Как выбрать подшипник

Сегодня существует множество различных типов подшипников, и очень мало информации о различиях между ними.Возможно, вы задавались вопросом: «Какой подшипник лучше всего подходит для вашего применения?»или «как выбрать подшипник?»Эта статья поможет вам ответить на эти вопросы.
Прежде всего, вам необходимо знать, что большинство подшипников с телами качения делятся на две большие группы:

Шарикоподшипники
Подшипники качения
В этих группах есть подкатегории подшипников, которые имеют уникальные характеристики или оптимизированную конструкцию для повышения производительности.
В этой статье мы рассмотрим четыре вещи, которые вам необходимо знать о вашем приложении, чтобы выбрать правильный тип подшипника.

Найдите нагрузку на подшипник и грузоподъемность
Нагрузки на подшипники обычно определяются как сила реакции, которую компонент оказывает на подшипник во время использования.
При выборе подходящего подшипника для вашего приложения, прежде всего, вы должны определить его грузоподъемность.Грузоподъемность — это величина нагрузки, которую может выдержать подшипник, и это один из наиболее важных факторов при выборе подшипника.
Нагрузки на подшипники могут быть осевыми (упорными), радиальными или комбинированными.
Осевая (или упорная) нагрузка на подшипник возникает, когда сила параллельна оси вала.
Радиальная нагрузка на подшипник возникает, когда сила перпендикулярна валу.Тогда комбинированная нагрузка на подшипник возникает, когда параллельные и перпендикулярные силы создают угловую силу относительно вала.

Как шарикоподшипники распределяют нагрузки
Шариковые подшипники имеют сферические шарики и могут распределять нагрузки по площади поверхности среднего размера.Они, как правило, лучше работают с малыми и средними нагрузками, распределяя нагрузки через единую точку контакта.
Ниже приводится краткий справочник по типу нагрузки на подшипник и выбору лучшего шарикоподшипника для работы:
Радиальные (перпендикулярные валу) и легкие нагрузки: выбирайте радиальные шарикоподшипники (также известные как радиальные шарикоподшипники).Радиальные подшипники являются одними из наиболее распространенных типов подшипников на рынке.
Осевые (упорные) (параллельные валу) нагрузки: выберите упорные шарикоподшипники
Комбинированные радиальные и осевые нагрузки: выберите радиально-упорный подшипник.Шарики контактируют с дорожкой качения под углом, который лучше выдерживает комбинированные нагрузки.
Роликовые подшипники и нагрузка на подшипники
Роликовые подшипники имеют цилиндрические ролики, которые могут распределять нагрузки по большей площади поверхности, чем шарикоподшипники.Они, как правило, лучше работают для приложений с большой нагрузкой.

Ниже приводится краткий справочник по типу нагрузки на подшипник и наиболее подходящему роликовому подшипнику для работы:
Радиальные (перпендикулярные валу) нагрузки: выбирайте стандартные цилиндрические роликоподшипники.
Осевые (упорные) (параллельные валу) нагрузки: Выбирайте цилиндрические упорные подшипники
Комбинированные радиальные и осевые нагрузки: выберите конический роликоподшипник
Скорость вращения
Следующим фактором, на который следует обратить внимание при выборе подшипника, является скорость вращения вашего оборудования.
Если ваше приложение будет работать при высоких скоростях вращения, то предпочтительным выбором обычно являются шарикоподшипники.Они работают лучше на более высоких скоростях и предлагают более широкий диапазон скоростей, чем роликовые подшипники.
Одна из причин заключается в том, что контакт между телом качения и дорожками качения в шарикоподшипнике представляет собой точку, а не линию контакта, как в подшипниках качения.Поскольку тела качения вдавливаются в дорожку качения, когда они катятся по поверхности, при точечных нагрузках от шарикоподшипников возникает гораздо меньшая поверхностная деформация.

Центробежная сила и подшипники
Еще одна причина, по которой шариковый подшипник лучше подходит для высокоскоростных применений, заключается в наличии центробежных сил.Центробежная сила определяется как сила, которая толкает наружу тело, движущееся вокруг центра, и возникает из-за инерции тела.
Центробежная сила является основным фактором, ограничивающим скорость подшипника, поскольку она превращается в радиальные и осевые нагрузки на подшипник.Поскольку роликоподшипники имеют большую массу, чем шарикоподшипники, роликоподшипник будет создавать более высокую центробежную силу, чем шарикоподшипник того же размера.

Уменьшите центробежную силу с помощью материала керамических шариков
Иногда скорость приложения превышает номинальную скорость шарикоподшипника.
В этом случае простым и распространенным решением является замена материала шарикоподшипника со стали на керамику.Это сохраняет размер подшипника прежним, но обеспечивает примерно на 25% более высокую номинальную скорость.Поскольку керамический материал легче стали, керамические шарики создают меньшую центробежную силу при любой заданной скорости.

Высокоскоростные приложения лучше всего работают с радиально-упорными подшипниками
Радиально-упорные подшипники являются лучшим выбором подшипников для высокоскоростных применений.Одна из причин заключается в том, что шарики меньше, а шарики меньшего размера весят меньше и создают меньшую центробежную силу при вращении.Радиально-упорные подшипники также имеют встроенную предварительную нагрузку на подшипники, которая работает с центробежными силами для правильного качения шариков в подшипнике.
Если вы разрабатываете высокоскоростное приложение, вам понадобится высокоточный подшипник, обычно в пределах класса точности ABEC 7.
Подшипник более низкой точности имеет большее «пространство для маневра» при изготовлении, чем подшипник высокой точности.Поэтому, когда подшипник используется на высоких скоростях, шарики быстро катятся по дорожке качения подшипника с меньшей надежностью, что может привести к отказу подшипника.
Высокоточные подшипники изготавливаются в соответствии со строгими стандартами и имеют очень небольшие отклонения от спецификаций при производстве.Высокоточные подшипники надежны в условиях высокой скорости, поскольку они обеспечивают хорошее взаимодействие шарика и дорожки качения.

Биение и жесткость подшипника
Биение подшипника — это величина, на которую вал проходит орбиту относительно своего геометрического центра при вращении.Некоторые приложения, такие как шпиндели режущего инструмента, допускают лишь небольшое отклонение вращающихся компонентов.
Если вы разрабатываете подобное приложение, выберите высокоточный подшипник, поскольку он будет давать меньшие биения системы из-за жестких допусков, с которыми был изготовлен подшипник.
Жесткость подшипника — это сопротивление силе, которая заставляет вал отклоняться от своей оси, и играет ключевую роль в минимизации биения вала.Жесткость подшипника обусловлена ​​взаимодействием тела качения с дорожкой качения.Чем больше тело качения вдавливается в дорожку качения, вызывая упругую деформацию, тем выше жесткость.

Жесткость подшипника обычно классифицируют по:
Осевая жесткость
Радиальная жесткость
Чем выше жесткость подшипника, тем большее усилие требуется для перемещения вала при его использовании.
Давайте посмотрим, как это работает с прецизионными радиально-упорными подшипниками.Эти подшипники обычно поставляются с изготовленным смещением между внутренней и внешней дорожками качения.Когда радиально-упорные подшипники установлены, смещение устраняется, что приводит к тому, что шарики вдавливаются в дорожку качения без приложения какой-либо внешней силы.Это называется предварительным натягом, и этот процесс увеличивает жесткость подшипника еще до того, как на подшипник будут воздействовать какие-либо прилагаемые усилия.

Смазка подшипников
Знание потребностей ваших подшипников в смазке важно для выбора правильных подшипников, и это необходимо учитывать на ранних стадиях проектирования.Неправильная смазка является одной из наиболее частых причин выхода подшипников из строя.
Смазка создает масляную пленку между телом качения и дорожкой качения подшипника, что помогает предотвратить трение и перегрев.
Наиболее распространенным типом смазки является консистентная смазка, состоящая из масла с загустителем.Загуститель удерживает масло на месте, поэтому оно не покидает подшипник.Когда шарик (шариковый подшипник) или ролик (роликовый подшипник) катятся по смазке, загуститель отделяется, оставляя только масляную пленку между телом качения и дорожкой качения подшипника.После прохождения тела качения масло и загуститель снова соединяются.
Для высокоскоростных приложений важно знать скорость, с которой масло и загуститель могут разделиться и снова соединиться.Это называется приложением или значением n*dm.
Перед тем, как выбрать смазку, необходимо определить значение ndm для вашего применения.Для этого умножьте обороты вашего приложения на диаметр центра шариков в подшипнике (дм).Сравните значение ndm со значением максимальной скорости смазки, указанным в техническом описании.
Если ваше значение n*dm выше, чем значение максимальной скорости смазки, указанное в техническом описании, то смазка не сможет обеспечить достаточную смазку, и произойдет преждевременный выход из строя.
Другим вариантом смазки для высокоскоростных применений являются системы масляного тумана, которые смешивают масло со сжатым воздухом, а затем впрыскивают его в дорожку качения подшипника через определенные промежутки времени.Этот вариант является более дорогостоящим, чем консистентная смазка, поскольку требует внешней системы смешивания и дозирования, а также отфильтрованного сжатого воздуха.Однако системы масляного тумана позволяют подшипникам работать на более высоких скоростях, выделяя меньше тепла, чем подшипники со смазкой.
Для применений с более низкими скоростями обычно используется масляная ванна.Масляная ванна — это когда часть подшипника погружена в масло.Для подшипников, которые будут работать в экстремальных условиях, можно использовать сухую смазку вместо смазки на нефтяной основе, но срок службы подшипника обычно сокращается из-за характера разрушения смазочной пленки с течением времени.Есть несколько других факторов, которые необходимо учитывать при выборе смазочного материала для вашей области применения, см. нашу подробную статью «Все, что вам нужно знать о смазке подшипников».

Резюме: Как выбрать подшипник
Как правильно выбрать подшипник для вашего приложения:

Найдите нагрузку на подшипник и грузоподъемность
Во-первых, узнайте тип и величину нагрузки на подшипник, которую ваше приложение будет оказывать на подшипник.Нагрузки малого и среднего размера обычно лучше всего работают с шарикоподшипниками.В приложениях с большой нагрузкой обычно лучше всего работают роликовые подшипники.

Знайте скорость вращения вашего приложения
Определите скорость вращения вашего приложения.Высокие скорости (об/мин) обычно лучше всего работают с шарикоподшипниками, а более низкие скорости обычно лучше всего работают с роликовыми подшипниками.

Фактор биения и жесткости подшипника
Вы также хотите определить, какое биение допустимо в вашем приложении.Если применение допускает лишь небольшие отклонения, то шарикоподшипник, скорее всего, будет лучшим выбором.

Найдите подходящую смазку для ваших подшипников
Для высокоскоростных применений рассчитайте значение n*dm, и если оно выше максимальной скорости смазки, то смазка не сможет обеспечить достаточную смазку.Есть и другие варианты, такие как масляный туман.Для низкоскоростных применений хорошим выбором является масляная ванна.
Вопросы?Наши инженеры на месте будут рады пообщаться с вами и помочь вам выбрать лучший подшипник для вашего приложения.