Классификация и функции сепаратора подшипника

Сепараторы подшипников (также известные как фиксаторы подшипников) являются одним из основных компонентов подшипников. Их функции включают в себя разделение тел качения (стальных шариков, роликов), обеспечение равномерного распределения тел качения, уменьшение трения и столкновений между телами качения, а также предотвращение выпадения тел качения. Материал, конструкция и процесс изготовления сепараторов напрямую влияют на скорость вращения, грузоподъемность, срок службы и применимые условия эксплуатации подшипников. Ниже приводится подробный анализ распространенных типов сепараторов подшипников и их характеристик:

I. Классификация по материалу

Выбор материала сепаратора подшипника должен соответствовать условиям эксплуатации подшипника (таким как температура, коррозионная активность, скорость вращения и т. д.). Распространенные материалы и их свойства приведены ниже:

1. Металлические корпуса

Сталь

Наиболее часто используемый материал, включая низкоуглеродистую сталь, высокоуглеродистую сталь и легированную сталь, полученную путем штамповки или токарной обработки:

• Преимущества: высокая прочность, ударопрочность и широкая применимость (средняя скорость вращения, условия тяжелых нагрузок);
• Недостатки: относительно большой вес, большая центробежная сила при высоких скоростях и склонность к нагреву от трения с элементами качения;
• Применимые сценарии: общее машиностроение (например, двигатели, редукторы), средняя скорость вращения (≤3000 об/мин) и нормальные температурные условия.

Медные сплавы

В основном латунь и бронза, в основном изготовленные методом точения:

• Преимущества: хорошая износостойкость, отличная теплопроводность, низкий коэффициент трения с телами качения, подходят для работы на высоких скоростях;
• Недостатки: более высокая стоимость, не устойчивы к сильной щелочной и аммиачной коррозии;
• Применимые сценарии: высокоскоростные подшипники (например, шпиндели станков, автомобильные коробки передач), высокотемпературные среды (≤250℃).

2. Неметаллические обоймы

Фенольная смола (бакелит)

Изготавливаются путем прессования хлопчатобумажной ткани или стекловолокна, пропитанного фенольной смолой:

• Преимущества: хорошая изоляция, легкий вес, низкий коэффициент трения, износостойкость и отсутствие химической реакции со смазочными материалами;
• Недостатки: ограниченная термостойкость (≤120℃) и низкая ударопрочность;
• Применимые сценарии: подшипники двигателей (требующие изоляции), бытовая техника, средне-низкие скорости и легкие нагрузки.

Нейлон (полиамид, например, PA66)

Нейлоновые материалы, содержащие армирующие волокна (стекловолокно, углеродное волокно):

• Преимущества: хорошая прочность, ударопрочность, сильная самосмазываемость и устойчивость к незначительным недостаткам смазки;
• Недостатки: высокая гигроскопичность (необходимо контролировать влажность окружающей среды), склонность к старению при высоких температурах (обычно ≤120℃; специальные типы, такие как PA46, могут достигать 150℃);
• Применимые сценарии: подшипники автомобильных ступиц, подшипники водяных насосов, влажные среды (необходимо добавлять смазочные материалы для предотвращения поглощения воды).

Политетрафторэтилен (PTFE)

Фторопласт с чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью:

• Преимущества: устойчивость к кислотам и щелочам, широкий диапазон рабочих температур (-200℃~260℃), чрезвычайно низкий коэффициент трения (самосмазывающийся);
• Недостатки: низкая прочность и высокая стоимость;
• Области применения: химическое оборудование, высокотемпературные или сильно коррозионные среды.

Кермит/керамика

Например, диоксид циркония (ZrO₂) и нитрид кремния (Si₃N₄):

• Преимущества: чрезвычайная термостойкость (до 800℃ и выше), изоляционные свойства, немагнитные свойства и износостойкость;
• Недостатки: высокая хрупкость и чрезвычайно высокая стоимость;
• Применимые сценарии: высокотемпературные печи, атомная промышленность и немагнитные среды. 

II. Классификация по конструкции и технологическому процессу

Конструкция сепаратора подшипника определяет способ его направления (внутреннее направление, внешнее направление, направление подшипниковых элементов) и его способность удерживать подшипниковые элементы. Распространенные типы:

1. Штампованные сепараторы

• Характеристики: изготавливаются путем штамповки тонких металлических листов (сталь, медь), имеют простую конструкцию (например, в форме короны, чаши, волны), легкий вес, низкую стоимость и подходят для массового производства;
• Метод направления: в основном с направлением подшипниковых элементов или внутреннего кольца, с общими высокоскоростными характеристиками;
• Применимые сценарии: подшипники малого и среднего размера (например, радиальные шарикоподшипники, самоустанавливающиеся шарикоподшипники), общее машиностроение (двигатели, водяные насосы).

2. Обработанные сепараторы

• Характеристики: изготавливаются из прутков или труб путем токарной обработки, имеют точную конструкцию (например, сплошной кольцевой тип, столбовой тип), высокую точность размеров и равномерное расстояние между телами качения;
• Способ направления: в основном с внешним направлением (контакт с ребрами наружного кольца), с хорошей стабильностью при высоких скоростях;
• Применимые сценарии: крупные подшипники, высокоточные подшипники (например, подшипники шпинделей станков, радиально-упорные шарикоподшипники), условия высоких скоростей и больших нагрузок.

3. Клепаные/сварные сепараторы подшипников

• Характеристики: состоит из двух полусепараторов подшипника, соединенных с помощью клепки (заклепок) или сварки, подходит для подшипников с большим количеством крупногабаритных тел качения (например, самоустанавливающиеся роликоподшипники);
• Преимущества: прочная конструкция, возможность использования крупногабаритных тел качения, высокая несущая способность;
• Примечания: сварка может привести к локальной концентрации напряжений, что требует строгого контроля процесса для предотвращения растрескивания.

4. Цельные обработанные сепараторы

• Характеристики: цельная конструкция (в основном используется для неметаллических материалов), бесшовная, высокая прочность, подходит для воздействия центробежной силы при высокоскоростном вращении;
• Типичные материалы: нейлон, фенольная смола, керамометалл;
• Применимые сценарии: высокоскоростные подшипники, условия, требующие предотвращения отрыва тел качения (например, вертикальные двигатели).

III. Основные функции сепараторов и последствия их выхода из строя

Основные функции

• Разделение тел качения для предотвращения износа и накопления тепла, вызванных прямым контактом;
• Направление тел качения для плавного перемещения по дорожкам качения, снижение вибрации и шума;
• Помощь телам качения в регулировке положения при наклоне или смещении подшипника (например, самоустанавливающиеся подшипники) для поддержания равномерного распределения силы.

Последствия отказа

• Поломка сепаратора подшипника: приводит к дезорганизации и заклиниванию тел качения, что вызывает немедленный выход подшипника из строя и даже остановку оборудования;
• Износ сепаратора подшипника: приводит к образованию металлических или неметаллических частиц, загрязнению смазочных материалов и ускорению общего износа подшипника;
• Износ направляющих поверхностей: вызывает отклонение траектории движения тел качения, увеличивает трение и выделение тепла, а также сокращает срок службы подшипника.

IV. Факторы, которые нужно учитывать при выборе

1. Соответствие рабочим условиям: выбирайте легкие материалы (алюминиевый сплав, нейлон) для высоких скоростей; металл или керамику для высоких температур; PTFE или титановый сплав для коррозионных сред;

2. Тип нагрузки: стальные или медные сплавные сепараторы для тяжелых нагрузок; нейлон или фенольная смола для легких нагрузок;

3. Условия установки: избегайте использования нейлона во влажных средах (чтобы предотвратить поглощение воды); выбирайте фенольную смолу или керамику для изоляционных требований;

4. Справочные данные производителя: конструкции сепараторов различаются в зависимости от марки (например, SKF, NSK), поэтому при выборе следует обращаться к техническим руководствам по конкретным моделям.

Разумный выбор сепаратора подшипника может значительно повысить надежность и срок службы подшипника. Сепараторы особенно важны в экстремальных условиях (высокая скорость, высокая температура, коррозия).