Конические роликовые подшипники в сравнении с шариковыми при комбинированных радиальных и осевых нагрузках: как выбирать, когда данные о грузоподъемности и частоте вращения недоступны

Достаточно ли велика и постоянна осевая нагрузка, чтобы применять конические ролики?

Геометрия конических роликоподшипников воспринимает радиальную и осевую нагрузку только в одном направлении, поскольку конические ролики удерживаются упорным бортом на внутреннем кольце (конусе)¹⁵. Именно эта однонаправленная способность и делает данный тип пригодным для больших радиальных и осевых нагрузок^13,15. Загвоздка в том, что та же геометрия работает против вас, когда осевая составляющая мала. По имеющимся данным, при чисто радиальной нагрузке конические ролики создают внутреннее осевое смещение, которое вызывает вредный предварительный натяг, если его не скомпенсировать, что приводит к быстрому износу сепаратора¹⁸. Один источник указывает, что конические ролики дают преимущество только тогда, когда осевая нагрузка составляет не менее 30% радиальной и её направление постоянно¹⁸. Воспринимайте это соотношение как цифру, приведённую в одном источнике, а не как отраслевой порог — ссылок на применимый стандарт для него нет. Прежде чем выбирать конические ролики только потому, что нагрузка «комбинированная», установите два обстоятельства: насколько осевая составляющая в действительности велика по отношению к радиальной и остаётся ли её направление неизменным в процессе эксплуатации. Если осевая нагрузка мала или меняет знак, то геометрия, которая воспринимает осевую нагрузку, — это же геометрия, которая нагружает подшипник изнутри.

Исключает ли режим нагрузки шариковые подшипники или всё же роликовые?

Требования по нагрузке и скорости обычно разнонаправлены, и это противоречие определяет тип подшипника. По сообщениям, роликовые подшипники воспринимают более высокие нагрузки, чем шариковые, и распределяют вес по большей площади контакта, поэтому их называют выбором для тяжёлых режимов и нагрузок с ударами⁸. По сообщениям, шариковые подшипники с их меньшей площадью контакта быстрее изнашиваются при высокой нагрузке⁸. С другой стороны компромисса, по сообщениям, шариковые подшипники работают на более высокой скорости с меньшим трением, тогда как роликовые создают больше трения и работают на более низких скоростях, из-за чего их называют непригодными для высокоскоростных условий⁸. Также сообщается, что роликовые подшипники создают больше шума⁸. Таким образом, первый критерий таков: если вал вращается быстро, а нагрузка лёгкая или средняя, по сообщениям, подходят шариковые подшипники. Если нагрузка тяжёлая или ударная, а скорость умеренная, по сообщениям, подходят роликовые подшипники⁸. Когда присутствуют оба условия — тяжёлая нагрузка и высокая скорость — источники не разрешают это противоречие, и для выбора нужно обратиться к номинальным значениям скорости и нагрузки, указанным поставщиком.

Способна ли конструкция обеспечить соосность, необходимую для роликоподшипников?

По имеющимся данным, допуск на несоосность говорит в пользу шарикоподшипников, и это конструктивное ограничение, которое можно проверить до того, как окончательно выбрать роликоподшипники. Сообщается, что шарикоподшипники допускают угловую несоосность примерно до 0.004 in между подшипником и валом, тогда как для роликоподшипников несоосность считается менее допустимой, и они могут перестать работать корректно, если ролик смещается слишком далеко¹¹. Несоосность возникает не только из-за производственных допусков — её может вызвать и тепловое расширение, а допустимый перекос зависит от конструкции¹⁸. Практический вопрос: укладывается ли ваша соосность вала и корпуса, включая несоосность, появляющуюся при нагреве вала, в пределы, которые выдерживает конический роликоподшипник. В источниках приводится значение для шарикоподшипника, но не устанавливается предел несоосности именно для конических роликоподшипников и не указывается требуемая точность соосности для вала привода^11,18. Если конструкция не позволяет жёстко контролировать соосность, это, по имеющимся данным, является основанием предпочесть шарикоподшипники; если позволяет — вариант с роликоподшипниками остаётся открытым.

Готовы ли вы принять обязательства по монтажу и предварительному натягу?

Выбирая конические ролики, вы берёте на себя обязательство задать предварительный натяг и учесть монтажные габариты, которых не требуют шариковые подшипники. По имеющимся данным, роликовые подшипники имеют иные монтажные размеры, чем шариковые: внутренний диаметр, наружный диаметр и ширина могут отличаться. Кроме того, они требуют точной регулировки предварительного натяга, поэтому замена одного типа на другой требует инженерной проверки¹⁸. По имеющимся данным, правильность предварительного натяга критична для ресурса конических роликоподшипников: чрезмерный натяг повышает нагрев и сокращает ресурс, а недостаточный вызывает проскальзывание и разрушение сепаратора¹⁸. Шариковые подшипники чаще продаются в виде узлов и заменяются целиком, тогда как роликовые допускают отдельную замену внутреннего и наружного колец¹¹. Эта разница важна как для планирования технического обслуживания, так и для первоначального проектирования корпуса и упорных буртиков. Прежде чем окончательно утвердить конструкцию корпуса и буртиков, убедитесь, что ваш узел способен задать и удерживать предварительный натяг, необходимый коническому роликоподшипнику, а внутренний диаметр, наружный диаметр и ширина соответствуют имеющимся габаритам. В источниках не приведены значения посадок на вал и в корпус, конструкция буртиков, а также значения осевого зазора и настройки предварительного натяга, поэтому их должен предоставить поставщик подшипников¹⁸.

Что спросить у поставщика перед отправкой запроса коммерческого предложения

• ✓Запросите динамическую и статическую грузоподъемность для конического роликоподшипника, а также для радиально-упорного или шарикоподшипника с глубокими канавками при требуемом диаметре отверстия.
• ✓Запросите допустимую частоту вращения (предельную или базовую) и значения скоростного коэффициента для каждого типа при ваших условиях смазки и температурных условиях.
• ✓Уточните, является ли осевая нагрузка односторонней или должна восприниматься в обоих направлениях, и как это влияет на схему расположения подшипников.
• ✓Запросите посадки на вал и в корпус, конструкцию заплечика и значения осевого зазора или преднатяга для варианта с коническими роликоподшипниками.
• ✓Запросите требуемую точность соосности вала и корпуса для применения в трансмиссии.
• ✓Запросите момент трения, пусковой момент и КПД при вашей рабочей частоте вращения и нагрузке.
• ✓Запросите расчет ресурса L10 или L10h при ваших фактических комбинированных нагрузке и частоте вращения, включая режим смазки и загрязнение.

Где источники расходятся в вопросе, являются ли конические ролики выбором по умолчанию

Sources

1. 8 techincastor.com — Manufacturer technical documentation
2. 11 castercentral.com — Industry publication
3. 13 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
4. 15 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
5. 16 bullcaster.com — Manufacturer technical documentation
6. 18 flowmachinery.com — Unclassified source
7. 29 www.globe-caster.com — Industry peer technical page