Что такое радиальный шарикоподшипник? Типы и приложения

Что такое радиальный шарикоподшипник? Прямой ответ

А радиальный шарикоподшипник является наиболее широко используемым типом подшипников качения в мире. Он состоит из внутреннего кольца, внешнего кольца, набора стальных шариков и сепаратора, обеспечивающего равномерное расстояние между шариками. Отличительной особенностью являются глубокие, непрерывные канавки дорожек качения как на внутреннем, так и на наружном кольцах — канавки, которые значительно глубже, чем в стандартных шарикоподшипниках. Такая геометрия позволяет подшипнику выдерживать как радиальные, так и осевые (осевые) нагрузки в любом направлении, что делает его действительно универсальным однокомпонентным решением.

С практической точки зрения, радиальные шарикоподшипники являются выбором по умолчанию для любого вращающегося вала. Они встречаются в электродвигателях, коробках передач, велосипедах, бытовой технике, станках, автомобильных генераторах и тысячах других систем. Один подшипник серии 6205 — один из наиболее распространенных размеров — выдерживает радиальные нагрузки до 14,8 кН и осевые нагрузки до 6,55 кН в упаковке весом всего несколько сотен грамм.

Базовая структура: что делает каждый компонент

Каждый радиальный шарикоподшипник имеет одну и ту же фундаментальную четырехкомпонентную конструкцию. Понимание каждого компонента объясняет, почему подшипник работает именно так.

Внутреннее кольцо

Внутреннее кольцо плотно прилегает к вращающемуся валу. На его внешней поверхности имеется глубокая канавка качения, направляющая шарики. В большинстве случаев оно вращается вместе с валом, хотя в некоторых конструкциях внешнее кольцо вращается, а внутреннее кольцо остается неподвижным.

Внешнее кольцо

Наружное кольцо находится внутри корпуса или седла подшипника и обычно удерживается неподвижно. На его внутренней поверхности имеется соответствующая глубокая дорожка качения. Сочетание глубоких канавок на обоих кольцах отличает этот тип подшипника и обеспечивает его способность выдерживать осевую нагрузку.

Тела качения (стальные шарики)

Стальные шарики прецизионной шлифовки катятся между двумя дорожками качения. Шарики точечно контактируют с дорожками качения, что сводит к минимуму трение и обеспечивает очень высокие скорости вращения. Диаметр шарика и количество шариков определяют грузоподъемность и номинальную скорость подшипника.

Клетка (Слуга)

Клетка удерживает шарики на равном расстоянии по окружности, не позволяя им соприкасаться друг с другом и вызывать трение. Сепараторы изготавливаются из штампованной стали, обработанной латуни или полиамида (нейлона), полученного литьем под давлением. Полиамидные сепараторы Предпочтительны для высокоскоростных применений из-за меньшего веса и лучших характеристик гашения вибрации.

Как работают радиальные шарикоподшипники

Когда вал вращается, внутреннее кольцо вращается вместе с ним, а наружное кольцо остается неподвижным. Стальные шарики катятся по канавкам дорожек качения, превращая трение скольжения в трение качения — фундаментальный сдвиг, который снижает потери энергии в несколько раз. от 10 до 100 раз по сравнению с подшипниками скольжения при эквивалентных нагрузках.

Глубина канавок дорожек качения является важнейшей конструктивной особенностью. Поскольку радиус канавки лишь немного больше радиуса шарика (обычно соотношение радиусов канавки и шарика 0,52–0,53 ), шарики надежно удерживаются в канавке, даже когда осевые силы толкают их в сторону. Вот почему подшипники с глубокими канавками могут выдерживать осевые нагрузки, которые могут привести к сбою или выходу из строя подшипников с меньшими канавками.

Смазка — консистентная смазка или масло — образует тонкую пленку между шариками и дорожками качения, предотвращая прямой контакт металла с металлом. В предварительно смазанных герметичных подшипниках эта пленка сохраняется в течение всего срока службы подшипника без какого-либо вмешательства пользователя.

Типы радиальных шарикоподшипников

Семейство радиальных шарикоподшипников включает несколько вариантов, каждый из которых оптимизирован для конкретных условий эксплуатации.

Открытые подшипники

Открытые подшипники не имеют защитных экранов и уплотнений с обеих сторон. Они подходят для чистых и сухих сред, где применяется и регулярно обслуживается внешняя смазка. Открытые конструкции обеспечивают более высокие скорости, поскольку отсутствует сопротивление уплотнения, и их легче смазывать в процессе эксплуатации.

Экранированные подшипники (ZZ/2Z)

Металлические экраны (обозначенные «Z» для одной стороны, «ZZ» или «2Z» для обеих сторон) запрессовываются в канавки наружного кольца. Они предотвращают попадание крупных частиц во внутреннюю часть подшипника, но не соприкасаются с внутренним кольцом, поэтому практически не добавляют трения. Экранированные подшипники поставляются предварительно смазанными и подходят для умеренно загрязненных сред.

Герметичные подшипники (RS/2RS)

Уплотнения из резины или ПТФЭ (обозначенные «RS» для одной стороны и «2RS» для обеих сторон) обеспечивают легкий контакт с внутренним кольцом, обеспечивая превосходная защита от пыли, воды и загрязнений . Этот контакт создает немного большее трение, чем экраны, ограничивая максимальную скорость примерно на 30–50% по сравнению с открытыми аналогами. Однако подшипники с уплотнениями 2RS являются наиболее популярной конфигурацией во всем мире, поскольку в большинстве случаев применения они не требуют технического обслуживания в течение всего срока службы.

Однорядный против двухрядного

Стандартные радиальные шарикоподшипники имеют один ряд шариков. Двухрядные радиальные шарикоподшипники содержат два параллельных ряда шариков в одном подшипниковом узле, что примерно удваивает допустимую радиальную нагрузку без значительного увеличения наружного диаметра. Они используются в устройствах, требующих компактности и высокой нагрузочной способности, таких как коробки передач и мощные электродвигатели.

Подшипники с стопорным кольцом

Они имеют кольцевую канавку на наружном кольце, в которую можно установить стопорное кольцо (стопорное кольцо). Стопорное кольцо упрощает осевое позиционирование в корпусе, устраняя необходимость в механически обработанных заплечиках или других фиксирующих элементах. Обычно используется в электродвигателях и насосах.

Радиальные шарикоподшипники по сравнению с другими типами подшипников

Выбор правильного типа подшипника требует понимания компромиссов между радиальными шарикоподшипниками и их распространенными альтернативами.

Вывод очевиден: радиальные шарикоподшипники предлагают наилучшее сочетание скоростных характеристик, низкого трения, двунаправленной осевой нагрузки и низкой стоимости, что делает их рациональным выбором по умолчанию, если уровни нагрузки не требуют роликовых подшипников или высокие требования к осевой нагрузке не требуют конструкции с угловым контактом.

Понимание системы обозначения подшипников

Радиальные шарикоподшипники соответствуют стандартизированной системе обозначения ISO. Умение читать номер подшипника позволяет мгновенно определить размеры и конфигурацию любого подшипника.

Возьмем пример подшипника 6205-2РС1/С3 :

• 6 — Тип подшипника: радиальный шарикоподшипник
• 2 — Серия размеров (комбинированная серия ширины и диаметра): обозначает серию средней ширины и среднего диаметра.
• 05 — Код отверстия: умножьте на 5, чтобы получить диаметр отверстия в мм. 05 × 5 = диаметр отверстия 25 мм
• 2RS1 — Суффикс: два резиновых уплотнителя (RS) с обеих сторон, вариант 1
• C3 — Класс внутреннего зазора: зазор больше обычного, подходит для более высоких рабочих температур или для применения с запрессовкой.

Для размеров отверстия 04 и выше диаметр отверстия в мм = код отверстия × 5. Коды отверстия 00, 01, 02 и 03 соответствуют 10 мм, 12 мм, 15 мм и 17 мм. соответственно как частные случаи.

Ключевые характеристики производительности для оценки

Выбор правильного подшипника требует сопоставления этих основных характеристик с требованиями вашего приложения.

Реальные приложения в разных отраслях

Радиальные шарикоподшипники используются практически во всех отраслях, где задействованы вращающиеся машины. Их широта применения не имеет себе равных среди подшипников любого другого типа.

Электродвигатели

В подавляющем большинстве электродвигателей — от бытовых электродвигателей малой мощности до крупных промышленных асинхронных двигателей переменного тока — используются радиальные шарикоподшипники как на ведущей, так и на неприводной стороне. Стандартный двигатель типоразмера IEC 100 обычно использует 6208 подшипники (диаметр 40 мм, внешний диаметр 80 мм), рассчитанный на непрерывную работу при 3000 об/мин в течение десятков тысяч часов.

Аutomotive Systems

Аlternators, starter motors, power steering pumps, air conditioning compressors, and electric window motors all use deep groove ball bearings. Automotive-grade bearings are designed for температура до 150°C и сроком службы, превышающим 200 000 км, благодаря специальным составам смазок, выдерживающим соответствующие термоциклические воздействия.

Бытовая техника

В барабанах стиральных машин, двигателях пылесосов, вентиляторах и компрессорах холодильников используются закрытые радиальные шарикоподшипники 2RS. Герметичная конструкция, не требующая технического обслуживания, имеет здесь важное значение, поскольку пользователи не могут регулярно смазывать потребительские товары.

Велосипеды и силовые виды спорта

В каретках велосипедов, ступицах колес и гарнитурах используются миниатюрные или стандартные шарикоподшипники с глубокими канавками. В ступичных моторах электровелосипедов обычно используются Подшипники серии 6001 или 6002. (диаметр диаметром 12–15 мм), которые должны выдерживать ударные нагрузки, воздействие воды и непрерывную работу на высоких скоростях.

Промышленное оборудование и робототехника

Конвейерные ролики, насосы, вентиляторы, текстильное оборудование и приводы роботов – все они используют радиальные шарикоподшипники. В робототехнике прецизионные подшипники с АBEC-5 or ABEC-7 tolerance classes обеспечить точность размеров, необходимую для повторяемого позиционирования.

Смазка: консистентная смазка или масло и лучшие практики

Смазка является причиной большинства отказов радиальных шарикоподшипников при неправильном обращении. Правильное решение – это самое эффективное решение по техническому обслуживанию.

Консистентная смазка

Смазка является стандартным выбором для большинства применений. Он остается на месте, не требует системы циркуляции и обеспечивает достаточную смазку для скоростей, вплоть до предельной скорости смазки подшипника. Оптимальный уровень наполнения 30–50 % свободного внутреннего объема подшипника. — перелив приводит к перегреву и ускоренному разложению смазки. Смазка NLGI Grade 2 на литиевой основе подходит для большинства применений в диапазоне температур от -20°C до 120°C.

Смазка маслом

Масляная смазка используется, когда скорость превышает предельную скорость смазки, когда рабочая температура очень высока или когда подшипник является частью коробки передач с существующей масляной ванной. Масло обеспечивает лучшее охлаждение и позволяет работать на более высоких скоростях — обычно на 15–30 % выше предельной скорости смазки. — но требует герметичных корпусов или систем циркуляции для удержания и управления смазкой.

Интервалы смазки

Для открытых подшипников в доступных корпусах интервалы смазки зависят от размера подшипника, скорости и температуры. Как правило, подшипник 6206, работающий со скоростью 1500 об/мин при температуре 70°C, следует смазывать примерно каждые 5000–8000 часов работы . Более высокие температуры значительно сокращают интервалы смазки: каждые 15°C, превышающие 70°C, сокращают интервал замены смазки примерно вдвое.

Рекомендации по установке для увеличения срока службы

Неправильная установка является причиной значительной части преждевременных отказов подшипников — отраслевые оценки показывают более 50% отказов подшипников проследите ошибки установки, загрязнение или неправильную посадку.

1. Аlways apply force to the ring being press-fitted. При запрессовке подшипника на вал прилагайте усилие только к внутреннему кольцу. При запрессовке в корпус прилагайте усилие только к наружному кольцу. Продавливание шариков немедленно повреждает дорожки качения.
2. Используйте подходящие инструменты для монтажа. А bearing fitting tool set or an appropriately sized sleeve ensures uniform force distribution. Hammering directly on the bearing ring causes brinelling (surface indentation) and immediate noise and vibration issues.
3. Проверьте допуски вала и корпуса. Правильная посадка с натягом имеет важное значение. Для вращающегося внутреннего кольца допуск вала обычно составляет от j5 до k5 . Для неподвижного наружного кольца допуск корпуса обычно составляет Н7 . Обратитесь к таблицам соответствия ISO для ваших конкретных условий нагрузки и скорости.
4. Для подшипников большего размера используйте термический монтаж. Для подшипников с диаметром отверстия более 80 мм индукционный нагрев до 80–100°С расширяет подшипник в достаточной степени для установки на вал с скользящей посадкой, избегая необходимости применения высоких усилий прижима, которые могут повредить дорожку качения.
5. Содержите рабочее место в чистоте. Даже небольшие частицы песка или металлические загрязнения между шариком и дорожкой качения вызывают быстрый износ. Работайте на чистом столе и не снимайте упаковку подшипников до момента установки.
6. Проверьте геометрию вала и корпуса. Валы или корпуса некруглой формы приводят к тому, что подшипник принимает некруглую форму во время работы, создавая концентрацию напряжений и преждевременное усталостное разрушение. Максимальное рекомендуемое отклонение круглости обычно составляет одна четверть применимого допуска подшипника .

Распространенные виды отказов и способы их диагностики

Раннее распознавание видов отказа подшипников позволяет планировать замену до того, как произойдет вторичное повреждение окружающих компонентов.

• Усталостное растрескивание: Отслаивание поверхности дорожки качения после достижения подшипником расчетного срока службы. Характеризуется увеличением вибрации и шума. Обычный вид отказа, когда подшипник правильно выбран и обслуживается — замените подшипником той же или улучшенной спецификации.
• Бринеллирование (ложное или истинное): Вмятины или углубления на дорожке качения в промежутках между шариками. Истинное бринеллирование возникает в результате статической перегрузки. Ложное бринеллирование (фреттинг) возникает из-за вибрации, когда подшипник неподвижен, что часто встречается в хранящемся или транспортируемом оборудовании. Оба вызывают грубую работу и шум с первого момента работы.
• Загрязнение износа: Аbrasive particles in the lubricant cause rapid, diffuse surface wear on raceways and balls. The bearing becomes noisy and develops excessive clearance. Prevention: use sealed bearings or improve housing sealing; implement oil filtration in circulating oil systems.
• Коррозия: Ржавчина на дорожках качения из-за попадания влаги или агрессивных химикатов. Поверхности с ямками приводят к усталостным трещинам и вызывают шум и грубую работу. Используйте подшипники с кольцами из нержавеющей стали (с обозначением «нержавеющая сталь 440C») или нанесите антикоррозийные покрытия для влажных сред.
• Электрическая эрозия (рифление): Блуждающие электрические токи, проходящие через подшипник, создают на дорожке качения регулярные язвы, называемые рифлением. Обычно используется в двигателях с частотно-регулируемым приводом (ЧРП). Решение: использовать электроизолированные подшипники (гибридные керамические шарикоподшипники или изолированные кольцевые покрытия).
• Перегрев: Изменение цвета колец с синего на черный указывает на температуру выше 200°С. Причинами могут быть избыточная смазка, недостаточный зазор после запрессовки, чрезмерная скорость или потеря смазки. Перегретые подшипники теряют твердость и быстро выходят из строя; перед заменой необходимо определить первопричину.