемая сталь 20Х2Н4А Кольца и ролики крупногабаритных подшипников

Цементуемые стали 15Г1, 15Х, 08. 10 Позволяют проводить химико-термическую обработку деталей Кольца

Низколегированная сталь 55ХФА Закалка рабочих поверхностей токами сверхвысокой частоты Кольца

Сталь 95Х18-Ш Коррозионная стойкость Тела качения

Сталь 110Х18М-ШД Коррозионная стойкость Приборные подшипники

Сталь 08кп, 08пс, Юкп. Юпс Низкоуглеродистые Сепараторы

Стали 12Х18Н9Т. 12Х18Н10Т Коррозионная стойкость Для изготовления теплостойких н коррозийно стойких подшипников

Латуни ЛС59-1, ЛС59-1Л Массивные сепараторы

Бронзы БрАЖМЦ 10-3-1,5, БрАЖН 10-4,4 Массивные сепараторы

Алюминиевые сплавы Д1. Д6 и АК4 Массивные сепараторы

Текстолит н полиамид Массивные сепараторы

Стали 15 и 20 - Заклепки, распорки сепараторов

Нитрид кремния 8^N4 Повышенная контактная долговечность Шарики

Высокотемпературная сталь. Поверхность такой стали закаливают при температуре от 120 до 200 градусов Цельсия. Этот материал обладает высокой жесткостью и твердостью, что способствует долговечности и возможности использования в трудных эксплуатационных условиях.

Керамика. Самой часто применяемой керамикой при производстве подшипников является нитрид кремния. Такие подшипники коррозионно-стойкие, имеют большую поверхностную твердость и незначительно изменяются в объеме под воздействием температур

Стоит отметить важность смазочного материала для правильной и долговечной работы подшипника. Основные зоны и типы трения в подшипниках качения представлены на рис. 3.

404

Конический роликовый подшипник Цилиндрический роликовый подшипник

Трение качения

Трение качения

Радиальный шариковый подшипник Сферический роликовыи подшипник

Трение качения

Трение качения

Рис. 3. Зоны и типы трения в подшипниках качения

Существуют твердые, жидкие и газообразные смазки [4], для различных условий эксплуатации (температурные режимы, скорость вращения, агрессивность окружающей среды, требования по издаваемому шуму) применяются специальные типы смазок.

Список литературы

1. Абрамов В.Н., Мещерин В.Н. Валы и подшипники: учеб. пособие. М.: МГСУ, 2013. 242 c.

2. Guyer R.A. Jr. Rolling Bearings Handbook and Troubleshooting Guide. CRC Press, 1996. 254 с.

3. Harris T.A., Kotzalas M.N. Essential Concepts of Bearing Technology. CRCPress, 2006. 392 с.

4. Грэссем Н.С., Пауэлл Дж.У. Подшипникисгазовойсмазкой. М.: Мир, 1966. 419 с.

Стаханова Яна Александровна, студентка, tsngs Iisagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Кутузова Анна Владиславовна, студентка, tsngsIisagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,

Гусев Андрей Дмитриевич, студент, tsngs I isagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 6 MATERIALS APPLIED IN THE PRODUCTION OF ROLL BEARINGS I.A. Stakhanova, A. V. Kutuzova, A.D. Gusev

The work uses the basic materials used in the manufacture of rolling bearings. The requirements for bearing materials, the advantages and disadvantages of such materials are given. A classification of rolling bearings is presented.

Key words: bearing, material, friction, rolling, steel, alloys, strength, ball, roller, separator, ring.

Stakhanova Iana Aleksandrovna, student, tsngsIisagmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Kutuzova Anna Vladislavovna, student, tsngs I isagmail. com, Russia, Tula, Tula State University,

Gusev Andrei Dmitrievich, student, tsngs I isa gmail. com, Russia, Tula, Tula State University

УДК 621.8

ОСОБЕННОСТИ ПОВРЕЖДЕНИЯ РАБОЧИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ

ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС ГТД

Т.В. Шеховцева, Е.В. Шеховцева

Рассматриваются основные несоответствия рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес, такие, как износ, усталостная поломка зубьев, отслаивание, процесс заедания и питтинг. Данные повреждения приводят к отказам в работе зубчатых передач в процессе эксплуатации приводов газотурбинных двигателей. Специфика повреждений зубчатых соединений рассмотрена с учетом усталости материала шестерен и условий работоспособности в зоне контакта. Подробно изучены этапы эволюции контактного выкрашивания и причины его появления на рабочих поверхностях зубчатых колес в зоне контакта. Проанализированы условия изготовления и сборки зубчатых колес, влияние нагрузок в зубчатом зацеплении и условия смазки на природу появления и развития повреждений на рабочих поверхностях зубьев зубчатых колес. Установлено, что этап приработки благоприятно влияет на контактную выносливость зубчатого соединения. Отмечена взаимосвязь появления и развития одного повреждения от другого с изменением геометрии зацепления.

Ключевые слова: зубчатое колесо, рабочая поверхность, износ, усталостная поломка, отслаивание, заедание, контактное выкрашивание.

Зубчатые колеса приводов газотурбинного двигателя (ГТД) являются наиболее распространенным видом соединения для передачи крутящего момента в изделиях авио- и машиностроения. За время использования как с учетом изменения конструкций, так и режимов эксплуатации передач определены основные наиболее типичные виды повреждения зубчатых колес, являющиеся причинами выхода из строя зубчатых передач или приводящие к резкому изменению условий эксплуатации и способствующие, в конечном счете, разрушению деталей.

406