Стоимость шарикоподшипника и роликоподшипника за срок службы: что решает при фиксированном внутреннем диаметре, нагрузке и скорости

Цена за единицу — не есть сравнение; сравнивать нужно стоимость единицы расчетного ресурса

Шарикоподшипник и роликоподшипник одного внутреннего диаметра и наружного диаметра не имеют одинаковой грузоподъемности. Линейный контакт распределяет напряжение по большей площади, чем точечный, поэтому роликоподшипник обычно имеет более высокую базовую динамическую грузоподъемность C¹¹.

Оба семейства рассчитываются по одной формуле: L10 = (C/P)^3 × 1 000 000 оборотов¹¹. Именно этот кубический член является причиной, по которой сравнение цен за подшипник вводит в заблуждение.

Большее C при той же эквивалентной нагрузке P увеличивает расчетный ресурс в кубе отношения грузоподъемностей. Следовательно, эти два подшипника не являются взаимозаменяемыми единицами, которые можно сравнивать по цене напрямую.

Вы покупаете обороты до усталостного разрушения, и цену нужно делить на это количество. Поэтому стройте сравнение как стоимость единицы расчетного ресурса при вашей собственной P, а не стоимость за подшипник.

Для этого вам нужны значения C каждого кандидата при вашем внутреннем диаметре и ваша эквивалентная динамическая нагрузка. Ни один источник в этом наборе не публикует значения C для пары с одинаковым внутренним диаметром, поэтому их следует брать из каталогов поставщиков.

Ваша нагрузка относится к области шарикоподшипников или роликоподшипников?

Величина нагрузки — первое, что разделяет два семейства. Шарикоподшипники обычно применяются для более легких нагрузок, а роликоподшипники — для более тяжелых¹², и руководства по выбору относят легкие и умеренные нагрузки к шарикоподшипникам, а тяжелые — к роликоподшипникам¹⁴.

При равном размере роликоподшипники выигрывают по грузоподъемности, а шарикоподшипники — по скорости и плавности хода¹⁴. При легкой нагрузке меньшее значение C шарикоподшипника все равно нужно проверить на соответствие вашей P, прежде чем отбрасывать его — формула решает, а не ярлык семейства.

При тяжелой нагрузке разрыв в грузоподъемности — это то, где заключается преимущество роликоподшипника. Тогда вопрос становится в том, оправдывает ли получаемый ресурс его цену.

Ни один случай не решается без цифр, поэтому запросите у каждого поставщика значение C при вашем внутреннем диаметре и проведите оба через один и тот же расчет L10¹⁴. Одно предостережение по охвату: источники не дают числовых значений C или C0 для конкретного внутреннего диаметра.

Поэтому фактическое отношение грузоподъемностей для вашего списка кандидатов не может быть вычислено только на основе этих данных^11,12.

Режим с выдержкой под нагрузкой и ударами: проверьте статическую грузоподъемность, прежде чем сравнивать ресурс

Если применение предполагает выдержку под нагрузкой или удары — запрессовка, поворотный стол, штамповка — сравнение динамического ресурса является неправильным критерием отбора. Тяжелая запрессовка или индексация могут превысить статическую грузоподъемность C0 задолго до того, как приблизятся к динамической¹¹.

В таком режиме подшипник выбирается по статической грузоподъемности, и более длительный расчетный L10 ничего не говорит о том, выдержит ли дорожка качения выдержку под нагрузкой. Поэтому, прежде чем назначать цену, классифицируйте режим.

Непрерывное вращение при установившейся нагрузке — это вопрос динамического ресурса. Повторяющееся статическое или ударное нагружение — это вопрос C0.

Запрашивайте у каждого поставщика C0 наряду с C, а не предполагайте, что динамическая грузоподъемность покрывает этот случай¹¹.

Скорость и нагрев: где геометрия роликоподшипника обходится вам дорого

Геометрия, которая дает роликоподшипнику его грузоподъемность, — это та же геометрия, которая обходится ему дорого на скорости. Шарик касается дорожки качения в точке, поэтому трение и нагрев остаются низкими; ролик касается по линии, что повышает грузоподъемность ценой более высокого трения и нагрева на скорости¹⁹.

Это утверждение о двух контактных геометриях, а не измеренные потери мощности для вашего режима. Для вашего решения это означает, что штраф за трение роликоподшипника является эксплуатационным расходом, который растет со скоростью.

Его следует учитывать в сравнении наряду с ценой и ресурсом. Источники здесь не дают значения момента трения или потерь мощности для прямого сравнения шарикоподшипника и роликоподшипника при заданных нагрузке и скорости.

Поэтому вы не можете выразить этот штраф в цифрах на основе этих данных¹⁹. Запросите у поставщиков момент трения или потери мощности при вашей скорости и нагрузке, если энергетические затраты существенны для данного случая.

Заявления поставщиков внутри семейства роликоподшипников — более низкий момент или более низкий момент трения по сравнению с конкурентом или предыдущей конструкцией — являются улучшениями роликоподшипников, а не доказательством того, что роликоподшипники превосходят шарикоподшипники по трению^1,18.

Смазка и уплотнение: затраты, зависящие от режима, а не от семейства

Пластичная смазка — более дешевое решение для конструкции. Она позволяет использовать более простые и экономически эффективные конструкции корпуса и уплотнений, а также обеспечивает лучшую адгезию и защиту от загрязнений²¹.

Масляные системы, как правило, дороже как по первоначальным инвестициям, так и по обслуживанию, и создают проблемы утечек и утилизации³. Но у пластичной смазки есть ограничения, и сложные условия — высокие температуры, высокие скорости или сильное загрязнение — могут ее преодолеть⁴.

Там, где пластичная смазка деградирует, переход на масло становится целесообразным. Масло обеспечивает способность отводить тепло и вымывать загрязнения в обмен на более высокую стоимость системы^3,4.

Во многих применениях эти недостатки невелики по сравнению со стоимостью повторяющихся отказов и простоев при продолжении использования пластичной смазки³. Для вашего сравнения способ смазки — это статья затрат, которая зависит от вашей температуры, скорости и загрязнения, а не от того, какое семейство вы выберете.

Подтвердите, какой способ смазки требуется каждому кандидату, прежде чем рассматривать цену подшипника как полную стоимость.

Сам переход имеет цену: оснастка, сепаратор и переквалификация

Смена типа подшипника — это не только изменение цены за единицу. Конструкция сепаратора и производственные ограничения обычно следуют за решением о типе, а не определяют его.

Однако в мелкосерийном производстве нестандартных подшипников сепаратор может стать решающим фактором при выборе типа⁶. Штампованные и формованные сепараторы с уникальными диаметрами окружности центров и наборами тел качения часто нереалистичны из-за высоких затрат на оснастку, независимо от их пригодности⁶.

Если ваш объем невелик или габариты вынуждают использовать нестандартный сепаратор, запросите стоимость оснастки, прежде чем остановиться на любом из семейств. Тип, который выглядит дешевле за подшипник, может потерять это преимущество из-за разовых затрат на оснастку.

Источники не дают цифр по оснастке, переналадке или переквалификации, которые можно было бы подставить — они берутся из коммерческого предложения вашего поставщика⁶.

Что нужно иметь под рукой, прежде чем запрашивать коммерческое предложение

Сравнение ресурса и цены работает только в том случае, если оба кандидата рассчитываются на одних и тех же исходных данных. Вот пункты, которые нужно собрать в первую очередь; те, которые не предоставляет ни один источник, могут быть заполнены только вашим поставщиком или данными вашего собственного предприятия.

• ✓Эквивалентная динамическая нагрузка P для рабочего цикла, а не пиковая нагрузка
• ✓Базовая динамическая грузоподъемность C для каждого кандидата при вашем внутреннем диаметре, из каталога поставщика
• ✓Статическая грузоподъемность C0 для каждого кандидата, если режим предполагает выдержку или удары
• ✓Целевая надежность выше 90% по умолчанию, когда отказ дорогостоящ или критичен для безопасности
• ✓Рабочая скорость, проверенная на соответствие предельной скорости и конструкции сепаратора каждого кандидата
• ✓Способ смазки, необходимый каждому кандидату при вашей температуре, скорости и загрязнении
• ✓Стоимость замены за событие: человеко-часы, стоимость простоя в час, время на разборку

Где источники расходятся во мнениях о трении и нагреве

Общий геометрический аргумент гласит, что шарики работают холоднее; цифры со стороны роликоподшипников получены от поставщиков, сравнивающих свои роликоподшипники с другими роликоподшипниками. Читайте эти два столбца как разные утверждения, а не как противоречие, которое нужно усреднять.

Прежде чем запрашивать предложение

• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет числовых значений C и C0 для кандидатных шариковых и роликовых подшипников вашего диаметра — запросите их у каждого поставщика до расчёта L10.
• Запросите письменное предложение с основой цены, минимальным объёмом заказа, оснасткой, условиями оплаты и сроком производства.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет значений L10h при вашей нагрузке и скорости и не заявлен целевой ресурс применения — целевые часы вы должны задать сами.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет человеко-часов, стоимости простоя в час и требований к разборке для замены — соберите их из собственной документации по обслуживанию.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет моментов трения или потерь мощности для прямого сравнения шариковый/роликовый на рабочей скорости — запросите момент в вашей рабочей точке.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет указания, подходят ли ваши существующие посадки вала и корпуса, смазка и уплотнение уже к каждому типу — проверьте обоих кандидатов по вашим чертежам.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет данных по оснастке, переналадке, переквалификации и одобрению поставщика при смене типа — запросите их в предложении.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет сроков, доступности и вторых источников при требуемом размере и классе точности.
• Источники этого не проясняют — задайте вопрос поставщику: нет независимых проверенных данных о совокупной стоимости владения, связывающих цену за единицу с ресурсом и стоимостью обслуживания для одного диаметра при вашей нагрузке и скорости — источники не решают, что в вашем случае дешевле по сроку службы: шариковый или роликовый.