Характеристики и применение шарнирных подшипников

​

Шарнирный подшипник — это специальный подшипник скольжения, отличающийся от традиционных подшипников качения своей способностью обеспечивать многомерное угловое отклонение. Он состоит в основном из внутреннего кольца (внутренней сферической втулки) и внешнего кольца (внешнего сферического корпуса), а его сферическая контактная поверхность позволяет гибко поворачиваться или наклоняться в определенном угловом диапазоне. Ниже приводится упрощенный обзор его основных характеристик и типичных областей применения.

I. Основные характеристики​

Разработанные для ситуаций, требующих «угловой компенсации», шарнирные подшипники ориентированы на гибкость, грузоподъемность и адаптивность и обладают шестью ключевыми характеристиками:​

1. Многонаправленное угловое движение​

Это их наиболее важная особенность: сферический контакт между внутренним и внешним кольцами обеспечивает радиальное, осевое и угловое сложное отклонение. Типичные углы поворота составляют от ±3° до ±20°. Эта способность компенсирует ошибки монтажа, деформацию компонентов или угловые отклонения во время работы.​

2. Высокая несущая способность​

Сферический контакт обеспечивает большую площадь несущей нагрузки. Износостойкие пары, такие как металл-металл (например, сталь-бронза) или металл-композит (например, сталь-PTFE-ткань), позволяют им выдерживать радиальные, осевые или комбинированные нагрузки. Модели для тяжелых условий эксплуатации могут иметь номинальную динамическую нагрузку до тысяч ньютонов.​

3. Низкие эксплуатационные расходы​

Большинство шарнирных подшипников имеют самосмазывающуюся конструкцию: наружные кольца могут иметь заранее спроектированные смазочные канавки/масляные отверстия, а внутренние кольца могут быть инкрустированы твердой смазкой или PTFE-вставками, что исключает необходимость частого добавления смазки. Их простая конструкция (без элементов качения, в отличие от шариковых/роликовых подшипников) снижает износ и количество точек отказа, уменьшая потребность в техническом обслуживании. ​

4. Приспособленность к суровым условиям эксплуатации​

Корпуса могут быть герметичными (например, с резиновыми уплотнениями) или изготовлены из коррозионно-стойких материалов (например, нержавеющей стали, инженерных пластиков), устойчивых к пыли, осадкам и брызгам воды. Они также выдерживают умеренные ударные нагрузки и вибрации, что делает их пригодными для использования в суровых условиях, таких как неровные строительные площадки.​

5. Простота установки и регулировки​

Благодаря угловой компенсации при установке не требуется строгая соосность внутреннего и внешнего колец. Это снижает требования к точности, что особенно полезно при сборке крупных компонентов (например, робототехнических манипуляторов, подшипников мостов), где трудно достичь высокой соосности.​

6. Пригодность для использования при низких скоростях и высоких нагрузках​

В первую очередь предназначенные для «низкоскоростного качания» (обычно <50 об/мин), их сферическое скользящее трение стабильно при низких скоростях, что позволяет избежать таких проблем, как «проскальзывание» или «вибрационный шум», характерных для подшипников качения. Это делает их идеальными для сценариев с высокими нагрузками и низкой частотой движения. ​

II. Типичные области применения​

Благодаря вышеуказанным характеристикам, шарнирные подшипники широко используются в областях, где требуется угловая компенсация, низкоскоростные тяжелые нагрузки или суровые условия эксплуатации, и имеют пять основных категорий применения:​

1. Строительная техника (основное применение)​

Строительная техника подвергается сильным вибрациям, деформациям и угловым изменениям во время работы, что делает эти подшипники ключевыми деталями трансмиссии. В экскаваторах они соединяют стрелу с рукоятью, а рукоять с ковшом, компенсируя колебания, связанные с экскавацией. В погрузчиках они соединяют коромысло с рамой и поддерживают механизм наклона ковша, выдерживая тяжелые нагрузки и угловые отклонения. В кранах они обеспечивают телескопические соединения стрелы и соединяют цилиндры подъема с рамами, обеспечивая гибкое вращение стрелы.​

2. Автоматизация и робототехника​

Промышленные роботы (особенно многосуставные модели) нуждаются в точном многомерном движении, и эти подшипники составляют их «суставное ядро». В многоосевых роботизированных манипуляторах они соединяют большие манипуляторы с маленькими и маленькие манипуляторы с концевыми эффекторами (захватами), обеспечивая угол поворота от ±10° до ±20° для гибкости. В автоматизированных производственных линиях они используются в поворотных соединениях конвейеров и шарнирах подъемных платформ, компенсируя незначительные отклонения в работе. ​

3. Транспорт​

Автомобили, корабли и транспортные системы подвергаются вращению компонентов из-за неровностей дорог/морей или рельсов, и эти подшипники обеспечивают амортизацию и угловую компенсацию. В автомобилях они соединяют рычаги подвески с рамами и шарнирами рулевых тяг (например, нижние рычаги стоек МакФерсона), повышая стабильность. На судах они поддерживают соединения валов пропульсивных механизмов и палубное оборудование (например, якорные лебедки), противостояя коррозии морской водой и ударам. В железнодорожном транспорте они улучшают амортизацию тележек в метро/высокоскоростных поездах, компенсируя вибрации, вызванные рельсами.​

4. Аэрокосмическая промышленность (высокая точность/надежность)​

Аэрокосмическое оборудование предъявляет строгие требования к весу, термостойкости и надежности, поэтому эти подшипники используются в ключевых движущихся частях. В самолетах они обеспечивают втягивание шасси и соединения системы управления (например, соединения элеронов/элеваторов), выдерживая перепады температуры от -50 °C до 200 °C. В космических аппаратах они поддерживают управление антеннами спутников и поворотные соединения ракетных двигателей, требуя отсутствия смазки (или смазки с длительным сроком службы) и устойчивости к вакууму.​

5. Прочее общее оборудование​

В медицинском оборудовании они используются в суставах хирургических роботов и соединениях протезов, где требуется низкий уровень шума и высокая точность. В текстильном оборудовании они поддерживают качание рамы челнока ткацкого станка и направляющие ролики красящего оборудования, адаптируясь к низкоскоростным тяжелым нагрузкам и влажности. В дополнительных строительных применениях они помогают подшипникам поворота башенных кранов и соединениям стрел бетононасосов, выдерживая сверхтяжелые нагрузки. ​

III. Основные отличия от подшипников качения​

Чтобы прояснить их роль, приведем основные отличия шарнирных подшипников от традиционных подшипников качения (например, радиальных шарикоподшипников):​

• Форма движения: шарнирные подшипники используют сферическое скольжение для многонаправленного углового отклонения; подшипники качения используют трение качения для однонаправленного вращения (некоторые поддерживают угловой контакт).
• Тип нагрузки: шарнирные подшипники выдерживают комбинированные радиальные/осевые нагрузки и тяжелые нагрузки; подшипники качения ориентированы на радиальные (радиальные) или осевые (упорные шариковые) нагрузки.
• Адаптивность к скорости: шарнирные подшипники подходят для низких скоростей (<50 об/мин); подшипники качения превосходны при высоких скоростях (до десятков тысяч об/мин).
• Основные преимущества: шарнирный подшипник обеспечивает высокую угловую компенсацию и ударопрочность; подшипники качения имеют низкое трение и стабильность при высоких скоростях.
• Типичные сценарии: шарнирный подшипник используется в петлях, качающихся механизмах и конструкциях с высокими нагрузками; подшипники качения подходят для валов двигателей, редукторов и высокоскоростных вращающихся валов.
• ​