Пластиковые подшипники

Пластиковые подшипники – это механические узлы, позволяющие уменьшить трение между вращающимися частями подвижных механизмов. В отличие от традиционных металлических изделий, пластиковые изготавливаются из полимерных материалов, что придаёт им уникальные эксплуатационные характеристики.

Конструкция

Конструкция пластикового подшипника может отличаться в зависимости от его предназначения и эксплуатационных условий. Но, в общем случае, он состоит из следующих элементов:

• внутреннее кольцо – обычно изготавливается из конструкционного пластика высокой прочности и износостойкости;
• внешнее кольцо – сделано из высокопрочного пластика и может иметь различные модификации в зависимости от типа рабочих нагрузок;
• элементы качения – могут производиться из пластика, керамики, нержавеющей стали, титана;
• смазка – применяется специальная твёрдая смазка или самосмазывающийся пластик.

Особенности пластиковых подшипников

Подшипники из пластика имеют ряд существенных отличий от их металлических аналогов. Рассмотрим основные особенности этих деталей.

Материал. Пластик относится к материалам с низким коэффициентом трения. Благодаря этому, в процессе эксплуатации деталей существенно снижается величина силы трения в места контакта вращающихся элементов.

Лёгкий вес. Пластиковые детали значительно легче металлических аналогов, что снижает нагрузку на валы и другие элементы механизма.

Инертность по отношению к разным средам. Пластик устойчив к воздействию многих агрессивных жидкостей, газов. Это позволяет использовать полимерные детали в условиях повышенной влажности, агрессивных химических сред и т.д.

Самосмазываемость. Многие виды пластиков обладают самосмазывающимися свойствами, что исключает необходимость в применении дополнительной смазки и упрощает обслуживание техники.

Электрическая изоляция. Пластик является хорошим диэлектриком, что позволяет использовать такие изделия в электрических устройствах без опасности возникновения электрических разрядов.

Шумоподавление. Пластиковый подшипник работает существенно тише по сравнению с металлическими аналогами.

Преимущества

Проанализировав особенности пластиковых подшипников, можно выделить их основные преимущества:

• детали из пластика не подвержены коррозии, что позволяет применять их в агрессивных средах;
• благодаря небольшой массе полимерные изделия снижают эксплуатационные нагрузки на приводные механизмы и другие детали техники;
• применение пластиковых деталей уменьшает необходимость их обслуживания и снижает затраты на эксплуатацию оборудования;
• пластик является диэлектриком, поэтому детали из него не проводят электрические разряды, что защищает персонал от поражения током, а технику от поломок;
• подшипниковые узлы из полимеров существенно снижают уровень шумовой нагрузки от работающей техники.

Недостатки

Несмотря на многочисленные преимущества, у пластикового подшипника есть и ряд недостатков:

• ограниченная работа при высоких скоростях – пластиковые детали не всегда подходят для эксплуатации на высоких скоростях, так как они могут перегреваться и деформироваться;
• чувствительность к высоким температурам – полимеры имеют ограниченный температурный диапазон; при слишком больших температурах они могут терять свою жёсткость, что снижает их эффективность и срок службы;
• ограниченная грузоподъёмность – пластиковые изделия, как правило, не рассчитаны на высокие нагрузки, поэтому их практическое применение ограничено.

Классификация

Пластиковые подшипники классифицируются по различным критериям, среди которых ключевым является материал, из которого они изготовлены. Выбор материала напрямую влияет на эксплуатационные характеристики детали, такие как износостойкость, химическая стойкость, рабочая температура и др.

Классификация по материалу

Рассмотрим, какие стандартные материалы чаще всего применяются для производства полимерных подшипников.

Для изготовления колец используются следующие полимеры:

• полиоксиметилен (POM) – обладает высокой прочностью, жёсткостью, стойкостью к истиранию и химическим веществам;
• полипропилен (PP) – характеризуется низким коэффициентом трения, хорошей химической стойкостью и гибкостью; применяется в деталях, работающих в условиях повышенной влажности;
• полиамид (ПА) – обладает высокой прочностью, износостойкостью и ударной вязкостью; используется в подшипниках, работающих при высоких нагрузках.

Тела качения изготавливают из:

• нержавеющей стали – этот материал гарантирует высокую прочность и износостойкость;
• стекло – обладает высокой химической стойкостью и гладкой поверхностью, что существенно снижает коэффициент трения.

Конструкционное исполнение пластикового подшипника может не предусматривать наличия сепаратора. В моделях с сепаратором он изготавливается из прочного полимера, способного выдерживать большие нагрузки.

Для эксплуатации в сложных условиях и под специализированные задачи применяются подшипники, изготовленные из нестандартных материалов:

• полиэтилен (PE) – предназначен для изготовления деталей, работающих при низких температурах и в условиях сухого трения;
• полиэфирэфиркетон (PEEK) – отличается высокой прочностью, он термостойкий и не вступает в химические реакции с большинством рабочих сред;
• полиэтилентерефталат (PET) – предназначен для производства комплектующих под оборудование для пищевой промышленности; материал высокопрочен, устойчив к химически активным веществам;
• поливинилдифторид (PVDF) – применяется в подшипниках для агрессивных сред, отличается хорошей термостойкостью;
• полифениленсульфид (PPS) – характеризуется высокой прочностью, жёсткостью и термостойкостью; применяется в составе термоустойчивых деталей;
• полиимид (PI) – применяется для деталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях: высокие температуры, химически активная рабочая среда;
• боросиликатное стекло – отличается высокой химической стойкостью и прочностью; предназначено для применения в подшипниках для пищевой и химической промышленности;
• титан, нитрид кремния, оксид алюминия, оксид циркония – эти керамические материалы используются для изготовления шариков и роликов в подшипниках, требующих высокой износостойкости и работы при высоких температурах.

Применение таких нестандартных материалов позволяет значительно расширить возможности пластиковых подшипников, делая их пригодными для работы в условиях экстремальных температур, высокой скорости и агрессивных химических сред.

Типы полимерных подшипников качения и скольжения

В зависимости от принципа работы и конструкционного исполнения, пластиковые изделия можно разделить на устройства скольжения и качения. В подшипниках скольжения используют поверхность трения, а в подшипниках качения – шарики или ролики.

Полимерные подшипники качения, хотя и менее распространены, чем металлические, получили широкое практическое применение в ряде отраслей. К основным типам пластиковых подшипников качения относятся:

• Однорядные и двухрядные радиальные шарикоподшипники – внутреннее и внешнее кольца таких деталей изготавливаются из пластика, а тела качения могут быть как металлическими, так и керамическими. Применяются в лёгкой промышленности, пищевой промышленности и других отраслях, где требуется высокая коррозионная стойкость.
• Упорные шариковые модели – предназначены для восприятия осевых нагрузок. Пластиковые элементы обеспечивают низкий коэффициент трения и высокую химическую стойкость.
• Роликоподшипники – для производства колец и тел качения используется высокопрочный пластик. Применение роликов позволило увеличить грузоподъёмность изделий и расширить возможность их применения на сложные условия эксплуатации.
• Среди пластиковых подшипников скольжения популярны корпусные устройства, которые состоят из металлического корпуса и полимерной втулки. Корпус обеспечивает необходимую жёсткость, а втулка снижает трение. Опорные ролики с цапфой часто применяются в конвейерах, и системах с непрерывным движением рабочих элементов.

Выбор конструкции и материала для пластикового подшипника зависит от конкретных условий эксплуатации: тип нагрузки: радиальная, осевая или комбинированная

• скорость вращения
• температура окружающей среды
• агрессивность среды
• требования к износостойкости и долговечности

Область применения

Полимерные подшипники получили широкое практическое применение:

• пищевая промышленность – оборудование для производства и упаковки продуктов питания;
• медицинское оборудование – аппараты для диализа, насосы для лекарственных препаратов;
• химическая промышленность – насосы, клапаны, центрифуги;
• текстильная промышленность – ткацкие станки, прядильные машины
• электротехника – вентиляторы, приводы и др.;
• автомобильная промышленность – стеклоочистители, системы вентиляции, прочее;
• конвейерные системы – роликовые и ленточные конвейеры.

Это далеко не полный перечень возможных применений пластиковых подшипников. Современные технологии позволяют создавать композитные материалы, сочетающие в себе свойства различных полимеров и наполнителей. Это позволяет существенно расширить область применения полимерных деталей и создавать изделия с уникальными эксплуатационными характеристиками.