Радиальные шарикоподшипники: конструкция, несущая способность, выбор и применение

При 3600 об/мин подшипник двигателя может работать нормально в течение многих лет, а затем выйти из строя в течение нескольких недель из-за того, что кто-то установил открытый подшипник в пыльной среде или выбрал неправильный внутренний зазор. Радиальный шарикоподшипник является наиболее широко используемой конструкцией подшипников качения, но за его простым внешним видом скрывается длинный список характеристик, определяющих срок службы. В этой статье объясняется, что такое подшипник, как он работает, какие нагрузки он может выдерживать, как выбрать один из его вариантов и где он работает лучше всего.

Короче говоря, радиальный шарикоподшипник является правильным выбором, когда нагрузка в основном радиальная, осевая нагрузка умеренная, скорость находится в пределах подшипника, а корпус может быть обработан до простого цилиндрического седла. Если эти условия соблюдены, он обеспечивает низкое трение, низкие эксплуатационные расходы и длительный срок службы. Если это не так, проблему часто может решить один из специализированных вариантов, описанных ниже.

Что такое радиальный шарикоподшипник?

Основными компонентами являются внутреннее кольцо, наружное кольцо, набор шариков, сепаратор, а иногда и уплотнения или щитки. Дорожка качения на каждом кольце представляет собой непрерывную канавку радиусом, немного превышающим радиус шарика. Глубина этой канавки отличает радиальный шарикоподшипник от радиального подшипника с мелкой дорожкой качения; более глубокая геометрия дает ему более высокую радиальную способность для своего размера и способность воспринимать осевую нагрузку в любом направлении.

Радиальные шарикоподшипники доступны в метрических сериях ISO, таких как 62 и 63, дюймовых размерах и в специальной внутренней конструкции. Подшипник 6204 имеет диаметр отверстия 20 мм, внешний диаметр 47 мм и ширину 14 мм. Подшипник 6311 имеет диаметр отверстия 55 мм, внешний диаметр 120 мм и ширину 29 мм. Эти размеры стандартизированы, но внутренние детали у разных производителей не идентичны.

Как работает радиальный шарикоподшипник?

При радиальной нагрузке нагрузка передается через тела качения в нагруженной зоне. Поверхность контакта между каждым шариком и глубокой дорожкой качения образует эллипс, который распределяет контактное напряжение и обеспечивает относительно высокую грузоподъемность. Поскольку шарики катятся, а не скользят, момент трения низкий, поэтому подшипник хорошо работает в высокоскоростных машинах.

Под действием осевой нагрузки шарик контактирует с одной стороной дорожки качения внутреннего кольца и противоположной стороной дорожки качения наружного кольца. Это создает небольшой угол контакта, который допускает осевую нагрузку в любом направлении. Таким образом, подшипник может одновременно выдерживать комбинированные радиальные и осевые нагрузки. Однако чистая осевая нагрузка, превышающая примерно четверть динамической радиальной нагрузки, обычно лучше выдерживается упорным шарикоподшипником.

Грузоподъемность и ограничения скорости

Грузоподъёмность радиального шарикоподшипника определяется номинальной динамической нагрузкой C и номинальной статической нагрузкой C0. Например, стандартный подшипник 6311 имеет динамическую нагрузку около 55 кН и статическую нагрузку около 35 кН. Эти значения предполагают чистые дорожки качения, правильную смазку и правильное выравнивание. Фактический срок службы зависит от эквивалентной нагрузки Р, объединяющей радиальную и осевую составляющие согласно каталожным методам расчета.

Ограничения скорости обычно указываются как опорная и предельная скорость. Эталонная скорость — это скорость, которую можно поддерживать при нормальном тепловом балансе; предельная скорость — это максимальная скорость, при которой сепаратор и смазка станут нестабильными. Подшипники с уплотнениями и контактными резиновыми уплотнениями обычно имеют более низкие пределы скорости, чем открытые подшипники, поскольку сопротивление уплотнения приводит к выделению тепла и ограничению движения смазки. Когда скорость имеет решающее значение, подшипнику необходим сепаратор с низким коэффициентом трения, высокоточные шарики и правильный внутренний зазор.

Варианты дизайна и когда их использовать

Баланс между емкостью, скоростью, защитой и удобством монтажа объясняет, почему существует так много вариантов радиальных шарикоподшипников. Наиболее распространенные варианты — открытые, экранированные, герметичные, со стопорным кольцом, с заливочными пазами, с быстроходной геометрией с низким коэффициентом трения.

Для компактных узлов, где наружное кольцо должно располагаться в осевом направлении, радиальный шарикоподшипник со стопорной канавкой и стопорным кольцом уменьшает длину корпуса и позволяет избежать отдельного удерживающего буртика. Например, этот радиальный шарикоподшипник с канавкой и стопорным кольцом часто используется в небольших электродвигателях и корпусах вентиляторов.

Когда радиальная грузоподъемность является главным приоритетом и известно, что осевая нагрузка невелика, радиальный шарикоподшипник с пазами для заполнения позволяет загрузить больше шариков в одну и ту же зону. Радиальные шарикоподшипники с пазами для заполнения увеличивают радиальную нагрузку, но уменьшают осевую нагрузку, поэтому их следует выбирать только в том случае, если осевая нагрузка ограничена.

Для высокоскоростных машин внутренняя геометрия и качество сепаратора имеют большее значение, чем основные размеры. Высокоскоростные радиальные шарикоподшипники с низким крутящим моментом и низким крутящим моментом предназначены для снижения тепловыделения и являются практическим решением, когда стандартный открытый подшипник слишком нагревается.

Материалы, уплотнения и смазка

Большинство радиальных шарикоподшипников изготовлены из высокоуглеродистой хромистой стали, закаленной примерно до 60–62 HRC. Для влажных или агрессивных сред можно использовать нержавеющую сталь или специально обработанные поверхности. Сепаратор удерживает шарики на расстоянии и предотвращает контакт металла с металлом. Сепараторы из штампованной стали прочны и экономичны, сепараторы из полиамида работают тихо, а механически обработанные латунные сепараторы предпочтительнее для высоких скоростей и тяжелых нагрузок.

Уплотнения и щитки необходимо выбирать вместе со смазкой. Контактное уплотнение с литиевой смазкой выдерживает широкий диапазон температур, но увеличивает сопротивление. В конструкции с низким моментом трения может использоваться специальная смазка и модифицированная кромка уплотнения. Слишком много смазки в герметичном подшипнике может привести к быстрому повышению температуры; слишком мало смазки сокращает срок службы смазки. Спецификация производителя является лучшей отправной точкой для любого применения.

Как выбрать правильный подшипник

Простой процесс выбора позволяет избежать распространенной ошибки заказа только по размеру отверстия и серии:

1. Рассчитайте радиальные и осевые нагрузки, включая удары и вибрацию.
2. Выберите наименьшее отверстие, подходящее для вала, затем проверьте, соответствуют ли C и C0 требуемому сроку службы.
3. Сравните рабочую скорость с заданной и предельной скоростью для выбранного варианта.
4. Выбирайте внутренний зазор в зависимости от посадки и разницы температур; C3 является общим для электродвигателей.
5. Выбирайте между открытой, экранированной или герметичной конструкцией в зависимости от загрязнения и доступа для обслуживания.
6. Проверьте материал сепаратора по температуре и скорости.
7. Убедитесь, что посадка в корпус не деформирует дорожку качения наружного кольца.

Следуя этим шагам, окончательный выбор будет соответствовать реальным условиям работы, а не изображению в каталоге.

Общие приложения

В электродвигателях малой мощности используются радиальные шарикоподшипники, потому что они работают тихо; Их используют в крупных промышленных двигателях, поскольку они могут выдерживать умеренную осевую нагрузку от косозубых шестерен. Конвейерные ролики, натяжители ремней, вентиляторы, насосы и небольшие редукторы являются типичными применениями. В транспортных средствах подшипник поддерживает валы генератора, водяные насосы, валы механической коробки передач и натяжные шкивы.

В сельскохозяйственной технике часто используются радиальные шарикоподшипники внутри установленных корпусов, чтобы противостоять умеренным ударам и пыли. Поскольку один и тот же базовый размер может производиться с разными зазорами, сепараторами, уплотнениями и внутренней геометрией, производитель двигателей и производитель насосов могут использовать подшипник 6205, получая при этом совершенно разные эксплуатационные характеристики. Вот почему важна стабильность производства.

Рекомендации по установке и техническому обслуживанию

При монтаже следует прилагать усилие только к кольцу с посадкой с натягом. Если вал затянут, а корпус нет, надавите на внутреннее кольцо. Если корпус тугой, нажмите на наружное кольцо. Никогда не передавайте монтажное усилие через шарики, поскольку это может привести к образованию вмятин на дорожках качения и создать шум или преждевременный выход из строя.

Во время работы изменения температуры, шум или вибрация являются первыми признаками неисправности. Резкое повышение температуры часто указывает на разрушение смазки, чрезмерную предварительную нагрузку или неправильное количество смазки. Увеличение шума может означать загрязнение, бринеллирование или усталость. Открытые подшипники обычно требуют плановой замены смазки, тогда как закрытые подшипники часто смазываются на весь срок службы.

Почему важен партнер-производитель

Выход из строя радиальных шарикоподшипников редко вызван только маркой стали; чаще всего это вызвано геометрией дорожки качения, округлостью шарика, качеством сепаратора или консистенцией уплотнения. Поставщик, располагающий современными производственными линиями и полным испытательным оборудованием, может поддерживать эти параметры в жестких пределах при производстве больших партий. Сертификация ISO/TS 16949 указывает на систему качества, ориентированную на цепочки поставок автомобильной продукции, а полное испытательное оборудование предоставляет данные о размерах, шуме и вибрации для каждой партии.

Ningbo D&M Bearings Co., Ltd. производит радиальные шарикоподшипники под брендами D&M и LUMAN, опираясь на производственную базу площадью 20 000 квадратных метров и автоматизированный контроль. Когда потребность состоит в тысячах идентичных подшипников со стабильным шумом и посадкой, производитель, который контролирует как материалы, так и процессы сборки, является лучшим партнером, чем дистрибьютор, который просто перепродает коробки. Чтобы изучить доступные размеры и конфигурации, начните с линейки радиальных шарикоподшипников компании.