Комплектование радиально-упорных подшипников: выбор схемы DB, DF или DT и способа предварнего натяга до запроса RFQ

Отсеките схемы, которые не воспримут направление вашей осевой нагрузки

Начните с направления осевого усилия, потому что оно отсекает варианты ещё до любого разговора о жёсткости. У однорядного радиально-упорного подшипника дорожки качения смещены вдоль оси, и именно это смещение позволяет ему воспринимать осевую нагрузку только в одном направлении⁹.

Если ваша задача реверсивная — шпиндель, режущий в обе стороны, вал, который должен фиксироваться по оси в обе стороны, — одиночный подшипник работу не выполнит. Схема обязана быть парой⁹.

Тандем (DT) тоже не ответ на реверсивную нагрузку. В DT оба подшипника делят нагрузку в одном направлении, что повышает одностороннюю осевую грузоподъёмность, но не добавляет способности в противоположном направлении⁸⁹.

Там, где применяется тандемная пара, противоположное усилие всё равно должен воспринять другой узел на валу³. Первый выбор поэтому прост: двунаправленная осевая нагрузка указывает на DB или DF, а DT остаётся для задач, тяжёлых только в одном направлении.

DB или DF: жёсткость на момент против переносимости перекоса

И DB, и DF воспринимают двунаправленную осевую нагрузку, поэтому выбор между ними касается момента и соосности, а не осевой способности. В схеме O (DB) вершины угла контакта направлены наружу, что даёт паре большой эффективный пролёт.

Именно пролёт обеспечивает высокую жёсткость на момент и сопротивление опрокидыванию¹². DF обращает геометрию, сокращая эффективный пролёт и снижая моментную способность.

Но меньший пролёт лучше переносит угловой перекос между валом и корпусом⁸¹². Практика монтажа добавляет второе условие.

Там, где нужен натяг между внутренним кольцом и валом и возможна ошибка монтажа, схема X упрощает сборку¹³. Там, где требуется высокая жёсткость под преднатягом, рекомендуемой схемой является O¹³.

Поэтому DB описывается как самая распространённая и универсальная схема для шпинделей станков¹². Чего из этих данных не получить, так это числа.

Ни один источник здесь не даёт порога жёсткости или моментной нагрузки, который указывал бы, где DB перестаёт быть достаточным и DF становится необходимым⁸¹²¹³. Относитесь к выбору как к качественному и вынесите моментную нагрузку и бюджет соосности на обсуждение с поставщиком.

Заводской дуплекс-комплект или несогласованная пара со шлифованными распорными кольцами

Преднатяг в парном комплекте чаще всего обеспечивается заказом согласованной дуплекс-пары¹². В заводском комплекте преднатяг или внутренний осевой зазор уже заданы поставляемыми с парой распорными кольцами.

Регулировочная работа выполнена до того, как подшипники к вам прибудут⁴. Компоновка несогласованных подшипников переносит эту работу в ваше производство.

Она требует предварительного измерения соответствующих осевых размеров подшипников и, где применимо, корпуса; решения о целевом осевом зазоре. А для схемы O (DB) — ещё и изготовления внутреннего распорного кольца в дополнение к наружному, отшлифованного с точностью, которую требуют условия эксплуатации⁴.

Если преднатянутая пара должна жёстко опираться через корпус в схеме O, то ширину корпуса также требуется определить, чтобы вычислить эффективную длину распорного кольца⁴. Ширина распорного кольца — не нейтральная деталь после сборки пары.

Если распорное кольцо вала уже кольца корпуса, преднатяг в схеме O (DB) увеличивается, а в схеме X (DF) уменьшается²². Этот рычаг вы и используете для точной настройки преднатяга несогласованной пары.

Именно поэтому согласованный комплект, где геометрию уже зафиксировал поставщик, исключает переменную из вашей сборочной линии.

Выбор класса преднатяга или дискретного значения силы

Преднатяг указывается либо классом, либо дискретной силой — в зависимости от системы спецификации, которой следует ваш чертёж. Путь ISO использует GA, GB и GC для лёгкого, среднего и тяжёлого преднатяга; американский путь использует суффиксы, привязанные к заявленной силе в ньютонах³.

Сам преднатяг — это то, что устраняет внутренний зазор, повышает жёсткость и предотвращает проскальзывание шариков, поэтому названный вами класс определяет поведение пары¹⁸. Чего таблица не даёт, так это значения для вашего типоразмера.

Сила за классом GA, GB или GC, а также вызываемое ими осевое смещение или изменение угла контакта в этих данных не опубликованы³¹⁸. Укажите класс или дискретную силу, затем запросите у производителя значение для конкретного размера и результирующее смещение.

Угол контакта и потолок частоты вращения до фиксации схемы

Угол контакта — вторая половина решения «нагрузка против частоты вращения», и он фиксируется заказом, а не сборкой. Более крутой угол повышает осевую способность и осевую жёсткость; более пологий поддерживает более высокую частоту вращения и большую радиальную нагрузку⁸⁹¹⁸.

Высокоточные высокоскоростные подшипники обычно применяют 15°, а 40° — это угол, при котором осевая способность максимальна⁸⁹. Частота вращения затем ограничивает сепаратор и смазку.

Если подшипник выбирается для работы в пределах 80% его предельной частоты вращения, инженерный отдел производителя должен проанализировать применение и порекомендовать способ смазки и сепаратор¹⁰. Когда рабочая частота значительно превышает предельную, необходима более прочная конструкция сепаратора из-за возникающих центробежных напряжений¹⁰.

Один поставщик заявляет, что подшипники с малым углом 15° при масляной смазке для определённых размеров могут превышать 30 000 RPM. Но это значение конкретного поставщика для конкретных размеров, а не предел, применимый к вашему подбору¹⁸.

Поэтому до фиксации схемы сверьте рабочую частоту с предельной частотой для размера, который намерены купить, а решение о смазке и сепараторе передайте поставщику вместо того, чтобы принимать его по умолчанию.

Применимы ли опубликованные коэффициенты эквивалентной нагрузки к вашей преднатянутой паре

Если вы планируете считать ресурс L10 самостоятельно, выбранная схема меняет арифметику. Коэффициенты X и Y динамической эквивалентной нагрузки различаются для однорядной или тандемной схемы и для пары DB или DF.

Они зависят также от угла контакта и от отношения осевой нагрузки к радиальной²⁵. При угле контакта 15° и Fa/Fr выше e, например, Y составляет 1,47 для однорядной или тандемной схемы против 2,39 для пары O (DB) или X (DF)²⁵.

Использование неверного столбца смещает эквивалентную нагрузку, а значит, и расчётный ресурс. Есть и ещё одно условие.

Уравнения эквивалентной нагрузки для парных схем, по заявлению, применимы, когда внутренний зазор и преднатяг во время работы равны нулю¹⁵. Преднатянутая пара этому допущению не удовлетворяет, поэтому опубликованные коэффициенты — отправная точка, а не окончательный ответ для преднатянутого комплекта.

Спросите у поставщика, какая база эквивалентной нагрузки использована для называемого им ресурса и учитывает ли она заданный вами преднатяг.

Что запросить у поставщика до отправки RFQ

Опубликованные данные называют требования к преднатягу и монтажу, но останавливаются перед числами, по которым вы будете закупать. Вот позиции, которые следует запросить, а не принять по умолчанию.

• ✓Значение преднатяга для вашего типоразмера для указанного класса или дискретной силы плюс результирующее осевое смещение и изменение угла контакта
• ✓Класс точности, который поставщик предлагает для схемы и преднатяга, и стандарт, относительно которого он заявлен
• ✓Размеры заплечиков и галтелей, а также данные резьбы контргайки для вала и корпуса, которые вы намерены использовать
• ✓Поставляется ли пара как согласованный дуплекс-комплект с заранее заданными распорными кольцами или как подшипники в индивидуальной упаковке, которые вам предстоит спаривать и калибровать прокладками
• ✓Являются ли подшипники universal-matchable, то есть можно ли смонтировать вместе любые два из склада
• ✓Изменение преднатяга от температуры в вашем рабочем диапазоне — некоторые поставщики предлагают для этого тепловой калькулятор
• ✓Ресурс L10 для вашего реального спектра нагрузок и комбинации схема/преднатяг, а не каталожную величину

Где источники расходятся или оставляют значение открытым

Несколько величин фигурируют в источниках более чем в одном виде, и при составлении спецификации различия имеют значение.

Чего источники не устанавливают

• Нет значений преднатяга для конкретных типоразмеров, а также вызываемого ими осевого смещения или изменения угла контакта для какого-либо класса преднатяга или дискретной силы.
• Нет класса точности (ABEC/ISO P4, P2), привязанного к конкретному преднатягу или схеме.
• Нет количественного порога жёсткости или моментной нагрузки для выбора между DB и DF.
• Нет количественной оценки изменения преднатяга от температуры и таблиц предельной частоты вращения для конкретных схем.
• Нет размеров заплечиков и галтелей, данных резьбы контргайки или сведений о universal-matchability.
• Нет результатов ресурса L10 для конкретных комбинаций схемы и преднатяга или спектров нагрузок.
• Нет данных о стоимости единицы, MOQ или доступности согласованных пар, характерных для радиально-упорных подшипников.
• Пружинный преднатяг и методы преднатяга прокладками или контргайкой названы в требованиях, но содержательно не описаны в данных, поэтому здесь их невозможно сравнить с преднатягом согласованного комплекта.