Выбор подшипников качения

В наши дни подшипники качения, шариковые и роликовые, используются во многих областях деятельности. Но для того, чтобы эта опорная деталь эффективно выполняла свою задачу, а также обеспечивала долговечность узла вращения, важно подбирать подшипники в соответствии с требованиями, выдвигаемыми как самим механизмом, так и условиями его эксплуатации. Чаще всего тип и параметры опоры указаны в соответствии с DIN или ГОСТ в технической документации к оборудованию или транспортному средству. Тогда пользователю нужно лишь заказать продукт в соответствии с заявленной маркировкой у производителя. Но бывает и так, что подбор подшипников качения нужно делать самостоятельно, определяя соответствующий требованиям узла тип и делая своими силами расчет.

Определение способа посадки подшипника

Учитываемые сегодня критерии выбораподшипников качения довольно многочисленны, но начинать всегда следует с подбора изделия по способу посадки на вал и в место установки, расположенное в корпусе оборудования. Посадку определяют по размеру и типу подшипника, режиму эксплуатации узла и главное, учитывая величину и направление действующей на опору нагрузки. Принятым в настоящее время ГОСТом предусматриваются три типа нагружения:

• Местное;
• Циркуляционное;
• Колебательное.

Под нагружением местного типа подразумевают условия, при которых на опору оказывают воздействие  радиальные силы с постоянными значениями, такие как вес конструкции или сила, создаваемая натяжным ремнем. В таком случае кольцо детали не перемещается относительно действующей извне нагрузки. Циркуляционное нагружение подразумевает радиальную нагрузку, последовательно воспринимаемую всем кольцом и передаваемую посадочной поверхности вала или корпуса. Такой вид нагружения кольца может иметь место при его вращении с постоянно направленной нагрузкой или наоборот, когда обороты вокруг кольца выполняет сама радиальная нагрузка.

О нагружении колебательного типа говорят в том случае, если неподвижное кольцо воспринимает равнодействующую от двух различных нагрузок радиального типа, приложенную к одному участку дорожки и передает его также определенному участку корпуса либо вала механизма. Эта равнодействующая нагрузка не выполняет оборот полного цикла, а перемещается (колеблется) между двумя точками окружности. В таком случае колебательное нагружение воздействует на оба кольца детали.

Все эти три случая требуют монтажа вращающегося кольца с непременным натягом, который исключит возможность обкатки места посадки и последующего проскальзывания вала в кольце. Размер подшипников, монтируемых с натягом, подбирают особенно точно и, если необходимо, с предварительной подгонкой поверхностей. В остальных случаях, если особое условие не оговорено в технической документации к устройству, размеры детали подбираются с соответствующим зазором.

Выбор подшипника по типу тел качения

Грузоподъемность и скоростные характеристики подшипника сильно зависят от того, какие тела качения в нем использованы. Для тех случаев, когда нагрузки относительно невелики, а частота вращения, наоборот, большая, рекомендуют выбирать опоры среди шариковых подшипников. Но если на опору воздействуют статические и динамические силы с большими значениями, лучше выбирать среди роликовых или даже игольчатых моделей, выносливых, но при этом не слишком скоростных. 

Отличия между шариковыми и роликовыми подшипниками заключаются в способе передачи нагрузки от вала дорожке кольца, через тело качения. Если в шариковых опорах место передачи нагрузки выглядит как точка, то в роликовом оно имеет вид линии. Таким образом, нагрузка распределяется равномерно на определенном расстоянии, что делает деталь более грузоподъемной, выносливой и, разумеется, долговечной.

Если на опору будет действовать радиальный тип нагрузки с высоким значением, то рекомендуется рассмотреть вариант с установкой игольчатого подшипника, наиболее стойкого к значительным нагрузкам. По своей конструкции игольчатые модели схожи с роликовыми, но их тела качения имеют пропорцию диаметра к длине более чем 1 к 4. Таким образом нагрузка на ролик действует на максимально протяженной линии. Сюда стоит добавить и то, что в игольчатых узлах работает жидкостное трение, так как между валом и иглами находится слой масла, как в подшипниках скольжения. Это обеспечивает максимальную долговечность подшипника, износ которого в процессе работы минимален.

Выбор подшипника качения по грузоподъемности и долговечности

Совершенно очевидно, что абстрактный способ выбора опоры по типу тел качения может быть использован далеко не всегда. Поэтому чаще всего выполняют инженерный расчет подшипников, пример которого можно найти в технической литературе. На производстве, чаще всего, используется методика подбора по специальным таблицам. В первую очередь определяют статическую грузоподъемность, согласно справочным материалам или параметрам, указанным производителем. После этого находят требуемую в конкретном случае грузоподъемность динамическую. Для этого применяют следующий несложный расчет:

Ctp<C,

Где Ctp – это необходимая в данном случае динамическая грузоподъемность, а С – динамическая грузоподъемность значение подшипника, взятая из таблицы методом простого подбора.

В большинстве случаев, определение долговечности опоры будет являться основным условием при выборе детали для промышленного оборудования. Зная динамическую грузоподъемность, в справочной таблице можно узнать расчетную долговечность, измеряемую как в часах, так и в количестве оборотов. Долговечность определяется не для одного, а для группы подшипников, чтобы среднестатистический результат был максимально приближен к реальному.

За расчетную долговечность группы изделий принимают количество оборотов или часов непрерывной работы при неизменной скорости, за время которых из 100% деталей не более 10% показывают признаки усталости материала или выходят из строя. Но делая подбор по долговечности, не следует понимать эту величину буквально. Дело в том, что в большинстве случаев реальная долговечность подшипников качения любого типа гораздо выше расчетной. На эту характеристику влияют многие факторы, в том числе правильный выбор смазки для подшипников качения.  Кроме описанных нами параметров, важных при подборе подшипников, есть немало второстепенных, но также требующих внимания.
В наши дни, когда можно подобрать онлайн подшипники по таблицам на сайте или при помощи специальных программ-калькуляторов, комплектация узла вращения не вызовет затруднений даже у тех, кто никогда ранее не сталкивался с подобной задачей.