Упорный шарикоподшипник, цилиндрический упорный роликоподшипник или конический упорный подшипник: как выбрать для осевой нагрузки

Первая проверка: есть ли заметная радиальная нагрузка?

Упорный подшипник построен для нагрузок, параллельных валу. Упорные шарикоподшипники спроектированы специально для однонаправленных осевых нагрузок²², а общее правило выбора — применять упорный подшипник, когда основная нагрузка действует параллельно валу³.

Если присутствуют и радиальная, и осевая нагрузки, приложение может требовать радиально-упорного подшипника, конического роликоподшипника или другой схемы, рассчитанной на комбинированные нагрузки³. Для тяжелой комбинированной нагрузки указания ведут к коническому роликоподшипнику²⁰.

Именно эта проверка исключает упорный тип до обсуждения осевой грузоподъемности или цены. Упорный подшипник, выбранный по одной лишь осевой грузоподъемности в приложении, которое несет еще и радиальную нагрузку, будет ошибочной покупкой.

Источники не говорят, может ли чисто цилиндрический упорный роликоподшипник принимать радиальную нагрузку, и не дают допустимого значения радиальной нагрузки ни для одного упорного типа, поэтому если радиальная составляющая ненулевая, подтвердите направление нагрузки у поставщика, прежде чем рассматривать какой-либо упорный тип как кандидата.

Осевая нагрузка против скорости: упорный тип с шариками или роликами

Когда нагрузка подтверждена как преимущественно осевая, выбор между упорным шарикоподшипником и упорным роликоподшипником зависит от величины нагрузки относительно скорости. Упорные шарикоподшипники используют шарики для осевых нагрузок и подходят для легких и средних нагрузок и более высоких скоростей; упорные роликоподшипники, цилиндрические или конические, используют ролики и дают более высокую осевую грузоподъемность, но меньшую скоростную способность¹⁷.

Механизм разницы в грузоподъемности — контактная геометрия. Линейный контакт распределяет напряжение по большей площади, чем точечный, поэтому роликоподшипник, как правило, несет более высокую базовую динамическую грузоподъемность (C), чем шарикоподшипник того же внутреннего и наружного диаметра^1,9.

Формула ресурса L10, L10 = (C/P)³ × 1,000,000 оборотов, применима к обоим семействам, поэтому преимущество роликов проявляется как больший C при том же P, что либо удлиняет расчетный ресурс при данной нагрузке, либо позволяет нести больше нагрузки при той же цели по ресурсу¹.

Та же геометрия работает против роликов на скорости: линейный контакт создает больше трения и тепла на оборот, чем точечный, поэтому роликоподшипники, как правило, несут более низкую предельную частоту вращения, чем сопоставимый шарикоподшипник¹. Выборочная серия поставщика формулирует правило прямо: при легких нагрузках выбирайте шарикоподшипник, при тяжелых — роликоподшипник¹.

Это позиция поставщика, а не числовой порог. Ни один источник в этом наборе не дает значений Ca или C0a или предельных частот для трех упорных типов, поэтому сравнение нагрузки и скорости надо вести по опубликованным рейтингам поставщика для конкретного отверстия, которое вы намерены купить.

Точность монтажа и перекос

Грузоподъемность шариковых, конических и цилиндрических роликоподшипников рассчитывается в предположении, что перекос не превысит 0,0005 радиана, или 0,03°¹³. Перекос сверх этого ведет к ресурсам L10 ниже расчетных¹³.

Самоустанавливающиеся упорные подшипники спроектированы для восприятия перекоса в диапазоне от 1,0° до 1,5°¹³. Этот разрыв и есть решение.

Если корпус можно обработать и отшабрить так, чтобы вал оставался перпендикулярным опорной поверхности корпуса в пределах допущения 0,03°, стандартный упорный шарикоподшипник, цилиндрический упорный роликоподшипник или конический упорный подшипник можно применять по нормированию. Если идеальное совмещение не гарантировано, указания советуют склоняться к самоустанавливающимся конструкциям или закладывать более щедрый внутренний зазор⁷.

Источники не дают конкретных значений перпендикулярности и плоскостности вала или корпуса для трех упорных типов, поэтому монтажный допуск надо задавать из каталога поставщика подшипников и сверять с чертежом корпуса.

Режим смазывания и уплотнения

Пластичная смазка — смазка выбора в большинстве применений подшипников качения, потому что она проста в применении, стойка к утечкам и относительно недорога².

Высокие температуры, высокие скорости или сильное загрязнение могут одолеть ее: экстремальное тепло может «сварить» смазку в подшипнике, вызывая потерю вязкости, контакт металла с металлом и в конечном счете заклинивание, а растущая скорость дает тот же эффект через более высокую рабочую температуру². В таких условиях целесообразен переход на масло².

Масло заслуживает место тем, что рассеивает тепло внутри подшипника, вымывает загрязнения вроде грязи, пыли, влаги и продуктов износа и устраняет проблемы, связанные с нагрузкой, такие как пробуксовка шариков или роликов².

Цена коммерческая и эксплуатационная: масляные системы дороже в первоначальных вложениях и обслуживании, несут проблемы утечек и утилизации и требуют больше труда для поддержания уровней⁶. Там, где переход обоснован, статическая масляная ванна — недорогой первый вариант, особенно на низкой или средней скорости⁶.

Источники не дают интервалов повторного смазывания или конкретных рекомендаций по смазке для трех упорных типов, поэтому спецификацию пластичной смазки или масла, количество заправки и сервисный интервал надо запросить у поставщика для выбранного подшипника.

Стандартный каталог или заказное исполнение: определите коммерческий маршрут

До финализации технического сравнения решите, подойдет ли подшипник из стандартного каталога. Подшипники стандартного каталога доступны немедленно, тогда как заказные подшипники часто требуют минимального объема заказа (MOQ) от 500 до 1,000 штук и сроков поставки 12–16 недель²⁹.

Эти цифры происходят из вендорского источника о выборе подшипников двигателей, поэтому рассматривайте их как указание на коммерческий облик заказного маршрута, а не как предложение для какого-либо упорного типа. Один поставщик подшипников заявляет, что MOQ варьируется по типу, спецификации и необходимости кастомизации, и просит модель, код зазора, количество и применение до котировки²⁷.

Практическая последовательность — проверить доступность стандартного каталога прежде, чем рассматривать заказную конструкцию⁷. Если существует стандартный упорный подшипник в требуемом отверстии и габарите, заказной срок поставки 12–16 недель обходится.

Если приложению нужен нестандартный габарит, зазор или рейтинг, MOQ и срок поставки становятся частью решения о покупке и должны быть подтверждены письменно вместе с котировкой. Ни один источник не дает цен за единицу или конкретных сроков поставки для трех упорных типов.

Класс допуска и инспекционные документы

Классы допусков, известные как ISO в метрической и ABEC в дюймовой системах, регулируют допустимое отклонение размеров внутреннего и наружного колец и круглость колец и дорожек; чем выше класс, тем плотнее допуск и тем точнее собранный подшипник⁸.

Подшипники класса 0 дают достаточные характеристики для общих применений, тогда как класс 5 или выше требуется для требовательных применений и условий работы⁴. Допуски следуют стандартам ISO и для упорных подшипников включают толщину дорожки упорного подшипника⁴.

Для осевого приложения класс допуска задает осевое биение и пределы толщины дорожки, которые реально увидит сборка, поэтому он принадлежит чертежу и заказу, а не умолчанию поставщика. Ни один источник не задает требуемый класс допуска или сертификацию для трех упорных типов, поэтому класс надо выбирать из требования к точности приложения и подтверждать с поставщиком.

Запросите инспекционный сертификат, фиксирующий измеренные значения против этого класса.

Минимальная нагрузка и рейтинги, которые надо подтвердить до заказа

Подшипнику нужна минимальная приложенная нагрузка, чтобы тела качения катились, а не скользили. При скольжении они снимают масляную пленку и повреждают поверхности тел качения и дорожек — состояние, называемое наволакиванием, которое сокращает ресурс подшипника¹⁶.

Хорошее приближение минимальной нагрузки: Pmin = 0,02 × C, где C — динамическая грузоподъемность подшипника¹⁶. В большинстве применений вес вала, шестерен и муфт превышает ее, но при пуске угловое ускорение следует контролировать и ограничивать, чтобы подшипники начали катиться сразу¹⁶.

Поскольку ни один источник в этом наборе не дает C для трех упорных типов, проверка не может быть завершена, пока поставщик не предоставит рейтинг.

• ✓Подтвердите, что осевая нагрузка параллельна валу, а радиальная составляющая, если она есть, воспринимается отдельным подшипником [S3].
• ✓Получите динамическую грузоподъемность C для подшипника-кандидата и вычислите Pmin = 0,02 × C [S16].
• ✓Проверьте, что приложенная осевая нагрузка превышает Pmin, в том числе при пуске [S16].
• ✓Запросите статическую грузоподъемность C0a для условий выстоя или ударной нагрузки [S1].
• ✓Запросите предельную частоту вращения для задуманного метода смазывания [S1].
• ✓Подтвердите, что отверстие, наружный диаметр и высота вписываются в доступный габарит [S7].
• ✓Подтвердите класс допуска и инспекционный сертификат, который его документирует [S4].

Чего источники не устанавливают

• Ни один источник не даёт фактических динамических Ca или статических C0a грузоподъёмностей упорных шариковых, цилиндрических роликоупорных или конических роликоупорных подшипников
• Ни один источник не даёт выполненного расчёта ресурса L10 по фактической осевой нагрузке, скорости и требуемому ресурсу ни для одного из трёх упорных типов
• Ни один источник не даёт числовых предельных или справочных скоростей для трёх упорных типов при смазке маслом или пластичной смазкой
• Ни один источник не указывает, может ли чисто цилиндрический роликоупорный подшипник воспринимать радиальную нагрузку, и не даёт допустимых значений радиальной нагрузки ни для одного упорного типа
• Ни один источник не даёт конкретных значений перпендикулярности вал/корпус, плоскостности или допустимого угла перекоса для трёх упорных типов
• Ни один источник не даёт конкретных габаритных данных отверстие/наружный диаметр/высота для трёх упорных типов
• Ни один источник не даёт интервалов повторной смазки или конкретных рекомендаций по смазке для трёх упорных типов
• Ни один источник не даёт цен за штуку или конкретных сроков поставки для трёх упорных типов
• Ни один источник не указывает требуемый класс допуска или сертификацию для трёх упорных типов