Объяснение различных типов подшипников: полное руководство

Обзор: типы коренных подшипников и как их выбрать

Подшипники — это механические компоненты, которые уменьшают трение между движущимися частями, выдерживая при этом радиальные и/или осевые нагрузки. Есть более десятка различных типов подшипников в обычном промышленном использовании, каждый из которых спроектирован для определенных направлений нагрузки, скоростей, допусков на перекос и условий окружающей среды. Выбор неправильного типа приводит к преждевременному выходу из строя, чрезмерному нагреву или ненужным затратам.

Наиболее широко используемый тип подшипников во всех отраслях промышленности — это подшипники. радиальный шарикоподшипник — ценится за свою универсальность, высокую скорость и низкое трение. Однако приложения, связанные с тяжелыми радиальными нагрузками, высокими осевыми нагрузками, комбинированными нагрузками или несоосностью валов, требуют использования разных типов подшипников. Это руководство охватывает все основные категории и содержит данные, необходимые для осознанного выбора.

Радиальные шарикоподшипники: самый универсальный тип подшипника

Радиальные шарикоподшипники (DGBB) являются эталоном, с которым часто сравнивают другие типы подшипников. Они состоят из внутреннего кольца, наружного кольца, набора шариков и сепаратора с глубокими дорожками качения, которые позволяют им выдерживать как радиальные, так и умеренные осевые нагрузки в любом направлении.

Конструкция и основные характеристики

Отличительной особенностью является глубокая непрерывная канавка, выточенная как на внутреннем, так и на внешнем кольцах. Такая геометрия канавок позволяет шарикам сохранять большую площадь контакта относительно их размера, что позволяет:

• Радиальная нагрузка: Первичная расчетная нагрузка; от умеренного до высокого в зависимости от размера подшипника
• Осевая нагрузка: До ~50% номинальной радиальной нагрузки в любом направлении — намного выше, чем у большинства других типов шарикоподшипников
• Скорость: Один из самых высоких показателей среди всех типов подшипников; обычные размеры обычно работают на 10 000–30 000 об/мин или выше
• Допуск на несоосность: Очень низкий — обычно От ±0,05° до ±0,10° ; вал и корпус должны быть точно выровнены
• Трение: Очень низкое трение при движении — идеально подходит для энергоэффективных и высокоскоростных применений.

Распространенные варианты

• Открыто (без пломбы): Самое низкое трение; требует обслуживания внешней смазки
• Экранированный (ZZ): Металлические щиты с одной или обеих сторон; защищает от крупных загрязнений, позволяет вытечь небольшому количеству смазки
• Герметичный (2RS): Резиновые контактные уплотнения с обеих сторон; полностью закрытая консистентная смазка, пригодная для загрязненных сред
• Нержавеющая сталь: Для агрессивных или пищевых сред
• Тонкий срез (тип Кайдон): Чрезвычайно маленькое поперечное сечение для легких или ограниченных по пространству конструкций.

Типичные применения

Радиальные шарикоподшипники являются стандартным выбором в электродвигателях (их используют практически все дробные и встроенные двигатели), насосах, коробках передач, бытовой технике, автомобильных генераторах и шпинделях станков. SKF 6205-2RS — герметичный подшипник DGBB с диаметром отверстия 25 мм — является одним из наиболее широко производимых подшипников в мире, который используется во всем: от стиральных машин до конвейерных роликов.

Радиально-упорные шарикоподшипники

Радиально-упорные шарикоподшипники (ACBB) предназначены для комбинированных радиальных и осевых нагрузок, где осевая составляющая значительна. Шарики соприкасаются с дорожками качения в определенном месте. угол контакта - обычно 15°, 25° или 40° — который определяет соотношение осевой и радиальной грузоподъемности.

• Угол контакта 15°: Лучше всего подходит для высокоскоростных применений с умеренными осевыми нагрузками (например, шпиндели станков).
• Угол контакта 25°: Сбалансированные радиальные/осевые возможности; комбинированная загрузка общего назначения
• Угол контакта 40°: Высокая осевая грузоподъемность; используется там, где преобладают силы тяги

Поскольку они создают осевую силу реакции при радиальной нагрузке, радиально-упорные шарикоподшипники почти всегда используются в пары, установленные спина к спине (DB) или лицом к лицу (DF) справляться с тягой в обоих направлениях. Они являются стандартным выбором для шпинделей станков, шариковых винтов и ступиц автомобильных колес (передняя ось).

Цилиндрические роликовые подшипники

В цилиндрических роликоподшипниках используются цилиндрические тела качения, которые обеспечивают линейный контакт с дорожками качения, а не точечный контакт, как в шарикоподшипниках. Этот линейный контакт распределяет нагрузку по гораздо большей площади, давая им радиальная нагрузка в 1,5–3 раза выше чем эквивалентные радиальные шарикоподшипники с теми же граничными размерами.

• Тип НУ/Н: Нет осевого расположения с одного кольца; свободно перемещается в осевом направлении — идеально подходит для компенсации теплового расширения
• Тип Нью-Джерси/НФ: Однонаправленное осевое расположение; справляется с ограниченной тягой в одном направлении
• Тип НУП/НП: Двунаправленное осевое расположение; выдерживает умеренную тягу в обе стороны

Цилиндрические роликоподшипники также предлагают высокая скорость , уступая только шарикоподшипникам, поскольку ролики и дорожки качения могут быть отшлифованы с очень жесткими допусками. Они широко используются в электродвигателях, турбинах, коробках передач и прокатных станах. Ключевым ограничением является их почти нулевой допуск на несоосность - обычно under ±0.04°.

Конические роликовые подшипники

Конические роликоподшипники предназначены для работы тяжелые комбинированные радиальные и осевые нагрузки одновременно . И ролики, и дорожки качения имеют коническую форму — все конические поверхности сходятся в общей точке на оси подшипника, что является геометрическим требованием для чистого контакта качения.

Угол контакта (обычно от 10° до 30° ) определяет соотношение осевой и радиальной пропускной способности. Более крутой угол несет большую осевую нагрузку, но требует более высокой осевой предварительной нагрузки для поддержания устойчивости. Как и радиально-упорные шарикоподшипники, конические роликоподшипники должны быть используется в противоположных парах потому что они воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении.

• Радиальная нагрузка: Очень высокий — один из самых высоких среди всех типов подшипников качения.
• Осевая нагрузка: Высокий в одном направлении на подшипник; очень высокий в паре
• Рейтинг скорости: Умеренный — ниже, чем у цилиндрических роликовых или шарикоподшипников из-за трения скольжения на ребре большого конца ролика.
• Требования к предварительной загрузке: Должен быть правильно предварительно загружен во время установки; неправильный предварительный натяг является основной причиной преждевременного выхода из строя

Преобладающими сферами применения являются автомобильные ступичные подшипники, дифференциалы транспортных средств, полуоси и коробки передач тяжелой промышленности. Тимкен 30206 Эта серия входит в число наиболее известных семейств конических роликоподшипников, используемых в автомобильной и промышленной сфере.

Сферические роликовые подшипники

Сферические роликоподшипники содержат два ряда бочкообразных роликов, движущихся по общей сферической дорожке качения наружного кольца. Эта сферическая внешняя дорожка качения позволяет подшипнику самовыравнивание с угловым смещением от ±2° до ±3° — сделать их предпочтительным выбором, когда прогиб вала, деформация корпуса или ошибки при установке неизбежны.

• Радиальная нагрузка: Очень высокий — один из самых высоких среди всех типов подшипников качения.
• Осевая нагрузка: Умеренный в обоих направлениях одновременно
• Допуск на несоосность: от ±1° до ±2,5° — лучший из всех типов роликовых подшипников
• Скорость: Умеренный; ниже, чем у шарикоподшипников, но достаточен для большинства тяжелых промышленных приводов

Тяжелые конвейерные системы, бумажные фабрики, горнодобывающее оборудование, дробилки, вентиляторы и судовые гребные валы являются классическими сферами применения сферических роликоподшипников. Их выбирают там, где большие промежутки между опорами приводят к значительному отклонению вала или где трудно достичь или поддерживать точное выравнивание.

Игольчатые роликоподшипники

В игольчатых роликоподшипниках используются ролики с соотношение длины к диаметру от 3:1 до 10:1 — гораздо выше, чем у обычных цилиндрических роликов. Этот тонкий профиль обеспечивает очень высокая радиальная нагрузка при чрезвычайно компактном поперечном сечении , что делает их незаменимыми в конструкциях с ограниченным пространством.

• Вытянутая чашка (ракушечного типа): Тонкая внешняя оболочка, штампованная из стали; используется в планетарных передачах трансмиссии, шарнирах коромысел
• Клеточные сборки: Ролики сохранены в обойме; используется с закаленным валом в качестве внутренней дорожки качения, что позволяет сэкономить еще больше места
• Комбинированная игла/толчок: Радиальный элемент игольчатого ролика в сочетании с узлом упорной шайбы для компактной обработки смешанных грузов.

Автомобильные трансмиссии, двухтактные двигатели (шатуны с малым концом), гидравлические насосы и универсальные шарниры (U-образные шарниры) являются основными сферами применения игольчатых подшипников. Компромисс нулевой допуск на перекос и чувствительность к ударным нагрузкам .

Упорные подшипники: упорные шариковые и роликовые.

Упорные подшипники специально предназначены для перевозки чистые или преимущественно осевые (осевые) нагрузки действует параллельно оси вала. Они выдерживают небольшую радиальную нагрузку или вообще не выдерживают никакой радиальной нагрузки, и их следует использовать в сочетании с радиальным подшипником, когда присутствуют оба типа нагрузки.

Шариковые упорные подшипники

Состоят из двух шайб (дорожек качения) и набора шариков в сепараторе. Простой, экономичный и способный выдерживать умеренные осевые нагрузки на относительно низких и средних скоростях. Часто встречается в автомобильных рулевых колонках, барных стульях и проигрывателях типа «ленивая Сьюзан». Не подходит для высокоскоростных приложений. — центробежная сила заставляет шарики скользить на высоких оборотах.

Цилиндрические и конические роликоупорные подшипники

Используйте ролики вместо шариков, обеспечивая значительно более высокая осевая нагрузка через линейный контакт. Упорные конические роликоподшипники выдерживают очень большие осевые нагрузки и используются в крюках кранов, буровом оборудовании и морских упорных блоках. Цилиндрические роликоподшипники используются в столах станков и прессах.

Сферические роликовые упорные подшипники

Сочетание очень высокой осевой нагрузки с возможность самовыравнивания до ±2° . Они также могут выдерживать умеренные радиальные нагрузки. Используется в упорных подшипниках судовых гребных винтов, вертикальных насосах и экструдерах, где сосуществуют большие осевые нагрузки и некоторое несоосность.

Самовыравнивающиеся шарикоподшипники

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники имеют два ряда шариков, движущихся по общей сферической дорожке качения наружного кольца, что в принципе идентично сферическим роликоподшипникам, но в них вместо роликов используются шарики. Они вмещают От ±1,5° до ±3° углового смещения , больше, чем у радиальных шарикоподшипников, но меньшая радиальная нагрузка, чем у сферических роликоподшипников.

Их основным преимуществом перед сферическими роликоподшипниками является меньшее трение и более высокая скорость , что делает их подходящими для валов с легкой и умеренной нагрузкой и неопределенностью соосности — типичными примерами являются сельскохозяйственная техника, текстильное оборудование и натяжные шкивы конвейеров.

Сравнение всех основных типов подшипников

В таблице ниже представлено прямое сравнение наиболее важных параметров производительности основных типов подшипников для принятия решения о выборе:

Как выбрать правильный тип подшипника: практическая основа

Выбор правильного типа подшипника требует систематической оценки условий эксплуатации. Выполните следующие действия, чтобы сузить правильный выбор:

1. Определите направление нагрузки: Только радиально → цилиндрический ролик или DGBB. Только осевой → упорный подшипник. Комбинированный → угловой контакт, конический или сферический ролик.
2. Оцените величину нагрузки: Легкие и умеренные нагрузки → шарикоподшипники (меньшее трение, более высокая скорость). Тяжелые нагрузки → роликовые подшипники (линейный контакт, более высокая грузоподъемность в зависимости от размера).
3. Оцените скорость работы: Высокая скорость (обычно более 3000–5000 об/мин) предпочтительнее шариковых подшипников, чем роликовых. Для очень высоких скоростей предпочтительны радиальные или радиально-упорные шарикоподшипники.
4. Проверьте условия выравнивания: Если отклонение вала или несоосность корпуса превышает ±0,1°, используйте самовыравнивающиеся шарикоподшипники (легкие нагрузки) или сферические роликоподшипники (большие нагрузки).
5. Учитывайте ограничения по пространству: Плотное радиальное пространство → игольчатые роликоподшипники. Тонкое осевое сечение → тонкопрофильные шарикоподшипники или упорные шайбы.
6. Фактор окружающей среды: Загрязнение или смыв → герметичные радиальные шарикоподшипники или герметичные сферические роликоподшипники. Коррозионная среда → гибридные подшипники из нержавеющей стали или керамики.
7. Рассчитать срок службы подшипника (L10): Используйте базовую формулу номинального срока службы ISO 281 с номинальной динамической нагрузкой выбранного подшипника (C) и эквивалентной динамической нагрузкой (P). Цель L10 ≥ 20 000 часов для большинства промышленных применений.

Выбор типа подшипника в зависимости от отрасли и применения

В некоторых отраслях и типах применений на основе многолетнего опыта эксплуатации были приняты передовые методы выбора типов подшипников:

Рекомендации по смазке и техническому обслуживанию подшипников по типам

Требования к смазке существенно различаются в зависимости от типа подшипников и имеют решающее значение для достижения номинального срока службы. Более 50% преждевременных отказов подшипников связаны с проблемами со смазкой — слишком мало, слишком много, неправильный тип или загрязненная смазка.

• Радиальные шарикоподшипники (sealed): Заводская смазка на весь срок службы — при нормальных условиях повторная смазка не требуется. 20 000 часов .
• Сферические и цилиндрические роликоподшипники (большие): Обычно смазываются маслом в коробках передач или смазываются консистентной смазкой через регулярные промежутки времени — смазка каждые 2000–5000 часов распространено в промышленных условиях.
• Конические роликовые подшипники: Требуйте пристального внимания как к типу смазочного материала, так и к предварительному натягу — выбор вязкости масла имеет решающее значение; Масла ISO VG 150–320 типичны для промышленных конических роликоподшипников.
• Игольчатые роликоподшипники: Часто смазываются масляным брызгом или масляным туманом; в двигателях они полагаются на контур моторного масла — достаточная подача масла не подлежит обсуждению.
• Упорные подшипники: Должна сохранять масляную пленку при высоких осевых нагрузках — масляная смазка обычно предпочтительнее консистентной смазки для тяжелонагруженных осевых устройств.