Plieniniai rutuliai (arba riedantys rutuliai) yra pagrindinės rutulinių guolių sudedamosios dalys. Jų veikimas ir kokybė tiesiogiai lemia guolio ir net visos mechaninės sistemos eksploatavimo trukmę, tikslumą, patikimumą, greitį ir apkrovą{1}}. Tinkamų plieninių rutulių parinkimo guoliams svarba daugiausia atsispindi šiais aspektais:
1. Medžiaga lemia pagrindinį našumą
Nuovargio trukmė: aukštos-kokybės guolių plienas (pvz., GCr15, atitinkantis US 52100 plieną) po tinkamo terminio apdorojimo yra labai švarus ir vienodos mikrostruktūros, o tai gali labai pailginti guolio kontaktinį nuovargį.
Atsparumas dėvėjimuisi ir kietumas: Plieniniai rutuliukai turi būti itin kieti (paprastai HRC 60-66), kad būtų atsparūs dilimui, o taip pat turi tam tikrą tvirtumo laipsnį, kad nesulūžtų. Naudojant specialias programas, tokias kaip didelės spartos arba korozinė aplinka, gali reikėti naudoti tokias medžiagas kaip nerūdijantis plienas arba keramika (pvz., silicio nitridas Si3N4).
Matmenų stabilumas: medžiaga turi užtikrinti matmenų stabilumą ir užkirsti kelią mikro{0}}deformacijai ilgalaikio-naudojimo ar temperatūros pokyčių metu.
2. Apdirbimo tikslumas lemia darbo kokybę
Matmenų tikslumas (sferiškumas, skersmens skirtumas): tikslumo laipsniai (pvz., G3, G5, G10, G20 ir tt, su mažesniais skaičiais, rodančiais didesnį tikslumą) tiesiogiai veikia guolio sukimosi tikslumą, vibraciją ir triukšmą. Didelio-tikslumo guoliams (pvz., staklių velenams) reikalingi G5 arba G3 klasės plieniniai rutuliai.
Paviršiaus šiurkštumas: itin lygūs paviršiai sumažina trintį, sumažina temperatūros kilimą, sumažina susidėvėjimą ir triukšmą bei atitolina nuovargio skilimą.
Paviršiaus defektai: bet koks smulkus įbrėžimas, įtrūkimas ar duobė gali tapti įtempių koncentracijos tašku, tapti nuovargio gedimo priežastimi ir sukelti ankstyvą guolio pažeidimą.
3. Tiesioginis poveikis rakto guolio veikimui
Sukimosi tikslumas ir standumas:
Plieninių rutulių geometrinis tikslumas yra pagrindinis veiksnys, lemiantis guolio sukimosi eigą. Dėl mažo-tikslumo plieninių rutulių gali sumažėti įrangos apdirbimo tikslumas arba gali atsirasti matavimo klaidų.
Trinties sukimo momentas ir temperatūros kilimas:
Didelio-tikslumo, mažo-nešiurkštumo plieno rutuliukai užtikrina stabilesnį ir mažesnį trinties sukimo momentą, kuris yra labai svarbus tiksliesiems prietaisams ir greitaeigiams{2}}guoliams (pvz., verpstiniams ir aero-variklio guoliams), kad būtų išvengta perkaitimo.
Vibracija ir triukšmas (NVH našumas):
Plieninių rutulių geometrinės paklaidos ir paviršiaus kokybė yra vieni pagrindinių guolių vibracijos ir triukšmo šaltinių. Programose, kurioms reikalingas didelis tylumas, pvz., buitiniuose prietaisuose ir aukščiausios klasės varikliuose, reikia naudoti itin-aukšto tikslumo „tylaus“ plieno rutulius.
Apkrovos paskirstymas ir apkrova:
Vienodo dydžio plieniniai rutuliai užtikrina tolygų apkrovos paskirstymą guolyje. Dėl pernelyg didelių skersmenų skirtumų kai kurie plieniniai rutuliukai gali būti perkrauti, o kiti „neveikia tuščiąja eiga“, o tai žymiai sumažina faktinę guolio apkrovą ir tarnavimo laiką.
Didelis{0}}greitasis našumas:
Esant dideliam greičiui, išcentrinė jėga yra didžiulė. Naudojant mažesnio -tankio keraminius rutulius (pvz., silicio nitrido rutulius), galima žymiai sumažinti riedėjimo elementų išcentrinę jėgą, sumažinant slėgį išoriniame bėgimo takelyje, todėl galima pasiekti didesnį greitį ir mažesnį temperatūros kilimą.
4. Tiesioginė gedimo režimų koreliacija
Nuovargis Skilimas (įdubimas): paprastai atsiranda dėl įtempių koncentracijos taškų plieninio rutulio arba bėgimo tako paviršiuje; medžiagų kokybė ir grynumas yra lemiami veiksniai.
Susidėvėjimas: Nepakankamas paviršiaus kietumas ir šiurkštumas sukelia neįprastą nusidėvėjimą, padidina prošvaisą ir praranda tikslumą.
Lūžimas: dėl nepakankamo medžiagos tvirtumo arba vidinių defektų plieninis rutulys gali lūžti veikiant smūgio apkrovoms, o tai gali sukelti katastrofišką gedimą.
Klijų susidėvėjimas (susidėvėjimas): esant prastam tepimui arba esant didelėms apkrovoms, grubus{0}}paviršius plieniniai rutuliai yra labiau linkę į mikro-suvirinimą ir plyšimą su bėgimo taku.
Pagrindiniai aspektai renkantis plieno rutulius
Praktinėje inžinerijoje renkantis plieninius rutulius reikia{0}}pereiti pagal guolio naudojimo scenarijų:
1. Tikslumo laipsnis: tikslūs staklių verpstės, erdvėlaivių giroskopai → G3, G5 klasė; Bendrieji varikliai, automobilių ratų stebulės → G10, G20 klasė.
2. Medžiaga:
Dauguma pritaikymų: daug{0}}anglies chromo turintis plienas.
Korozinė aplinka: 440C nerūdijantis plienas ir kt.
Didelis greitis, aukšta temperatūra ir izoliacijos reikalavimai: Silicio nitrido (Si3N4) keraminiai rutuliukai (bet brangūs).
3. Matmenys ir leistinos nuokrypos: turi atitikti guolio konstrukcijos tarpą (vidinį tarpą).
4. Specialus apdorojimas: siekiant padidinti patikimumą, gali būti taikomos paviršių stiprinančios procedūros (pvz., jonų implantavimas) arba specialios paviršiaus tekstūros.
Santrauka: nors ir maži, plieniniai rutuliai yra rutulinių guolių „širdis“. Dėl vieno standarto neatitinkančio plieno rutulio gerai suprojektuotas ir pagamintas guolis gali per anksti tapti netinkamu naudoti. Šiuolaikinės mašinų pramonės tendencijos link didelio tikslumo, didelio greičio, ilgaamžiškumo ir didelio patikimumo plieno rutuliams keliami kokybės reikalavimai tampa vis griežtesni. Tinkamų plieninių rutulių pasirinkimas iš esmės yra tinkamiausių "genų" pasirinkimas pagrindinėms judančioms guolių sistemos dalims. Tai ne tik išlaidų klausimas, bet ir sistemos veikimo bei patikimumo kertinis akmuo. Todėl naudojant aukščiausios klasės-ar svarbias programas, pirkimas iš gerai-žinomų profesionalių plieninių rutulinių gamintojų ir kruopštus kokybės patikrinimas yra nepaprastai svarbi investicija.
