Ролкови лагери срещу лагери с топки: 5 проверки преди да специфицирате

Започнете от посоката на натоварването

Посоката на натоварването елиминира семейства, преди големината на натоварването изобщо да получи глас. Линейният контакт разпределя радиално натоварване върху по-голяма площ от точковия контакт, така че ролковите лагери обикновено поемат по-високи радиални натоварвания в същия обхват^{4,11,15,23,24}.

Това предимство е само радиално. Цилиндричният ролков лагер поема радиално натоварване и нищо друго, докато коничен ролков или ъглов лагер с топки разлага аксиалния компонент в същото седало^2,4,17–20.

Лагерът с топки с дълбоки жлебове стои по средата, поемайки умерено аксиално натоварване в двете посоки^2,5. Поставете лагер само за радиално натоварване в седало с комбинирано натоварване и повредата настъпва на контакта ролка/канавка, не чрез просто претоварване.

Вземете зъбен вал на редуктор: разделящата сила на зъбното колело е радиална, аксиалната тяга е аксиална. Цилиндричният ролков лагер поема радиалната половина, така че аксиалната половина трябва да отиде на коничен ролков или ъглов лагер с топки в същото седало.

Това е геометрично решение, а не решение за капацитет — цилиндричният лагер може да е достатъчно силен и пак да е грешната част. Преди да сравнявате каквито и да са рейтинги, запишете дали натоварването ви е само радиално, само аксиално или комбинирано, и изтрийте всяко семейство, което не може да поеме тази посока.

Ако седалото ви вижда аксиална тяга, опцията цилиндричен ролков лагер е извън списъка, преди каталогът да се отвори.

Скоростта ли отхвърля ролковия?

Проверете скоростта, преди да се влюбите в товароподемност. Точковият контакт генерира по-малко триене и топлина на оборот, така че лагерите с топки обикновено задържат по-висока гранична скорост и стойност dN от сравним по размер ролков лагер^11,15,23,24.

Същият линеен контакт, който разпределя натоварването, генерира и повече топлина при скорост, което е причината ролков лагер, избран чисто по капацитет, да прегрее при работната скорост, макар да е достатъчно силен¹⁵.

Един източник съобщава, че ъглови лагери с топки с малък ъгъл на допир 15° под маслено смазване могат да надхвърлят 30 000 об./мин за определени размери²¹.

Нито един източник тук не дава съответстващата ролкова скорост за същия отвор, така че третирайте това число като таван от страната на топките, срещу който да проверите, а не като сравнение. Практическият ред е: ако работната ви скорост е висока, семействата с топки са подразбирането и ролковият кандидат трябва да се оправдае с натоварване.

Ако работната ви скорост е умерена, а натоварването тежко, ролковият кандидат остава. Имайте предвид също, че уплътненият вариант на лагер с топки носи по-нисък скоростен лимит от отворената версия заради съпротивлението на уплътнението⁵ — така изборът на уплътнение може да върне лагер с топки под скоростта, която мислехте, че достига.

Запишете работните си об./мин и размера на отвора на листа за избор още сега, и поискайте от доставчика граничната скорост на всеки оцелял кандидат при този отвор.

Може ли монтажът да задържи несъосността?

Несъосността е проверката, която мълчаливо обезсилва товароподемност. Капацитетът на лагерите с топки, конични и цилиндрични ролки се основава на предположението, че несъосността не надвишава 0,0005 радиана, или 0,03°¹⁶.

Отвъд нея ръбът на контактния път носи натоварването и ресурсът L10 пада под изчислената стойност¹⁶. Сферичните ролкови лагери и самоцентриращите се лагери с топки са изградени да поемат несъосност вместо това, и специалните самоцентриращи се цилиндрични ролкови лагери могат да вземат 1,0° до 1,5°^4,16,17.

Това е разлика от повече от порядък между основата на рейтинга и това, което самоцентриращ тип понася.

Вземете опорен възел на линияов вал с ъглова грешка 1,0–1,5°: всеки несамоцентриращ кандидат е отпаднал на хартия, колкото и добре да изглежда каталожният му рейтинг, и сферичен ролков или самоцентриращ лагер се изисква, защото основата 0,0005 rad е надмината¹⁶.

Несъосността идва от две места — статично несъосни корпуси и валове, които се огъват под натоварване¹⁶ — така оценете и двете, преди да доверите рейтинг. Ако не можете да задържите седалото в 0,0005 rad, изобщо не сравнявайте товароподемности; избирайте първо от самоцентриращите се семейства.

Поискайте от доставчика за каква несъосност е оценен техният кандидат, защото източниците дават само базата 0,0005 rad и специалния случай 1,0–1,5°.

Нуждаете се от ролкова коравина, или преднатягането ще свърши работа?

Коравината е мястото, където семейството с топки отвръща на удара. Преднатягането премахва вътрешния ход и оптимизира контакта, така че ъглов лагер с топки може да се направи по-корав от това, което точковата му геометрия подсказва^2,21,22.

Именно затова шпинделите на машина инструменти използват преднатягани ъглови лагери с топки, вместо да приемат, че само ролките дават коравина^2,21,22. Сравнете двете опции с топки по коравина: лагер с топки с дълбоки жлебове е с ниска до умерена, докато ъглов лагер с топки е с висока, особено при преднатягане^2,21.

Вземете шпиндел на машина инструмент: преднатяганият ъглов лагер с топки е предпочитаният избор за коравина, срещу лагер с топки с дълбоки жлебове, чиято коравина е само ниска до умерена^2,21,22. Преднатягането е и регулируемо, така че инженерът може да настрои коравината и да предотврати плъзгане на топките за конкретната експлоатация²¹.

Две предупреждения идват с това. Ъгловите лагери с топки имат много ограничен толеранс за несъосност, обикновено само 0,5 до 1 градус, а аксиалната им товароподемност е около 25–35% от C0²¹ (по данни на доставчика).

Така печалбата в коравина е реална, но стеснява бюджета ви за несъосност. Ако бюджетът ви за огъване е стегнат, а седалото е добре изравнено, оценете преднатяганата ъглова опция, преди да приемете, че ролка е единственият корав отговор.

Поискайте от доставчика класа на преднатягане и произтичащата коравина, а не само номера на лагера.

Ще оцелее ли пътят на смазване при експлоатацията?

Смазването може да обърне избор на лагер, който е бил правилен по натоварване и скорост. Смазката е подразбирането за повечето приложения на ролкови лагери, защото е лесна за употреба, устойчива на изтичане и сравнително евтина³.

Тежките условия чупят това подразбиране: високите температури могат да сварят смазката, причинявайки загуба на вискозитет, контакт метал-върху-метал и евентуално заклинване, а покачващите се скорости на вентилаторите произвеждат същия ефект чрез по-висока работна температура³.

Там, където това се случва, се препоръчва масло, защото разсейва топлината и измива замърсители като прах, мръсотия, влага и метали от износване³. Ролковите лагери генерират повече триене и топлина от лагерите с топки¹⁵, така че ролков кандидат ви избутва към масления път по-рано.

Уплътнението дърпи в другата посока: уплътнените варианти на лагери с топки имат намалени скоростни лимити заради съпротивлението на уплътнението в сравнение с отворените лагери⁵.

Вземете тежка, високотемпературна или силно замърсена експлоатация: смазката може да загуби вискозитет и да допусне контакт метал-върху-метал, така че вместо това се специфицира маслено смазване — и уплътнен вариант на лагер с топки се отхвърля, защото съпротивлението на уплътнението понижава скоростния му лимит^3,5. Това са две независими ограничения върху същия чертеж.

Решете пътя на смазване и уплътнение, преди да пуснете изискването за лагер, защото то може да елиминира кандидата, който току-що избрахте. Поискайте от доставчика дали техният кандидат е оценен за вашия метод на смазване при вашата работна температура.

Кои кандидати оцеляват до заявката за оферта?

Изборът само по размер на обхвата игнорира динамичната товароподемност, граничната скорост, коефициента на триене и толеранса за несъосност, които действително задават ресурса^7,13,23. Лагер, който се събира в корпуса, пак може да е грешната част, защото четирите числа, които решават ресурса, не се виждат от отвора и външния диаметър.

Материалът, стилът и типът на клетката също могат да определят точността на въртене, якостта и цената на продукта, така че опциите за клетка принадлежат на същия разговор, а не на по-късна ревизия¹. Извършете проверките в този ред за всеки оцелял кандидат.

• ✓Потвърдете посоката на натоварването, която седалото действително вижда — само радиално, само аксиално или комбинирано — и изтрийте всяко семейство, което не може да я поеме.
• ✓Изтеглете каталожната динамична товароподемност Cr за всеки оцелял кандидат при нужния отвор, и я сравнете с еквивалентното ви натоварване P.
• ✓Изтеглете граничната скорост и стойността dN за кандидата при работната ви скорост, и проверете дали уплътен вариант я намалява.
• ✓Съпоставете несъосността, която монтажът дава, с рейтинговата основа 0,0005 rad, или преминете към самоцентриращ тип.
• ✓Изтеглете коефициента на триене и толеранса за несъосност от каталога, тъй като нито едното не е уредено от източниците тук.
• ✓Решете материала и стила на клетката рано, защото влияят на точността на въртене, якостта и цената на продукта.

Може ли лагер с топки с дълбоки жлебове да го затвори?

Преди да платите за ролково или ъглово решение, проверете дали случаят за обща употреба вече не е затворен. Масовото производство и стандартизацията правят лагера с топки с дълбоки жлебове най-икономичния тип ролков лагер за приложения за обща употреба^5,10.

Ролковите лагери обикновено са по-скъпи от лагерите с топки при сравнима точност^15,22, а ъгловите лагери с топки струват повече от типовете с дълбоки жлебове^2,22. Така евтиното семейство често е и правилното — но само вътре в аксиалния му лимит.

Лагер с топки с дълбоки жлебове поема аксиално натоварване в двете посоки, и един източник поставя този капацитет на около 20–30% от статичния радиален рейтинг, докато друг го поставя на 25–35% от C0^2,5,10.

Вземете приложение за обща употреба с умерено натоварване: лагер с топки с дълбоки жлебове го затваря, стига аксиалният компонент да стои вътре в този диапазон, срещу ъглов лагер с топки, който би поел комбинираното натоварване по-добре, но струва повече^2,5,10,22.

Диапазонът има значение, защото двата източника не са съгласни, така че проектирайте към долната граница, докато каталогът на избрания доставчик не потвърди стойността. Ако аксиалното ви натоварване стои близо до горната граница на диапазона, ъгловата опция е по-безопасният избор дори при по-висока цена.

Проверете аксиалното си натоварване срещу C0, преди да приемете икономичния отговор.

Цилиндричен или коничен ролков?

След като семейството ролкови е избрано, следващото разделяне е цилиндричен срещу коничен. Под чисто радиално натоварване цилиндричните ролкови лагери генерират по-малко триене и топлина от коничните ролкови лагери¹⁹.

Коничните ролкови лагери могат да генерират малко повече топлина заради коничната си конструкция, но са по-подходящи за приложения с комбинирани радиални и аксиални натоварвания¹⁹. Това е компромисът: наказанието в триене купува комбинирания капацитет, и то е свойство на геометрията, а не дефект на семейството ролкови.

Двата типа се различават и в регулирането. Цилиндричните ролкови лагери обикновено имат фиксиран ход с ограничено регулиране по време на монтажа, докато коничната конструкция позволява ходът да се регулира при монтажа, давайки гъвкавост за оптимизиране на работата при различни работни условия¹⁹.

Вземете чисто радиална ролкова експлоатация: цилиндричният ролков лагер е избран за по-малко триене и топлина. Поставете същото седало под аксиална опора и вместо това се избира коничният ролков лагер, с приемането на малко по-високото триене¹⁹.

Коничните ролкови лагери също поемат големи радиални и аксиални натоварвания в сравнение с лагерите с топки или цилиндричните, защото коничната геометрия увеличава контактната площ⁴. Така въпросът не е кой ролков е по-добър — а дали седалото ви се нуждае от аксиалния капацитет.

Ако се нуждае, приемете триенето и специфицирайте коничен; ако не, вземете по-хладния цилиндричен.

Къде източниците не са съгласни

Два източника дават различни проценти аксиален капацитет за един и същ лагер, и класациите за цена и скорост не са посочени еднакво от всеки източник.

Спецификация, която цитира едно число като факт, може да бъде опровергана от собствения каталог на доставчика, така че третирайте всяко спорно число като диапазон за потвърждаване, а не като число, към което да проектирате. Таблицата по-долу държи и двете страни видими, така че да виждате кое число да проверите и как (по данни на доставчика).

Какво източниците не установяват

• Няма съпоставено по размер съотношение на радиалната товароподемност за ролкови срещу лагери с топки
• Няма сравнителни числа за скоростен лимит (об./мин или dN) за съпоставени размери лагери с топки и ролкови
• Няма коефициент на триене или стойности за момент за лагери с топки срещу ролкови
• Няма ценови фигури или количествено ценово сравнение между ролкови лагери и лагери с топки
• Няма допустими ъгли на несъосност по тип производител отвъд базата 0,0005 rad и специалния самоцентриращ случай 1,0–1,5°
• Няма директно сравнение на коравина (огъване под натоварване) между ролкови лагери и лагери с топки
• Нито един източник не посочва, че ролковите лагери се нуждаят от повече смазка или по-честа поддръжка от лагерите с топки
• Няма обяснение на ценовата разлика чрез производствена сложност или материали