Выбор типов подшипников качения по направлению нагрузки, скорости и габаритам: что подтверждают данные

Исключите типы, которые не могут воспринимать направление нагрузки

Направление нагрузки — это первый фильтр, а не последний. В нескольких руководствах по выбору радиальная, осевая или комбинированная нагрузка ставится перед скоростью и пространством, потому что тип, который не может воспринимать нагрузку в указанном направлении, не является кандидатом ни при какой скорости^1,5,6.

Если сначала отбирать по скорости или габаритам, тип, не воспринимающий осевую нагрузку, может попасть в предварительный список и выявить несоответствие только на этапе расчёта долговечности. Исключения очевидны.

Упорные шарикоподшипники предназначены только для односторонней осевой нагрузки, поэтому они исключаются из любой радиальной или знакопеременной осевой нагрузки¹⁴. Цилиндрические роликоподшипники в исполнении N/NU являются радиальными, что исключает их там, где должна восприниматься осевая нагрузка¹⁹.

Игольчатые роликоподшипники воспринимают незначительную осевую нагрузку или не воспринимают её вовсе, поэтому они являются кандидатами только для радиальной нагрузки⁷. Что останется, зависит от фактического направления нагрузки.

Шариковые радиальные однорядные подшипники воспринимают радиальные нагрузки и осевые нагрузки в обоих направлениях, что делает их кандидатом по умолчанию общего назначения для комбинированной нагрузки^3,4,13. Шариковые радиально-упорные подшипники воспринимают как радиальную, так и осевую нагрузку и позиционируются для комбинированной нагрузки там, где важны скорость или точность^14,15.

Роликовые конические подшипники воспринимают радиальную и осевую нагрузку в одном направлении^7,14. Роликовые сферические подшипники воспринимают тяжёлую комбинированную радиальную и осевую нагрузку^7,14.

Одна граница является количественной, и она узкая. Один источник оценивает осевую грузоподъёмность шарикового радиального однорядного подшипника примерно в 25–35% от статической радиальной грузоподъёмности C₀¹¹.

Это данные одного источника для одного типа, а не правило для других; ни один источник в этом наборе не приводит допустимое отношение Fa/Fr для шариковых радиально-упорных, конических, сферических или цилиндрических роликоподшипников. Поэтому их граница комбинированной нагрузки должна быть подтверждена по каталогу поставщика, а не принята на веру.

Шариковый или роликовый: выбор семейства по величине нагрузки и скорости

Когда направление определено, следующим шагом является геометрия контакта. Шарикоподшипники работают на точечном контакте, а роликоподшипники — на линейном, и это единственное различие меняет трение, грузоподъёмность и чувствительность к ударным нагрузкам⁸.

Практическое следствие — это компромисс, а не ранжирование: шарикоподшипники подходят для высоких скоростей и лёгких или средних нагрузок, роликоподшипники воспринимают более тяжёлые нагрузки при заданном размере^1,6,7,19. Таким образом, доминирующее требование определяет семейство.

Если нагрузка тяжёлая, сначала включите в список роликовые типы, а затем проверьте скорость; если доминирует скорость, начните с шариковых типов и проверьте грузоподъёмность⁸. Ни одно семейство не является универсально лучшим, и источники говорят об этом прямо⁷.

Для комбинированной нагрузки количество направлений осевой нагрузки затем разделяет роликовые кандидаты. Роликовые конические подшипники воспринимают тяжёлую комбинированную радиальную и осевую нагрузку в одном направлении, и они выдерживают значительно более высокую комбинированную нагрузку, чем шариковый радиально-упорный подшипник аналогичного размера, при более низкой максимальной скорости⁷.

Если ваша осевая нагрузка меняет направление, граница конического роликоподшипника для одного направления — это то, что нужно проверить, прежде чем включать его в список.

Радиальный однорядный или радиально-упорный: два пути для шарикоподшипников с комбинированной нагрузкой

Оба шариковых кандидата воспринимают комбинированную нагрузку, поэтому выбор зависит от скорости, жёсткости и возможности установки подобранных комплектов. Шариковый радиальный однорядный подшипник воспринимает осевую нагрузку в обоих направлениях и является типом, который следует использовать, когда в машине нет места для установки подобранных комплектов подшипников или когда не требуется высокая рабочая скорость¹⁵.

Шариковый радиально-упорный подшипник — это путь, когда требуются высокая рабочая скорость, точность вращения или высокая жёсткость и точность¹⁵. Радиально-упорный подшипник влечёт за собой комплектацию и предварительный натяг.

Один источник описывает радиально-упорные подшипники как имеющие встроенный предварительный натяг, который работает с центробежными силами для правильного качения шариков, и связывает высокоскоростной дизайн с классом высокой точности, обычно ABEC 7²¹. Это рекомендация поставщика для высокоскоростного режима, а не отраслевое требование — рассматривайте класс точности как вопрос для RFQ, а не как значение по умолчанию.

Шариковый радиальный однорядный подшипник также является коммерческой базой: массовое производство и стандартизация делают его наиболее экономичным типом подшипника качения для применений общего назначения¹¹. Если режим работы является общим с двусторонней осевой нагрузкой и нет места для подобранного комплекта, шариковый радиальный однорядный подшипник — это кандидат, который нужно оценить в первую очередь.

Если режим работы высокоскоростной или требует высокой жёсткости, кандидатом является радиально-упорный подшипник, и в RFQ следует указать схему комплектации и предварительного натяга, а не оставлять это на усмотрение поставщика.

Когда радиальное сечение или несоосность вынуждают выбрать другой тип

Два условия компоновки могут изменить выбор семейства. Первое — радиальное поперечное сечение.

Игольчатые роликоподшипники обеспечивают высокую радиальную грузоподъёмность при очень малом поперечном сечении, поэтому они фигурируют как компактный вариант для ограниченного монтажного пространства^7,10. Граница — осевая: большинство воспринимают незначительную осевую нагрузку или не воспринимают её вовсе, а некоторые конструкции требуют закалённого и шлифованного вала в качестве внутреннего кольца⁷.

Если вы указываете игольчатые роликоподшипники без внутреннего кольца, твёрдость и чистота поверхности вала становятся частью закупки, а не второстепенным вопросом. Второе условие — соосность.

Там, где идеальная соосность не может быть гарантирована, поддерживаемым решением является самоустанавливающаяся конструкция или более щедрый внутренний зазор⁵. Роликовые сферические подшипники являются самоустанавливающимся кандидатом, который также воспринимает тяжёлую комбинированную нагрузку, поскольку бочкообразные ролики и сферическая наружная дорожка качения позволяют подшипнику самоустанавливаться под нагрузкой^7,14.

Шариковые радиальные однорядные подшипники описываются как имеющие пониженную чувствительность к несоосности, но это не то же самое, что самоустановка¹³. Ни один источник в этом наборе не приводит допустимую угловую несоосность в градусах или угловых минутах для какого-либо типа, поэтому граница соосности остаётся вопросом к поставщику.

Что можно решить сейчас, так это какое из двух условий является определяющим: если ограничением является радиальная высота, игольчатый роликоподшипник является кандидатом с узким сечением для радиальной нагрузки. Если ограничением является соосность, кандидатом является сферический роликоподшипник.

Скорость: запрашивайте предел для конкретного исполнения, а не типовое число

Только тип не определяет допустимую скорость. Скоростная способность зависит от размера подшипника, конструкции сепаратора, способа смазки и рабочей температуры, а также от исполнения с уплотнением или защитной шайбой^3,10.

Задайте эти вопросы каждому поставщику из предварительного списка, а не переносите типовое значение rpm в RFQ.

• ✓Запросите предельную скорость для точного номера детали, а не для типа — размер, сепаратор и смазка влияют на неё.
• ✓Спросите, как исполнение с уплотнением или защитной шайбой изменяет предел: один шариковый радиальный однорядный подшипник с отверстием 20 мм указан со скоростью 17 000 об/мин открытый, 14 000 об/мин для ZZ/2RS и 10 000 об/мин для DU/DDU.
• ✓Спросите, превышает ли режим работы 500 000 dN; выше этого порога, по данным одного источника, сепаратор шарикового радиального однорядного подшипника должен быть изменён с клёпаного штампованного стального на клёпаный механически обработанный сепаратор с центрированием по наружному кольцу.
• ✓Спросите, предлагается ли однорядный или двухрядный шарикоподшипник; один источник указывает, что допустимое DN для однорядного на 20–40% выше, чем для двухрядного при одинаковом отверстии.
• ✓Спросите, предлагаются ли керамические шарики, если скорость превышает номинал для стальных шариков; один поставщик сообщает о примерно на 25% более высокой номинальной скорости при том же размере.

Коммерческое ранжирование предварительного списка и вопросы для RFQ

Коммерческое ранжирование, которое подтверждают данные, является кратким. Шариковый радиальный однорядный подшипник описывается как наиболее экономичный тип подшипника качения для общего применения, производимый тысячами размеров и конфигураций и поэтому легкодоступный¹¹.

Радиально-упорный подшипник позиционируется для точных и высокоскоростных применений, где и лежит его стоимость^15,21. Конические роликовые, сферические роликовые и игольчатые роликовые подшипники находятся между этими полюсами благодаря их роли в восприятии нагрузки и соосности, а не каким-либо опубликованным ценам^7,14.

Это всё, что можно сказать о ранжировании. Ни один источник в этом наборе не даёт соотношения затрат между типами, минимального объёма заказа, порога объёма, правила для нестандартных размеров или срока поставки.

Поэтому вы не можете построить сравнение цен на основе данных — вы строите его на основе коммерческих предложений. То же самое относится к квалификации: не приводится таблица классов допусков для каждого типа из предварительного списка.

И ссылка на ABEC 7 для высокоскоростных радиально-упорных подшипников является рекомендацией одного поставщика, а не спецификацией, которую можно навязать для всего списка²¹. Таким образом, рабочий RFQ должен содержать тип, направление и величину нагрузки, скорость, габариты и границу, которую вносит каждый тип.

Количество направлений осевой нагрузки для конического роликоподшипника, твёрдость дорожки качения вала для игольчатого роликоподшипника без внутреннего кольца, самоустановка для сферического роликоподшипника и комплектация и предварительный натяг для радиально-упорного подшипника^7,15. Попросите каждого поставщика подтвердить предельную скорость и грузоподъёмность для точного номера детали, который они предлагают, поскольку именно этих чисел данные не предоставляют.

Где источники расходятся или оставляют цифру неподтверждённой

Это цифры, которые покупатель чаще всего может перенести в RFQ как уже установленные. Каждая из них является либо наблюдением из одного источника, либо значением для конкретного исполнения, поэтому рассматривайте её как неподтверждённую до тех пор, пока поставщик, делающий предложение, не укажет её для точного номера детали.

Прежде чем запрашивать коммерческое предложение

• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: ни один источник не даёт допустимого отношения Fa/Fr для радиально-упорных шарикоподшипников, конических роликоподшипников, сферических роликоподшипников или цилиндрических роликоподшипников, поэтому граница комбинированной нагрузки для этих типов должна браться из каталога поставщика.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: сравнение динамической/статической грузоподъёмности между типами для конкретного типоразмера отсутствует; приведены грузоподъёмности только одного типоразмера шарикового радиального подшипника, и они не показательны для других размеров.
• Запросите соответствующие направления экспорта, референции из установленной базы и контакты сопоставимых клиентов.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: не дана таблица радиальной высоты или осевой ширины по типу для данного диаметра отверстия, поэтому посадку в габарит нужно проверять по размерным чертежам поставщика.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: не даны допустимые значения углового перекоса в градусах или угловых минутах ни для одного типа.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: не дано заявления о разборности по типу.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: не даны минимальный объём заказа, порог объёма, правило для специальных размеров или срок поставки.
• Данные оставляют это открытым — задайте вопрос поставщику: не даны режим инспекции или сертификации и таблица классов допусков по типам из короткого списка; ссылка на ABEC 7 — это рекомендация одного поставщика, только для высокоскоростных радиально-упорных подшипников.