Подшипники шариковые радиальные однорядные vs роликовые цилиндрические для чисто радиальных нагрузок: нагрузка, скорость и перекос

На какой тип указывает величина радиальной нагрузки

Начинайте с нагрузки, а не с цены. Шариковый подшипник воспринимает нагрузку через точечный контакт, где шарики соприкасаются с дорожкой качения по малым эллипсам; роликовый подшипник воспринимает её через линейный контакт по длине ролика^6,10.

Именно эта геометрия является причиной того, что роликовый подшипник обычно имеет более высокую базовую динамическую грузоподъёмность, чем шариковый подшипник того же внутреннего и наружного диаметра. И поэтому правило выбора: лёгкие и умеренные нагрузки — для шариковых подшипников, тяжёлые — для роликовых^10,15.

Для чисто радиальной нагрузки роликовый цилиндрический подшипник — это тип, которому благоприятствует геометрия, а шариковый радиальный однорядный подшипник — это тип, подходящий для более лёгкой радиальной нагрузки. Тот же линейный контакт, который повышает грузоподъёмность, также создаёт больше трения и тепла за оборот, поэтому преимущество в нагрузке не бесплатно¹⁰.

Перед принятием решения запросите у каждого поставщика значения Cr и C0r их кандидата при вашем внутреннем диаметре, поскольку в источниках нет значений грузоподъёмности CRB при внутреннем диаметре, сопоставимом с любым эталонным DGBB.

Исключает ли требуемая скорость роликовый подшипник

Линейный контакт создаёт больше трения и тепла за оборот, чем точечный, поэтому роликовые подшипники обычно имеют более низкую предельную частоту вращения и значение dN, чем шариковый подшипник сопоставимого размера^10,15. Если ваша целевая скорость высока, этот механизм определяет тип: DGBB — это тот, который может её достичь, а CRB — тот, который, возможно, придётся исключить.

6304ZZ, DGBB с внутренним диаметром 20 мм, показывает, насколько сильно выбор уплотнения влияет на верхний предел: 14000 об/мин в исполнении ZZ/2RS, 10000 об/мин с контактными уплотнениями DU/DDU и 17000 об/мин открытый². Сопротивление уплотнения — причина того, что значения для уплотнённых подшипников ниже, чем для открытого^1,2.

Таким образом, уплотнённый DGBB всё ещё может достичь целевой скорости, которую открытый достиг бы легче, и разница между ними составляет тысячи об/мин при этом внутреннем диаметре². Ни один источник в этом наборе не публикует предельную частоту вращения CRB при том же внутреннем диаметре, поэтому вы не можете получить сопоставимое сравнение скорости с этой страницы.

Запросите у поставщика предельную частоту вращения и dN для CRB при вашем внутреннем диаметре и сравните с требуемой частотой вращения¹⁵.

Когда перекос исключает оба типа из списка

Ни шариковый радиальный однорядный подшипник, ни роликовый цилиндрический подшипник не являются самоустанавливающимися конструкциями^5,8,12. Если идеальная соосность не может быть гарантирована, рекомендуется отдавать предпочтение самоустанавливающимся конструкциям или закладывать более щедрый внутренний зазор⁵.

Длинные валы, низкая точность монтажа или риск прогиба вала указывают в том же направлении⁸. Самоустанавливающийся шариковый подшипник позволяет подшипнику самоустанавливаться без заклинивания, но его грузоподъёмность ниже, чем у сопоставимого радиального однорядного подшипника, поэтому вы обмениваете грузоподъёмность на способность к самоустановке¹².

Перекос и деформация корпуса также снижают фактический ресурс ниже расчётного L10, и в источниках описываются FEA и оптимизированная бомбировка роликов как способы минимизировать это снижение, а не устранить его²⁰.

Ни один источник в этом наборе не даёт допустимый угловой перекос в градусах или мрад для DGBB или CRB, поэтому вы не можете проверить угол перекоса по опубликованному пределу здесь. Если соосность вала или корпуса неопределённа, спросите поставщика, какой угловой перекос допускает их конкретная конструкция и как они снижают ресурс из-за него.

Нужна ли приложению какая-либо осевая фиксация

Чисто радиальная нагрузка сама по себе не определяет тип, поскольку компоновка может всё ещё требовать осевой фиксации вала. DGBB может воспринимать радиальные нагрузки плюс осевые нагрузки в обоих направлениях; при чисто радиальной нагрузке его угол контакта номинально равен нулю.

И когда приложена осевая нагрузка, развивается угол контакта, но осевая грузоподъёмность обычно не превышает примерно 20-30% от статической радиальной грузоподъёмности¹. Стандартный роликовый цилиндрический подшипник является только радиальным, если не указана конструкция с бортами, такая как NUP или NH^17,19.

CRB с одной прямой дорожкой качения является предпочтительным подшипником для плавающей стороны, поскольку ролики скользят по прямой дорожке, и подшипник компенсирует осевое смещение вместо того, чтобы сопротивляться ему¹⁹. Это делает стандартный CRB хорошим выбором для плавающей позиции и плохим для фиксирующей.

Если ваша компоновка требует какой-либо осевой фиксации, либо укажите DGBB, либо перейдите на роликовую конструкцию с бортами NUP/NH, и подтвердите у поставщика, какой из их вариантов CRB воспринимает осевую нагрузку.

Трение, тепло и жёсткость: что источники дают, а что нет

Разница в трении следует той же геометрии, что и разница в нагрузке. Точечный контакт даёт DGBB более низкое трение и тепло за оборот, тогда как линейный контакт CRB создаёт больше и того, и другого^1,10.

Это направленный ответ, и он согласуется во всех источниках. Чего в источниках нет, так это значения момента трения или радиальной жёсткости для любого из типов при общем внутреннем диаметре, поэтому вы не можете получить числовую оценку разницы с этой страницы.

Если момент трения или радиальный прогиб важны для вашей конструкции — например, когда отвод тепла или жёсткость вала являются ограничением — запросите эти значения у поставщика для их конкретного кандидата при вашем внутреннем диаметре вместе с грузоподъёмностью. Выбор типа можно сделать на основе направленных данных; величину штрафа по трению и жёсткости — нет.

Смазка и уплотнение: выбор уплотнения определяется целевой скоростью

Сопротивление уплотнения снижает предельную частоту вращения DGBB, поэтому решение об уплотнении и требование к скорости должны приниматься вместе, а не последовательно^1,2. 6304ZZ иллюстрирует величину этого эффекта: 14000 об/мин в исполнении ZZ/2RS против 17000 об/мин открытый, с контактными уплотнениями DU/DDU при 10000 об/мин².

Если вы указываете уплотнённый DGBB для защиты от загрязнений, вы принимаете более низкий предел скорости, чем у открытого варианта того же подшипника. В источниках описываются уплотнённые варианты DGBB и их влияние на скорость, но не приводятся данные по уплотнениям или расходу масла для роликового цилиндрического подшипника.

Поэтому вы не можете предполагать, что существует уплотнённый вариант CRB или во что он обойдётся по скорости. Перед составлением запроса предложений уточните у поставщика, какие уплотнённые или защищённые варианты они фактически предлагают для выбранного вами типа и какая предельная частота вращения применяется к этому варианту.

Что получить от поставщика перед окончательным выбором типа

В источниках отсутствуют сопоставимые данные о цене, минимальном заказе, сроке поставки или сертификате инспекции для этих двух типов при общем внутреннем диаметре. Поэтому коммерческое обоснование должно строиться на ответах поставщиков, а не на этой странице.

Данные о стоимости носят только направленный характер: DGBB описывается как обычно самый экономичный вариант шарикового подшипника благодаря массовому производству. А роликовые подшипники обычно дороже при том же размере и классе точности^1,25.

Используйте приведённый ниже контрольный список для сбора данных, которых нет в источниках.

• ✓Cr и C0r для кандидата CRB при вашем внутреннем диаметре для сравнения с грузоподъёмностью DGBB
• ✓Предельная частота вращения и dN для кандидата CRB при вашем внутреннем диаметре для сравнения с требуемой частотой вращения
• ✓Допустимый угловой перекос для конкретной конструкции, поскольку ни для одного типа угол не публикуется
• ✓Момент трения и радиальная жёсткость при вашем внутреннем диаметре, поскольку источники не дают ни того, ни другого
• ✓Наличие уплотнённого или защищённого варианта и его предельная частота вращения для выбранного вами типа
• ✓Цена за единицу, минимальный заказ и гарантированный срок поставки для обоих типов при вашем внутреннем диаметре, поскольку имеются только направленные данные о стоимости
• ✓Класс точности и точность вращения, предлагаемые поставщиком, и сертификат инспекции, который они предоставят с ним

Где источники по-разному описывают разницу в стоимости

Два приведённых ниже утверждения о стоимости не противоречат друг другу — одно описывает шариковые подшипники как экономичный универсальный выбор, другое описывает роликовые подшипники как более дорогие при том же размере и классе точности. Но они по-разному представляют сравнение, поэтому покупатель не должен воспринимать ни одно из них как цену за единицу.

Рассматривайте оба как направленные и запрашивайте у каждого поставщика их собственные данные.

Перед запросом предложения

• нет значений Cr или C0r для цилиндрического роликоподшипника при отверстии, сопоставимом с DGBB 6304ZZ.
• нет расчёта ресурса L10 для любого из типов при ваших фактических радиальной нагрузке и частоте вращения.
• Запросите значимые направления экспорта, референсы установленной базы и контакты сопоставимых заказчиков.
• нет допустимого углового смещения в градусах или мрад ни для DGBB, ни для CRB.
• нет количественной оценки влияния заданного угла смещения на распределение нагрузки или ресурс ни для одного из типов.
• нет таблицы допустимых отношений Fa/Fr ни для одного из типов.
• нет значений момента трения или радиальной жёсткости ни для одного из типов при общем отверстии.
• нет метода смазки или требований к расходу масла, специфичных для роликоподшипников (CRB).
• Запросите письменное коммерческое предложение с основой цены, минимальным объёмом заказа, оснасткой, условиями оплаты и сроком производства.
• Запросите номера сертификатов, выдавшие органы, область действия и срок действия для точной модели и целевого рынка.
• нет информации о наличии уплотнённых или с защитными шайбами исполнений для CRB.