Комбинированная радиальная и осевая нагрузка на подшипники роликов: когда нужны конические роликоподшипники, а когда хватает шарикоподшипников

Осевая нагрузка сама по себе не исключает шариковые подшипники

Легко счесть любую боковую нагрузку поводом сразу переходить к коническим роликовым подшипникам. Но данные этого не подтверждают. Шариковые подшипники описываются как эффективно воспринимающие и радиальные, и осевые нагрузки, причём двухрядные варианты обеспечивают большую грузоподъёмность и устойчивость¹⁵. Конические роликовые подшипники воспринимают значительную радиальную и осевую нагрузку в одном направлении и подходят для больших радиальных и осевых нагрузок¹⁵. То есть оба семейства описываются как способные воспринимать комбинированную нагрузку. Разделяет их в источниках величина и характер осевого усилия, а не само наличие осевой силы^1,2,15. Один из источников указывает для шариковых подшипников 300–1,500 lb на колесо, а для конических роликовых — 2,000–4,000 lb на колесо^1,2. Это оставляет вам не правило, а отборочный вопрос: какова ваша нагрузка на колесо и представляет ли осевое усилие кратковременный рывок или постоянную боковую силу? Ни один источник в этом наборе не даёт соотношения осевой и радиальной нагрузки или угла контакта, которые позволили бы определить точку перехода для конкретного кастера.

Сначала отсеивайте по диапазону нагрузки на колесо

Диапазон нагрузки — самый быстрый фильтр, поскольку опубликованные диапазоны идут рядом друг с другом, а не перекрываются. Оба диапазона взяты у одного и того же издателя, поэтому рассматривайте их как одну шкалу для отсеивания, а не как два независимых подтверждения^1,2. Выбор вилки тяжёлого класса описывается как начинающийся примерно с 1,500 lb динамической нагрузки на колесо, при этом стандартные вилки достигают конструктивных пределов выше этого³. Один источник рекомендует переходить на безшкворневую вилку с коническими роликами при нагрузке выше 2,500 lb динамической на колесо⁶. Эти два порога различаются, и ни один из них не является стандартом — это значения для отсеивания, приведённые издателем.

Кратковременное боковое тяговое усилие или постоянное осевое усилие

При одинаковой нагрузке на колесо далее нужно определить характер осевой силы. Колесо, которое время от времени дёргают вбок, работает не в том же режиме, что колесо, удерживаемое против постоянной боковой силы. Для режимов вытягивания и бокового усилия практический рычаг внутри семейства шарикоподшипников — это количество: два кольцевых шариковых подшипника в одной ступице удваивают номинальную осевую нагрузку и значительно повышают стойкость к боковой нагрузке¹. Поэтому тот же источник рекомендует запрашивать «double ball» или «two precision ball» для любого изделия, которое будут тянуть, а не только толкать¹. Конические ролики описываются как воспринимающие значительную радиальную и осевую нагрузку в одном направлении¹⁵. Один общий источник, не относящийся к колёсам, утверждает, что кратковременное осевое усилие благоприятствует радиально-упорным шарикоподшипникам, а длительное осевое усилие требует конических роликов¹⁸. В этом наборе нет доказательств, специфичных для колёс, которые подтверждали бы или исключали радиально-упорные подшипники, поэтому рассматривайте это как вопрос к поставщику, а не как решённый вариант.

Ударное воздействие может перевесить номинальную нагрузку

На бумаге колесо может уверенно попадать в диапазон нагрузок для шарикоподшипников и всё равно быть выбрано для неправильного применения, поскольку номинал рассчитан на равномерное качение. Ударная нагрузка — это мгновенная сила, возникающая при переезде деформационных швов, доковых плит, подъёме вилочным погрузчиком или падении тележки, и она составляет 2–5× статического веса¹⁰. Там, где такие события происходят, один из источников рекомендует выбирать колесо, рассчитанное на ударные нагрузки, и описывает ударные номиналы как обычно 2–3× динамического номинала, что требует безшкворневого поворотного устройства, конических роликоподшипников и кованых колёс¹⁰. Тот же источник связывает роликоподшипники с нагрузкой 2,000 lb плюс при ударных воздействиях, поскольку линейный контакт распределяет нагрузку и повышает стойкость к ударам при высокой радиальной нагрузке². Если ваш маршрут включает доковые плиты или перемещение вилочным погрузчиком, проверьте коэффициент ударной нагрузки относительно вашего статического веса, прежде чем принимать спецификацию шарикоподшипника, основанную только на номинальной нагрузке.

Проверьте, что подшипник соответствует ступице и поворотному узлу

• ✓Уточните, рассчитана ли ступица на один или два шарикоподшипника — именно два подшипника в одной ступице удваивают осевую нагрузочную способность.
• ✓Запрашивайте «double ball» или «two precision ball» по названию, если колесо будет подвергаться рывкам, а не только толканию.
• ✓Уточните, что подшипники закрыты или герметизированы и запрессованы в стальную ступицу, если назначение — общий склад, инструментальная тележка или MRO.
• ✓Спросите, является ли поворотный узел без kingpin (kingpinless), если указан режим работы с ударными нагрузками.

Сопоставляйте цену подшипника с затратами на уровне кастера

Цена за один подшипник — слабая основа для решения. Один источник указывает, что шарикоподшипники с глубокими канавками стоят $2–$15 за штуку, а конические роликоподшипники — $12–$85, но это общие цены на промышленные подшипники, а не цены для кастеров¹⁸. Ни один источник в этом наборе не приводит цену за единицу на уровне кастера или порог объёма, обусловленный типом подшипника. На предложения по кастерам влияют размер и нагрузка колеса, материал протектора и сердечника, тормозная система, конструкция крепления, подшипники и рулевая конструкция, OEM-кастомизация, а также испытания и соответствие требованиям²⁵. Покупателям рекомендуется нормализовать каждое предложение по одинаковой нагрузке, диаметру колеса, режиму торможения, монтажным размерам, требованиям к протектору, количеству и документации, прежде чем сравнивать цены²⁵. Таким образом, выбор подшипника меняет одну строку предложения, а не всё сравнение. Запрашивайте строку по подшипнику отдельно, затем сравнивайте полные сборки при одинаковых характеристиках.

Квалифицируйте подшипник в RFQ, а не по техпаспорту

• ✓Уточните, к какой нагрузочной характеристике относится значение для подшипника — динамическая при качении или статическая в состоянии покоя.
• ✓Требуйте испытание статической нагрузкой 150% от номинальной с выдержкой 24 часа.
• ✓Требуйте испытание на динамические циклы более 100,000 циклов при имитации скорости движения.
• ✓Запросите обозначение подшипника, количество на ступицу и информацию о том, подобрана ли пара.
• ✓Уточните, с какой смазкой и уплотнением поставляется подшипник, а также интервал пополнения смазки, если он не имеет необслуживаемого исполнения на весь срок службы.

Где источники расходятся

Основное разногласие заключается в том, требуются ли конические ролики при комбинированной и ударной нагрузке. Здесь отражены обе позиции; имеющиеся данные не позволяют определить, какая из них применима к вашей колесной опоре.

Sources

1. 1 casterhq.com — Industry publication
2. 2 casterhq.com — Industry publication
3. 3 castercentral.com — Industry publication
4. 6 casterhq.com — Industry publication
5. 10 casterhq.com — Industry publication
6. 15 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
7. 18 flowmachinery.com — Unclassified source
8. 21 www.shangxincaster.com — Manufacturer technical documentation
9. 25 www.secure-caster.com — Manufacturer technical documentation