Конические роликоподшипники для комбинированных радиальных и осевых нагрузок: когда указывать и как выбирать спаривание, преднатяг и регулировку

Сначала исключить чисто радиальные и шариковые подшипники

Первое сечение — направление нагрузки, а не ее величина. Конические ролики катятся по коническим дорожкам в линейном контакте, и именно эта геометрия позволяет им воспринимать радиальную и осевую нагрузку одновременно — осевую составляющую только в одном направлении¹¹⁷.

Конструкция роликоподшипника с цилиндрическими роликами несет чистую радиальную нагрузку и не имеет осевой способности, поэтому он не может быть просчитан для позиции с осевой нагрузкой, как бы велика ни была его радиальная грузоподъемность¹¹.

Шариковые могут воспринимать осевую нагрузку, но меняют грузоподъемность на скорость: точечный контакт дает им более высокую предельную частоту вращения и значение dN, а линейный контакт дает роликовым более высокую базовую динамическую грузоподъемность при том же отверстии и наружном диаметре²⁶⁴. Этот обмен — решение в миниатюре.

Если позиция действительно несет обе составляющие, чисто радиальный подшипник — неправильное семейство, а шариковый — компромисс по грузоподъемности; если осевая составляющая случайна, скоростной и тепловой штраф конических роликов ничего не покупает. Источники не количественно определяют, где проходит эта линия, поэтому разделение должно оцениваться по применению, а не по опубликованному отношению¹¹¹².

Достаточно ли тяжел режим, чтобы оправдать конические ролики?

Конические ролики описываются как обычный выбор там, где комбинированные нагрузки тяжелы и важна жесткость, и они появляются в трансмиссиях легковых и грузовых автомобилей, ступицах колес, оборудовании металло- и ветроиндустрии, материалоперемещении, горном деле и промышленных трансмиссиях²⁵.

Тот же источник отмечает, что эти режимы обычно включают загрязненные и жесткие условия, где главное — бесперебойная работа, что является заявлением о жесткости применения, а не о числе нагрузки²⁵. Компромисс — тепло.

Конические ролики генерируют несколько больше тепла, чем цилиндрические, и этот штраф принимается, потому что они подходят для комбинированных радиальных и осевых нагрузок¹².

Ни один источник в этом наборе не дает числового порога Fa/Fr или порога величины нагрузки, выше которого конические ролики должны выбираться вместо шариковых или цилиндрических, поэтому суждение о величине делается по жесткости режима — удар, загрязнение, требование жесткости, — а затем подтверждается грузоподъемным расчетом поставщика^1172512.

Перевести комбинированную нагрузку в эквивалентную и проверить ресурс

Радиальный рейтинг и осевая нагрузка напрямую несопоставимы, поэтому две составляющие сводятся к одной динамической эквивалентной нагрузке P, которая затем используется в формуле расчетного ресурса¹⁶.

Для комбинированного нагружения стандартная форма — P = X·Fr + Y·Fa, где X и Y зависят от типа и геометрии подшипника; для конических роликов вместо этого используется осевой коэффициент K¹⁷¹⁸. Эквивалентная нагрузка затем входит в L10 = (C/P)^p × 1 000 000 оборотов, где C — базовая динамическая грузоподъемность из каталога¹⁷⁴.

Практическое следствие: закупщик не может просчитать позицию с коническими роликами только по радиальной нагрузке и не может вычислить P без коэффициентов, которых источники не дают. Попросите поставщика указать используемые им значения X/Y или K, показать полученную P и дать ресурс L10 при целевой нагрузке и скорости¹⁷¹⁸.

Учтите также, что L10 — статистическая оценка; смазка, загрязнение, перекос и температура могут увести реальный ресурс от нее¹⁷.

Выбрать схему монтажа

Поскольку конический ролик воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении, позиция, которая должна сопротивляться осевой нагрузке в обе стороны, нуждается более чем в одном ряду подшипников — поэтому тип обычно применяется парами¹¹⁷.

Там, где фиксированная и свободная стороны не различаются, а интервалы между подшипниками достаточно коротки, чтобы усадка вала не сильно влияла на работу, заявленным маршрутом является пара радиально-упорных или конических роликоподшипников в спаренном монтаже, с регулировкой осевого зазора после монтажа гайками или прокладками². Спаренный монтаж — не единственная форма.

Схемы «врастяжку» (O/DB), «враспор» (X/DF) и тандем перечислены как опции, и тандем описан как способ увеличения осевой грузоподъемности³. Источники перечисляют эти схемы, но не дают правила выбора между «врастяжку» и «враспор» по направлению или величине нагрузки, поэтому схему следует согласовать с поставщиком против фактических направлений осевой нагрузки и требуемой жесткости³.

Заводской комплектный комплект или спаривание нескомплектованных подшипников

Этот выбор решает, кто выполняет наладку. Заводской комплектный дуплексный комплект прибывает с уже заданными преднатягом или осевым внутренним зазором, определенными поставляемыми с ним кольцами-проставками³.

Спаривание нескомплектованных подшипников переносит эту работу на сторону закупщика: сначала измеряются соответствующие осевые размеры подшипников и, где применимо, корпуса, определяется целевой осевой зазор, а для O-схемы внутреннее кольцо-проставка шлифуется до требуемой точности в дополнение к внешней проставке³.

Если преднатянутая пара должна сидеть в жесткой схеме «врастяжку» через корпус, то для расчета эффективной длины проставки должна определяться и ширина корпуса³. Это цена нескомплектованного маршрута — измерения, решение по зазору и шлифованные проставки, — и перед выпуском RFQ стоит сопоставить ее в цене с премией заводского комплекта.

Задать преднатяг или зазор как осевую величину

Зазор конических роликов — не радиальное число. Радиальное измерение для двух- и четырехрядных конических роликов непрактично и обычно не выполняется; внутренний зазор вместо этого определяется как осевой зазор — Bench End Play (BEP)²³.

Стандартных значений BEP нет — они проектируются и задаются для каждого применения, — поэтому настройку нужно указывать как осевую величину для конкретного режима, а не выбирать из таблицы зазоров³³.

Преднатяг — другой конец той же настройки: он прикладывает постоянную осевую нагрузку через пружины, шайбы или жесткую опору, чтобы устранить внутренний зазор и поднять жесткость⁶²¹. Способ регулировки принадлежит спецификации наряду с величиной — прокладки или гайки после монтажа, шлифованная проставка или схема с пружинным преднатягом²³.

Поставщик не может котировать или верифицировать настройку, записанную как «нормальный зазор»; ему нужны осевое значение и способ, которым его достигают²³³³.

Проверить скорость и температуру до обязательства

Преимущество по комбинированной нагрузке оплачивается запасом по скорости и теплу. Конические ролики генерируют несколько больше тепла, чем цилиндрические, и шариковые обычно работают быстрее роликовых сопоставимого размера¹²²⁶.

Две заявленные ориентации формируют проверку: держать корпуса ниже 60 °C и тщательно изучать любую рабочую скорость в пределах 80% предельной частоты вращения Nlim⁵. Выше 60 °C руководство требует специализированного масла, постоянного контроля уровня и значительно более коротких интервалов повторного смазывания там, где используется смазка⁵.

Если режим уже сидит у любого из пределов, честные варианты — сменить схему смазывания, снизить скорость или пересмотреть семейство подшипников, а не предполагать, что конический ролик справится.

Ни один источник в этом наборе не дает числовой предельной частоты вращения или допустимой рабочей температуры для конкретного размера конического ролика или способа смазки, поэтому Nlim и тепловой случай должны быть получены из каталога или у поставщика⁵¹²²⁶.

Проверки до RFQ, на которые источники не могут ответить

Доказательства устанавливают логику решения, но не числа. Каждый пункт ниже источники оставляют открытым, поэтому его нужно запросить у поставщика, а не предполагать.

• ✓Попросите поставщика указать используемые им коэффициенты X/Y или осевой коэффициент K, полученную эквивалентную нагрузку P и ресурс L10 при вашей целевой нагрузке и скорости — универсальных значений ни один источник не дает [S17][S18].
• ✓Запросите целевой осевой зазор (BEP) и способ регулировки для конкретной схемы; стандартных значений зазора конических роликов нет [S23][S33].
• ✓Укажите, покупаете ли вы заводской комплектный дуплексный комплект или спариваете нескомплектованные подшипники, и кто поставляет шлифованные кольца-проставки [S3].
• ✓Подтвердите схему («врастяжку», «враспор» или тандем) против фактических направлений осевой нагрузки; правила выбора источники не дают [S3].
• ✓Запросите предельную частоту вращения и допустимую рабочую температуру для конкретного подшипника и способа смазки и сверьте их с ориентирами 60 °C и 80% Nlim [S5].
• ✓Задайте класс допуска по точности вращения вала в точке опоры — класс 0 для универсальных применений, класс 5 или выше для требовательных [S29][S13].
• ✓Проверьте перекос, который реально увидит монтаж; рейтинги шариковых, конических и цилиндрических роликовых предполагают, что он остается в пределах 0,0005 радиана (0,03°) [S31].

Где источники расходятся по зазору

Две позиции ниже на практике не противоречат друг другу — устанавливаемый зазор не то же, что стандартный, — но закупщик не должен считать зазор конических роликов тем, что ищется в таблице.

Чего источники не устанавливают

• Нет числового порога Fa/Fr или правила по соотношению нагрузок для выбора конических роликоподшипников вместо шариковых или цилиндрических роликоподшипников
• Нет коэффициентов X/Y или значений осевого коэффициента K для расчёта эквивалентной динамической нагрузки P
• Нет числового значения преднатяга, диапазона осевого зазора или допуска для какого-либо конкретного применения
• Нет правила выбора между схемой O-типа и X-типа по направлению или величине нагрузки
• Нет значений посадок вал/корпус, пределов биения или требований перпендикулярности буртиков для выбранной схемы
• Нет коммерческих данных: цена за штуку, надбавка за комплекты, минимальный объём заказа, срок поставки, доступность стандартных и специальных исполнений или стоимость оснастки регулируемых корпусов
• Нет фактического акта контроля, сертификата на материал или названного отраслевого требования сертификации для подшипника или парного комплекта
• Нет числовой предельной частоты вращения или допустимой рабочей температуры для конкретного размера конического роликоподшипника или способа смазки
• Нет конкретной цели L10 или Lnm, ни спектра нагрузок для применения покупателя