Выбор подшипников для центробежных насосов и объёмных компрессоров: тип, посадка, смазка, уплотнение и база ресурса

Сначала выберите тип по распределению нагрузки и скорости

Зафиксируйте тип подшипника, прежде чем браться за зазор, посадки или смазку. Решение о типе следует из того, как нагрузка делится между радиальной и осевой, и как быстро вращается вал.

Тяжёлые нагрузки указывают на роликоподшипники, лёгкие — на шарикоподшипники. Высокая частота вращения благоприятствует шарикоподшипникам, низкая — роликоподшипникам^1,11.

Позиция, несущая только радиальную нагрузку, может использовать цилиндрический роликоподшипник N или NU, который вообще не воспринимает осевую нагрузку¹. Когда радиальная и осевая нагрузки приходят вместе, показанным типом является шарикоподшипник с угловым контактом.

Он несёт большую осевую нагрузку, чем шарикоподшипник с глубоким желобом сопоставимого размера^1,16. Угол контакта — следующая настройка: больший угол покупает осевую способность, меньший благоприятствует высокой частоте, то есть эти два требования торгуются друг с другом¹⁶.

Попросите изготовителя подтвердить угол относительно вашего фактического отношения осевой нагрузки к радиальной, поскольку ни один источник здесь не даёт таблицы угол — нагрузка.

Предусмотрите одну фиксирующую и одну плавающую опору

Вал на двух опорах обычно нуждается в одном подшипнике, который жёстко фиксирует его, и в другом, свободном для осевого перемещения⁹. Причина тепловая: вал и корпус растут по-разному, либо осевые допуски накапливаются между двумя посадочными местами.

Пара осевых фиксированных подшипников борется с этим перемещением и нагружает себя паразитной осевой силой⁹. Самая чистая плавающая опора — цилиндрический роликоподшипник с одной прямой дорожкой, потому что ролики просто скользят по прямому пути при смазке⁹.

Если вместо него использовать шарикоподшипник с глубоким желобом, двухрядный с угловым контактом, конический или сферический роликоподшипник, обычная практика — дать его наружному кольцу скользить в корпусе⁹. Решите, какое посадочное место фиксирует, а какое плавает, до выпуска чертежа корпуса.

Этот выбор задаёт посадку наружного кольца на каждом конце.

Рассматривайте зазор и посадки как одно решение

Посадки с натягом не бесплатны: плотная посадка на валу расширяет внутреннее кольцо, а плотная посадка в корпусе сжимает наружное. И то и другое съедает внутренний зазор⁴.

Если зайти достаточно далеко, рабочий зазор становится отрицательным, что проявляется как избыточное трение и ранний отказ⁴. Цель — почти нулевой рабочий зазор, а остаточный зазор можно убрать шайбами или пружинами, создающими предварительный натяг⁴.

Натяг — инструмент с потолком. За оптимумом жёсткость растёт лишь незначительно, тогда как трение и нагрев растут, а ресурс существенно падает²⁴.

В цилиндрических роликоподшипниках, которые требуют более плотных посадок и начинают с большего зазора, обычно предпочитают нормальный зазор (CN) вместо C3, чтобы нагруженная зона не уменьшилась после монтажа¹².

Классы отверстия корпуса выбирают по типу нагрузки и по тому, должно ли кольцо иметь возможность смещаться; JS7 и K7 упомянуты для электродвигателей, насосов и коренных опор коленчатого вала²¹. Относитесь к этому как к стартовому классу и попросите изготовителя подтвердить пару относительно вашей фактической посадки и температуры.

Проверяйте скорость как n·dm против смазочного материала, а не каталожную частоту

Каталожная предельная частота вращения — условное число. Оно относится к подшипникам стандартного исполнения при нормальной нагрузке, грубо C/P ≥ 16 и Fa/Fr ≤ 0,25.

Оно смещается с типом, размерами, точностью, типом и количеством смазочного материала, формой и материалом сепаратора, а также нагрузкой^3,18. Выше 80% каталожного значения следует обращаться к изготовителю, а не использовать число как критерий прохождения³.

Для самого смазочного материала рассчитайте n·dm — частоту вращения, умноженную на диаметр делительной окружности комплекта шариков, — и сравните её с максимальной частотой смазки из её технического описания¹¹. Если n·dm превышает этот предел, смазка не обеспечит должного смазывания, и вариантом становится масляный способ, например масляный туман.

Масляный туман работает холоднее на высокой частоте, но требует внешней системы смешивания и дозирования и фильтрованного воздуха¹¹. Масляная ванна подходит для низкой частоты, а любой масляный путь приносит нагрузку по уплотнению и утечкам, которой у смазки нет^11,20.

Согласуйте уплотнение со средой и классом IP

Уплотнение — это место, где воздействие технологической среды входит в спецификацию подшипника. Закрытый подшипник даёт жёсткий барьер от пыли, грязи и брызг воды и сохраняет смазку на весь срок при минимальном обслуживании, ценой несколько большего трения и пускового момента¹³.

Открытый подшипник имеет наименьшее трение, но не имеет защиты и зависит от внешней смазки. Он подходит для чистых внутренних полостей со смазкой маслом, а не для влажных или грязных¹³.

В электрической машине требуемая герметичность следует классу IP оболочки по IEC 60034-5. Её можно обеспечить встроенными уплотнениями подшипника, внешними уплотнениями вала или лабиринтными, либо тем и другим²².

Малые машины в чистом сухом воздухе могут обойтись щелевым уплотнением плюс подшипниками с защитными шайбами, тогда как крупные машины с открытыми подшипниками, допускающими пополнение смазки, могут нуждаться в сочетании радиальных, осевых и лабиринтных уплотнений²². Там, где угроза — разбрызгиваемая жидкость, первым барьером служит бесконтактное лабиринтное уплотнение.

Линейка уплотнений CF одного поставщика предлагается для диаметров вала от 10 до 100 mm и до 200 °C в алюминии⁵. Этот диапазон — данные изделия этого поставщика; проверяйте его по диаметру вала и температуре, а не предполагайте, что он покрывает вашу работу.

Укажите базу ресурса на чертеже

Базовая номинальная долговечность L10 — это ресурс, который достигают 90% группы одинаковых подшипников без выкрашивания. Она статистическая, потому что ресурс зависит от конструкции, размеров, материала и обработки⁶.

Это делает число на вашем чертеже целью, а не свойством подшипника. Выполните расчёт L10 с вашей фактической эквивалентной динамической нагрузкой и задайте надёжность выше стандартных 90% там, где отказ дорог или критичен для безопасности²³.

Там, где реальные риски — смазка и загрязнение, ресурс, учитывающий предел усталостной нагрузки, смазку и загрязнение, выходит за пределы базового L10; L10mh компании SKF — один из таких методов²⁴. Минимум 30 h в примере с серводвигателем SKF — это требование того случая, а не число для переноса на чертёж насоса или компрессора²⁴.

Впишите цель по надёжности и базу нагрузки в спецификацию, чтобы предложения сравнивались по одному и тому же определению ресурса.

Проверки перед выпуском

Это пункты, которые лежат вне шагов типа, посадки и смазки и которые легко оставить открытыми, пока чертёж уже выпущен.

• ✓Подтвердите соосность, которую вал и корпус действительно могут выдержать; самоустанавливающийся шарикоподшипник допускает до 3° в открытом и 1,5° в закрытом исполнении и стоит дешевле сферического роликоподшипника.
• ✓Решите, устанавливается ли виброконтроль, поскольку он даёт раннее предупреждение о повреждении и позволяет планировать замену.
• ✓Задайте аварийный сигнал по изменению температуры: сдвиг более чем на 50 °F оправдывает разбирательство независимо от абсолютного значения.
• ✓Попросите изготовителя подтвердить группу зазора и натяг относительно вашей посадки и рабочей температуры.
• ✓Поднимите вопрос удельной стоимости, срока поставки и взаимозаменяемости напрямую с поставщиком; ни один источник в этой подборке их не содержит.

Где источники расходятся по зазору

Рекомендации по зазору не стыкуются чисто, и это расхождение важно, потому что решает, указывать ли CN или сборку с натягом.

Прежде чем запрашивать предложение

• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.
• Запросите у поставщика подтверждающие данные по конкретной модели и зафиксируйте условие, которое изменит ваше решение о закупке.