Игольчатые роликоподшипники против шарикоподшипников: когда решают радиальное пространство и характер нагрузки

Сначала исключите игольчатые роликоподшипники, если позиция воспринимает осевую или комбинированную нагрузку

Начинайте с направления нагрузки, а не с габаритов. Игольчатый роликоподшипник передает нагрузку через линейный контакт между тонкими роликами и дорожкой качения, и в большинстве конструкций эта геометрия не оставляет пути для передачи осевой нагрузки через подшипник⁹.

Шарикоподшипник с глубоким желобом воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях при малом угле контакта, а радиально-упорный подшипник воспринимает более высокую осевую нагрузку с увеличением угла контакта, при этом меньшие углы благоприятствуют скорости³¹.

Это различие и определяет семейство: если в вашей позиции присутствует значительная осевая или комбинированная нагрузка, игольчатый роликоподшипник сам по себе не может заменить шарикоподшипник, и вы должны либо выбрать шарикоподшипник, либо добавить отдельный упорный узел⁹. Перед тем как исключить семейство, важно одно уточнение.

Один поставщик описывает свои игольчатые роликоподшипники TA как радиальные подшипники с малой высотой поперечного сечения, подходящие для ограниченного радиального пространства и умеренных осевых нагрузок²⁰.

Это утверждение относится к конкретному типу, а не к общему свойству игольчатых роликоподшипников, и ни один источник в этом наборе не количественно определяет допустимую осевую нагрузку для какого-либо типа игольчатых роликоподшипников²⁰.

Если в вашей позиции есть небольшая осевая составляющая, запросите у поставщика осевую грузоподъемность конкретного рассматриваемого типа игольчатого подшипника, а не предполагайте, что семейство не может её воспринимать.

Подтвердите случай пространства и нагрузки: линейный контакт в тонком сечении

Когда нагрузка преимущественно радиальная, аргумент в пользу игольчатого роликоподшипника опирается на два связанных факта. Роликоподшипники используют линейный контакт, а не точечный контакт шарика, и линейный контакт распределяет напряжение по большей площади, поэтому для данного внутреннего и наружного диаметра роликоподшипник обычно имеет более высокую базовую динамическую грузоподъемность¹³.

Игольчатые ролики идут дальше, будучи длинными и тонкими, с очень малым поперечным сечением, что позволяет обеспечить высокую грузоподъемность при стесненном радиальном пространстве — компактные коробки передач и опоры коромысел являются стандартными примерами^9,12. Чего нельзя получить из этих источников, так это соотношения.

Ни один источник не дает радиальную грузоподъемность на единицу высоты поперечного сечения или на единицу ширины, поэтому нет числового преимущества, которое можно было бы привести в проектном обзоре^9,12,13,28.

Рассматривайте преимущество как качественное и берите фактические цифры из каталога: сравните динамическую грузоподъемность (Cr) рассматриваемого игольчатого подшипника с таковой для шарикоподшипника с глубоким желобом или радиально-упорного подшипника того же внутреннего и наружного диаметра и проверьте оба по вашей эквивалентной динамической нагрузке²⁸.

Если сравнение по каталогу не показывает, что игольчатый подшипник превосходит по Cr в ваших габаритах, аргумент о пространстве не состоятелен.

Проверьте скорость и уплотнение, прежде чем окончательно выбрать семейство

Скорость — это ограничение, которое чаще всего заставляет вернуться к шарикоподшипнику в стесненной позиции. Точечный контакт создает меньше трения и тепла на скорости, поэтому шарикоподшипники имеют более высокую предельную скорость и значение dN, чем роликоподшипник сопоставимого размера¹³.

Игольчатые ролики дополнительно ограничены своей геометрией: они обычно работают медленнее цилиндрических роликоподшипников, и один источник сообщает, что они часто ограничены скоростью ниже 5000 об/мин в зависимости от смазки и конструкции сепаратора¹².

Эта цифра является типичным верхним пределом, указанным одним источником, а не стандартным ограничением, поэтому используйте её как повод проверить каталог, а не как спецификацию¹². Уплотнение взаимодействует с тем же ограничением.

Уплотненный вариант работает медленнее открытого, потому что уплотнение добавляет сопротивление, в то время как открытый подшипник со смазкой или маслом может достигать очень высоких предельных скоростей¹⁴. Если ваш режим работы близок к предельному для игольчатого подшипника, выбор между открытым и уплотненным исполнением является частью расчета скорости, а не отдельным решением по загрязнению.

Запросите у поставщика предельную скорость конкретной детали в той конфигурации смазки и уплотнения, которую вы собираетесь приобрести, и сравните её с вашей рабочей скоростью, прежде чем выпускать запрос предложения²².

Решите, может ли вал быть внутренней дорожкой качения

Игольчатый роликоподшипник можно купить без внутреннего кольца, и в этом случае сам вал становится дорожкой качения. Это устраняет компонент и высоту сечения, но переносит требование к дорожке качения на чертеж вала, поэтому приведенные ниже проверки являются решением как по стоимости и срокам поставки, так и по конструкции^9,12.

• ✓Убедитесь, что твердость вала достаточна для выполнения роли дорожки качения — источники требуют достаточной твердости, но не публикуют значений.
• ✓Убедитесь, что шероховатость поверхности вала достаточна для дорожки качения — опять же, числовых пределов не приводится.
• ✓Если вал не может удовлетворить обоим требованиям, оцените стоимость варианта с внутренним кольцом и его дополнительного радиального сечения.
• ✓Запросите у поставщика требуемые значения твердости и шероховатости для конкретного типа игольчатого роликоподшипника.

Выберите смазку и уплотнение, затем перепроверьте предельную скорость

Пластичная смазка является выбором по умолчанию для большинства позиций подшипников качения, потому что она проста в применении, устойчива к утечкам и недорога, и это обычная смазка в уплотненных подшипниках^6,29.

Она перестает быть выбором по умолчанию, когда позиция работает в условиях высокой температуры, скорости или загрязнения: высокая температура, высокая скорость или сильное загрязнение могут ухудшить свойства смазки, и тогда рекомендуется масло, потому что оно отводит тепло и вымывает загрязнения из подшипника⁶.

Масло также подходит для высокоскоростной работы с низким трением, и открытые подшипники чаще используют его, потому что открытая конструкция позволяет маслу циркулировать²⁹.

Для позиции с игольчатым роликоподшипником практическая последовательность такова: выбрать смазку и уплотнение, которые требуются условиями эксплуатации, затем подтвердить, что полученный предел скорости все еще превышает ваш рабочий режим, потому что оба выбора влияют на этот предел^14,29.

Если уплотненный вариант игольчатого подшипника с пластичной смазкой не обеспечивает вашу рабочую скорость, честные варианты — перейти на открытое или маслосмазываемое исполнение, либо пересмотреть семейство.

Рассматривайте внутренний зазор как этап выбора по каталогу для любого семейства

Зазор не является причиной предпочесть одно семейство другому. Стандартные таблицы радиального внутреннего зазора существуют как для игольчатых роликоподшипников с механически обработанным кольцом, так и для шарикоподшипников с глубоким желобом и радиально-упорных, и рабочий зазор, который вы получите, определяется материалом вала и корпуса¹⁹.

Таким образом, независимо от выбранного семейства, вы выбираете класс зазора по таблице, а не принимаете тот, с которым пришла деталь. Различие между семействами заключается в опциях, связанных с зазором.

Шарикоподшипники дополнительно предлагают предварительный натяг и нестандартный зазор в качестве вариантов кастомизации — радиально-упорные подшипники предлагают предварительный натяг, подшипники с глубоким желобом предлагают внутренний зазор²⁷. Если вашей позиции требуется предварительный натяг или нестандартный класс зазора, это путь шарикоподшипника, и вам следует уточнить у поставщика, может ли рассматриваемый игольчатый подшипник быть поставлен таким образом²⁷.

Ни один источник в этом наборе не дает значений жесткости или сравнения диапазонов зазора и предварительного натяга между игольчатыми роликоподшипниками и шарикоподшипниками, поэтому если радиальное смещение под нагрузкой является определяющим фактором проекта, это сравнение должно быть взято из каталога^19,27.

Закройте вопросы стоимости, наличия и взаимозаменяемости до запроса предложения

Источники устанавливают логику выбора семейства, но не коммерческое сравнение, поэтому эти проверки необходимы, чтобы не выпустить запрос предложения на неподтвержденный выбор.

Шарикоподшипники с глубоким желобом описываются как самый экономичный тип подшипников качения для общего применения благодаря массовому производству и стандартизации, и выпускаются тысячами типоразмеров — что устанавливает базовый уровень стоимости и доступности, который должна превзойти любая спецификация игольчатого роликоподшипника^8,14.

• ✓Получите цену за единицу для игольчатого подшипника и альтернативного шарикоподшипника при вашем фактическом годовом объеме — ни один источник не дает данных о стоимости.
• ✓Получите срок поставки для обоих, включая вариант с внутренним кольцом, если вал не может быть дорожкой качения.
• ✓Убедитесь, что игольчатый подшипник существует с внутренним диаметром и шириной, которые допускает ваш габарит — ни один источник не дает размерного ряда.
• ✓Убедитесь в осевой грузоподъемности альтернативного шарикоподшипника, если присутствует какая-либо осевая нагрузка, поскольку игольчатые роликоподшипники могут её не воспринимать.
• ✓Уточните, может ли игольчатый подшипник быть поставлен с предварительным натягом или нестандартным зазором, если вам нужно что-либо из этого.
• ✓Проверьте обоих кандидатов по каталогу на Cr и предельную скорость, прежде чем отправлять запрос предложения.

Где источники расходятся: осевая грузоподъемность шарикоподшипников с глубоким желобом

Единственное место, где эти источники приводят разные цифры для одной и той же величины, — это осевая грузоподъемность шарикоподшипников с глубоким желобом, выраженная как доля статической радиальной грузоподъемности.

Это важно, потому что именно эту цифру вы бы использовали для оценки, может ли шарикоподшипник воспринять осевую нагрузку, из-за которой вы отказались от игольчатых роликоподшипников, поэтому берите число из каталога, а не из статьи.

Прежде чем запросить коммерческое предложение

• нет данных о радиальной грузоподъемности на единицу высоты поперечного сечения или на единицу ширины для игольчатых роликоподшипников по сравнению с шарикоподшипниками с глубоким желобом или радиально-упорными подшипниками сопоставимого внутреннего и наружного диаметра.
• нет данных о минимальной высоте сечения или осевой ширине для игольчатых роликоподшипников по сравнению с шарикоподшипниками того же внутреннего диаметра, а также сравнения размеров штампованных, механически обработанных и игольчатых роликоподшипников с сепаратором в сборе.
• Запросите релевантные направления экспорта, референсы установленной базы и сопоставимые контакты заказчиков.
• нет количественного допуска на несоосность, а также требуемых значений твердости и чистоты поверхности вала или корпуса для игольчатых роликоподшипников (включая штампованные и сепараторные в сборе) по сравнению с шарикоподшипниками.
• нет значений радиальной жесткости (прогиб под нагрузкой) и сравнения диапазонов радиального зазора или преднатяга для игольчатых роликоподшипников по сравнению с шарикоподшипниками.
• нет значений момента трения и специфических для игольчатых роликоподшипников требований к смазке.
• нет данных по удельной стоимости или совокупной стоимости владения для игольчатых роликоподшипников по сравнению с шарикоподшипниками при любом объеме.
• нет данных о сроках поставки, охвате стандартных каталожных размеров или взаимозаменяемости для игольчатых роликоподшипников по сравнению с шарикоподшипниками.