Шарикоподшипники или роликоподшипники: когда решают нагрузка и скорость, а когда — исполнение

Нагрузка и скорость первыми определяют тип подшипника

Начните с рабочей точки, а не с каталога. Шарикоподшипники работают при точечном контакте, роликоподшипники — при линейном, и именно это одно геометрическое различие задаёт тот компромисс, который вы покупаете¹¹.

При одинаковых посадочном отверстии и наружном диаметре роликоподшипник, как правило, имеет большую базовую динамическую грузоподъёмность C, потому что линейный контакт распределяет напряжение по большей площади¹¹.

Та же геометрия оплачивается скоростью: линейный контакт создаёт больше трения и тепла на один оборот, поэтому предельная частота вращения и значение dN у роликоподшипников, как правило, ниже, чем у сопоставимого по размеру шарикоподшипника¹¹. Именно поэтому рекомендации по подбору ставят величину и направление нагрузки на первое место, а проверку скорости — на второе¹⁰.

Малые и средние нагрузки указывают на шарикоподшипники, большие — на роликоподшипники; высокая частота вращения благоприятствует шарику, низкая — ролику¹⁰²⁰. Перекос, жёсткость и цена вступают в разговор только после того, как кандидат прошёл обе проверки, и большинство реальных применений решают вопрос одной лишь нагрузкой и скоростью¹⁰.

Для собственного подбора относитесь к типу как к короткому списку, а не как к приговору. Если нагрузка мала или средняя, а скорость высока, шарикоподшипник — обоснованный выбор по умолчанию по скорости, трению и стоимости при сопоставимой точности¹¹.

Если же радиальная нагрузка велика в фиксированных габаритах, линейный контакт ролика — это причина оставить его в списке¹¹.

Проверьте выигрыш по L10, прежде чем платить за линейный контакт

Преимущество ролика по нагрузке — не фиксированный процент; оно накапливается. Базовая формула расчётного ресурса одинакова для обоих типов, но отношение нагрузки возводится в степень 3 для шарикоподшипников и 10/3 для роликоподшипников¹⁷.

Поэтому большая C при той же эквивалентной динамической нагрузке P даёт больше, чем пропорциональный рост ресурса, и разрыв увеличивается по мере роста нагрузки¹¹¹⁷. Проводите расчёт по конкретным кандидатам, а не по названию типа.

Возьмите из каталога базовую динамическую грузоподъёмность каждого подшипника и свою эквивалентную динамическую нагрузку, примените показатель для соответствующего типа и сравните полученные L10 на вашей скорости¹⁰¹⁷. Если большая C ролика не даёт нужного ресурса на вашей рабочей точке, довод в пользу принятия его ограничений по скорости и нагреву ослабевает.

В этом расчёте нужны две оговорки. Статическая грузоподъёмность C0 значит не меньше C для режимов с длительной остановкой или ударной нагрузкой, поскольку тяжёлая посадка с натягом или задача позиционирования может превысить C0 намного раньше, чем приблизится к динамической грузоподъёмности¹¹.

И источники здесь не дают согласованной пары C и C0 для шарика и ролика в одних габаритах. Значит, пороговую нагрузку с этой страницы прочитать нельзя — её нужно рассчитать по двум каталогам, по которым вы запрашиваете предложение¹¹.

Предел скорости читайте по заказываемому исполнению, а не по типу

Утверждение о скорости на уровне типа — это не значение из каталога. Допустимая частота вращения зависит от заказываемого исполнения: один и тот же посадочный диаметр 6304 указан как 17000 об/мин в открытом исполнении, 14000 об/мин с закрытиями ZZ или 2RS и 10000 об/мин с DU или DDU².

Диаметр отверстия, значения грузоподъёмности и габариты в этих трёх строках одинаковы; изменилась только система уплотнения. Поэтому, сравнивая шариковый кандидат с роликовым, сравнивайте те конкретные номера деталей, которые вы будете покупать, с теми уплотнением, защитной шайбой, сепаратором и смазкой, которые собираетесь применять²¹¹.

Запас по скорости, который есть у открытого исполнения, может исчезнуть у закрытого. Этот предел — ещё и предел смазки, а не только подшипника.

Коэффициент скорости n·dm связывает частоту вращения с диаметром качения, и если он превышает максимум из паспорта смазки, смазка не обеспечивает достаточной плёнки и наступает преждевременный отказ²⁰. Сверьте своё n·dm с паспортом выбранной смазки, прежде чем принимать каталожную частоту вращения как рабочую²⁰.

Взвесьте трение, нагрев и спецификацию смазки на вашей скорости

Часть ограничения ролика по скорости носит тепловой и смазочный характер, и это отражается на том, что вам приходится покупать. Роликоподшипники со смазыванием консистентной смазкой требуют также смазки с более высокой степенью выделения масла, чем шарикоподшипники, потому что вращение шариков и более узкие контакты шариков восстанавливают масляную плёнку легче, чем контакт ролика²¹.

Отвод тепла тоже не задаётся одним лишь подшипником. Более высокая нагрузка увеличивает тепловыделение и температуру, а конструкция корпуса и поток воздуха определяют, какая доля этого тепла уходит, поэтому рабочий предел скорости зависит и от установки, и от детали¹³.

Опубликованные коэффициенты предельной скорости, как указано, применимы, когда расчётный ресурс составляет не менее 100 000 часов; для более нагруженных подшипников нужны скорректированные пределы от поставщика¹³. Если ваша рабочая точка находится у верхней границы диапазона скоростей ролика, практический вопрос в том, способны ли смазка и корпус отвести дополнительное тепло.

Там, где они на это не способны, система смазывания масляной пылью допускает большую скорость при меньшем нагреве, чем смазка, но требует внешнего смешивания и дозирования, а также фильтрованного воздуха, поэтому стоит дороже²⁰.

Осевая нагрузка и перекос определяют исполнение

Когда тип уже выбран, способность нести осевую нагрузку и перекос определяется исполнением, а не противопоставлением «шарик против ролика». Шарикоподшипник радиальный однорядный с глубокими канавками воспринимает радиальную нагрузку плюс осевую нагрузку в обоих направлениях².

Шарикоподшипник радиально-упорный воспринимает значительную осевую нагрузку в одном направлении, и более крутой угол контакта несёт большую осевую нагрузку³. На стороне роликов роликоподшипник с коническими роликами несёт заметно большую комбинированную радиальную и одностороннюю осевую нагрузку, чем сопоставимый по размеру радиально-упорный шарикоподшипник, при меньшей максимальной частоте вращения¹².

Роликоподшипник со сферическими роликами самоустанавливается, сохраняя при этом способность нести тяжёлую комбинированную радиальную и осевую нагрузку, поэтому он встречается в редукторах, приводных барабанах конвейеров и промышленных вентиляторах¹². Перекос можно решить и внутри семейства шарикоподшипников.

Шарикоподшипник с самоустанавливающимся сепаратором допускает перекос и стоит дешевле роликоподшипника со сферическими роликами, поэтому по этому критерию самоустанавливающийся шарикоподшипник может выиграть у роликоподшипника без самоустановки¹⁸⁴. Если компоновка должна компенсировать тепловое расширение или накопленный допуск по оси, один подшипник фиксирует положение, а второй плавает.

А роликоподшипник с цилиндрическими роликами с одной прямой дорожкой является предпочтительным плавающим подшипником, потому что ролики скользят вдоль этого пути²⁷.

Проверки, которые нужно закрыть до запроса предложения

Это те пункты, которые меняют ответ после выбора типа, и каждый из них должен исходить из каталога или поставщика, а не из правила уровня типа.

• ✓Подтвердите предельную частоту вращения для точного номера детали с вашими уплотнением, сепаратором и смазкой, а не значение для открытого исполнения.
• ✓Сверьте своё n·dm с максимумом из паспорта выбранной смазки, прежде чем принимать каталожную частоту вращения.
• ✓Запросите у поставщика скорректированные пределы скорости, если расчётный ресурс окажется ниже 100 000 часов.
• ✓Рассчитайте L10 для обоих кандидатов с правильным показателем и со своей эквивалентной динамической нагрузкой.
• ✓Проверьте C0 на длительную остановку, посадку с натягом и ударные нагрузки, а не только на динамическую грузоподъёмность.
• ✓Назначьте класс допуска посадочного отверстия корпуса по случаю нагрузки: H7 для неподвижной дорожки корпуса, K7 или M7 для неопределённого или вращающегося положения.
• ✓Включите смазывание, частоту обслуживания и трудозатраты на замену в сравнение затрат, а не только цену за единицу.

Где источники оставляют сравнение открытым

Перечисленные ниже расхождения — это места, где ответ на уровне типа был бы догадкой. Каждая строка показывает, какую сторону и как нужно проверить до того, как вы примете решение.

Перед запросом коммерческого предложения

• Запросите у поставщика подтверждения по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменило бы ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждения по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменило бы ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждения по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменило бы ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждения по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменило бы ваше решение о закупке.
• Запросите письменное коммерческое предложение с базой цены, минимальным объёмом заказа, оснасткой, условиями оплаты и сроком изготовления.
• Подтвердите наименованный объём сервисного покрытия, ожидаемые сроки ответа и условия гарантии для вашего направления поставки.
• Запросите у поставщика подтверждения по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменило бы ваше решение о закупке.