Нужна ли предварительная нагрузка радиальным шарикоподшипникам? Полное руководство

Радиальные шарикоподшипники не требуют предварительного натяга в большинстве стандартных применений. Они предназначены для работы с контролируемым внутренним зазором, а преднатяг является условной мерой для конкретных ситуаций, таких как высокоскоростная работа, очень легкие нагрузки, строгие ограничения по шуму или высокие требования к жесткости. В этой статье объясняется, что на самом деле делает предварительная нагрузка, когда она действительно требуется радиальным шарикоподшипникам, и как ее применить, не сокращая срок службы подшипников.

Что такое предварительная нагрузка в шарикоподшипниках?

Предварительный натяг — это постоянная осевая сила, приложенная к подшипнику во время установки, благодаря которой тела качения остаются в постоянном контакте с дорожками качения. Сила устраняет свободный осевой люфт, который существует внутри подшипника в нейтральном, ненагруженном состоянии. На практике преднатяг преобразует внутренний зазор подшипника в состояние контролируемого сжатия.

Внутренний зазор и преднатяг - это разные вещи. Внутренний зазор — это зазор, заложенный в подшипник на заводе и классифицированный как C0, C2, C3 или аналогичные классы. Предварительная загрузка — это состояние загрузки, создаваемое во время сборки. Когда приложенная осевая предварительная нагрузка достаточно велика, чтобы поглотить внутренний зазор, рабочее состояние фактически становится отрицательным зазором.

Основная цель предварительной нагрузки — предотвратить проскальзывание тел качения или кратковременную потерю контакта с дорожками качения. Когда контакт непрерывен, движение становится более плавным, ударные силы исчезают, а подшипниковый узел становится значительно жестче.

Нужна ли предварительная нагрузка радиальным шарикоподшипникам?

Нет. Радиальные шарикоподшипники разработаны и изготовлены для работы без предварительного натяга при стандартных радиальных нагрузках и умеренных скоростях. Внутренний зазор, встроенный в стандартные подшипники, компенсирует тепловое расширение и отклонение под нормальной нагрузкой. Именно поэтому большинство находящихся в эксплуатации радиальных шарикоподшипников работают точно так же, как и из коробки.

В радиальных шарикоподшипниках используется метод сборки Конрада, при котором шарики вставляются через зазор между внутренним и наружным кольцами, а затем равномерно распределяются по сепаратору. Эта конструкция, естественно, подходит для работы с определенным зазором, а не с принудительным осевым контактом. Применение предварительного натяга выводит подшипник из расчетного рабочего состояния, основанного на зазоре, что оправдано только тогда, когда этого требует применение.

Стандартные серии, такие как 6000, 6200, 6300, 6800 и 6900, устанавливаются без предварительного натяга в электродвигателях, насосах, бытовой технике и общем оборудовании для передачи энергии. Многие производители двигателей устанавливают стандартные подшипники непосредственно на вал и в корпус вообще без предварительной нагрузки. Это стандартное ожидание во всей отрасли, и оно применимо к радиальные шарикоподшипники для двигателей так же, как и для подшипников общего назначения.

Для применений, которые не требуют особой жесткости или шумовых характеристик, обычно достаточно стандартного герметичного подшипника. А герметичный радиальный шарикоподшипник серии 6000 например, с резиновыми уплотнениями, сохраняет внутренний зазор во время установки и эксплуатации и работает без предварительной нагрузки при типичной эксплуатации двигателя и насоса.

Оптовая продажа 6000RS шарикоподшипники из углеродистой стали с двойным резиновым уплотнением и глубокими канавками FAC Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. - это оптовая продажа в Китае шарикоподшипников с глубокими канавками из углеродистой стали 6000RS с двойным резиновым уплотнением и ... Посмотреть продукт →

Когда радиальные шарикоподшипники требуют предварительного натяга?

Предварительная нагрузка становится актуальной, когда условия эксплуатации выталкивают радиальный шарикоподшипник за пределы диапазона, на который рассчитан его стандартный зазор. Нижеприведенные ситуации наиболее часто встречаются на практике.

Высокоскоростная работа

Когда значение dn (диаметр отверстия в миллиметрах, умноженный на скорость вала в об/мин) приближается к диапазону высоких скоростей, центробежные силы могут поднять тела качения с внешней дорожки качения и вызвать занос. Осевая предварительная нагрузка удерживает шарики в постоянном контакте с обеими дорожками качения, предотвращая проскальзывание и выделяемое при этом тепло. Для обслуживания высокоскоростных двигателей, подшипники для высокоскоростных двигателей построены с более строгим геометрическим контролем, но метод установки все равно должен соответствовать скорости. В этом диапазоне небольшая осевая предварительная нагрузка является общепринятой инженерной практикой.

Легкая радиальная нагрузка на высокой скорости

Когда радиальная нагрузка очень мала, обычно ниже 1–2 процентов от номинальной динамической нагрузки подшипника, тела качения могут не вращаться надежно и вместо этого скользить внутри дорожек качения. Такое проскальзывание приводит к износу и повышению температуры. Легкая предварительная нагрузка создает стабильную силу контакта между шариками и дорожками качения. Вот почему миниатюрные радиальные шарикоподшипники используемые в небольших инструментах и двигателях малой мощности, часто имеют предварительную нагрузку пружин, когда они работают на высокой скорости.

Оптовый завод миниатюрных радиальных шарикоподшипников MR104ZZ, производители - Ж Компания Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. - оптовая продажа Китая фабрикой и производителями миниатюрных радиальных шарикоподшипников MR104ZZ, подробности... Посмотреть продукт →

Переменные или ударные нагрузки

Когда направление или величина нагрузки часто меняется, зазор подшипника приводит к кратковременной потере контакта с последующим ударом при возвращении нагрузки. Предварительная нагрузка устраняет этот зазор, поэтому тела качения остаются в контакте при изменении направления нагрузки, снижая ударный шум и механическую усталость.

Строгие ограничения по уровню шума и вибрации.

Предварительный натяг поглощает внутренний зазор и ограничивает неконтролируемое движение шарика, что снижает шум, издаваемый подшипником. В приложениях с жесткими ограничениями по шуму или вибрации подшипник с легким предварительным натягом работает тише, чем такой же подшипник, работающий без нагрузки. Для стабильно тихой работы малошумные радиальные подшипники добавьте дополнительный уровень контроля производственных допусков помимо любой предварительной нагрузки, требуемой приложением.

Высокая жесткость или точность позиционирования

Предварительная нагрузка сжимает зону упругого отклонения подшипника, поэтому положение вала меньше смещается при изменении нагрузки. Шпиндели станков, этапы позиционирования и измерительное оборудование используют этот эффект для удержания стабильного положения вала.

Если вы все еще не уверены, просмотрите этот контрольный список:

• Высокая ли рабочая скорость по значению dn? Если да, запланируйте осевую предварительную нагрузку.
• Является ли радиальная нагрузка ниже примерно 1–2 процентов номинальной динамической нагрузки? Если да, рекомендуется легкая предварительная нагрузка.
• Часто ли нагрузка меняет направление или включает удары? Если да, предварительная нагрузка стабилизирует подшипник.
• Строги ли ограничения по шуму и вибрации? Если да, объедините преднатяг с подшипником с низким уровнем шума.
• Является ли нагрузка постоянной, умеренной и в основном радиальной? Если да, устанавливайте без предварительной загрузки.

Как применить осевую предварительную нагрузку к радиальным шарикоподшипникам

После того, как вы убедились в необходимости предварительной нагрузки, следующий вопрос — как ее применить. Распространены три метода.

Предварительная нагрузка пружины

Самый щадящий метод — предварительная нагрузка пружины. Тарельчатая шайба или винтовая пружина прикладывают контролируемую осевую силу к наружному или внутреннему кольцу. Поскольку пружина сохраняет относительно постоянное усилие, даже когда тепловое расширение изменяет расстояние между седлами подшипников, предварительная нагрузка пружины является самым безопасным выбором для радиальных шарикоподшипников. Это также стандартное решение для конфигураций с одним подшипником, где один подшипник несет нагрузку, а пружина просто удерживает тела качения в контакте.

Двухподшипниковая конструкция

Во втором методе используются два радиальных шарикоподшипника, установленных по схеме «лицом к лицу» или «спина к спине». Предварительный натяг определяется разницей ширины между проставкой внутреннего кольца и проставкой внешнего кольца. Обработанные проставки определяют, какую осевую силу оказывают два подшипника друг на друга. Такая конфигурация обеспечивает более жесткую систему, но требует точной обработки проставки и тщательной сборки.

Контргайка или регулировка торцевой крышки

Третий метод – жесткое осевое позиционирование с помощью контргайки или торцевой крышки. Подшипник зажимается в осевом направлении до устранения внутреннего зазора. Этот метод прост, но наименее щаден, поскольку силу зажима трудно измерить, а тепловое расширение может быстро превратить правильную предварительную нагрузку в чрезмерную.

Грубо говоря, осевой предварительный натяг радиального шарикоподшипника обычно находится в диапазоне примерно от 0,5 до 2 процентов от номинальной осевой динамической нагрузки подшипника. Точное значение зависит от размера подшипника, рабочей скорости и жесткости, необходимой для конкретного применения, поэтому рассматривайте это значение как отправную точку, а не как окончательную спецификацию. Производитель подшипников должен подтвердить рекомендуемый предварительный натяг для ваших конкретных условий эксплуатации.

Риски чрезмерной предварительной нагрузки — и как их избежать

Слишком большая предварительная нагрузка является более распространенной проблемой в полевых условиях, чем слишком малая. Когда сила предварительного натяга чрезмерна, трение между телами качения и дорожками качения резко возрастает, и первым видимым признаком является повышение рабочей температуры. Температура корпуса, которая постоянно превышает температуру окружающей среды более чем на 30°C, является предупреждением о том, что предварительный натяг, класс зазора или смазка требуют пересмотра.

Повышенная температура приводит ко второй проблеме: ускоренной деградации смазки. Когда смазка или масло теряют прочность пленки, возникает контакт металла с металлом и быстро ускоряется износ. В то же время эффективная нагрузка на подшипник выше внешней нагрузки, поскольку предварительная нагрузка добавляется к внутреннему напряженному состоянию, что сокращает расчетную усталостную долговечность.

Аномальный шум – еще один полезный сигнал. Правильно нагруженный подшипник работает тише, чем ослабленный, но чрезмерная предварительная нагрузка вызывает более высокий визг или грубый звук, поскольку тела качения деформируют дорожки качения. Если шум увеличивается после применения предварительной нагрузки, сначала уменьшите силу предварительной нагрузки, прежде чем изменять другие параметры. Дополнительную информацию о факторах, вызывающих шум подшипников, см. контроль шума и вибрации в радиальных шарикоподшипниках .

Также следует учитывать риск на уровне проектирования. Радиальные шарикоподшипники не являются идеальным выбором, когда требуется частое и точное двунаправленное осевое позиционирование. Радиально-упорные шарикоподшипники специально разработаны для выдерживания осевого предварительного натяга и обеспечения лучшей осевой жесткости. Если точность позиционирования является главным требованием, рассмотрите тип подшипника, прежде чем принимать решение об увеличении предварительного натяга радиального шарикоподшипника.

Как указать требования к предварительному натягу при заказе подшипников

Стандартные радиальные шарикоподшипники поставляются без предварительного натяга; преднатяг создается в момент сборки. В процессе заказа по-прежнему необходимо учитывать план предварительной нагрузки, поскольку класс внутреннего зазора подшипника напрямую влияет на величину предварительной нагрузки, которую можно применить в процессе эксплуатации.

Выберите класс внутреннего зазора вместе с целевым преднатягом. Зазор C3 обычно используется при работе при высоких температурах или высоких скоростях, поскольку он оставляет место для теплового расширения, а осевой предварительный натяг препятствует уменьшению эффективного зазора. Для прецизионных применений, где допустим минимальный внутренний люфт, можно указать класс зазора C2 или более жесткий. При сообщении поставщику своих требований четко укажите класс зазора и усилие предварительного натяга.

Если для применения требуются подобранные пары подшипников с постоянным предварительным натягом, укажите это в заказе. Подшипники, предназначенные для парной конфигурации с предварительным натягом, должны выбираться или изготавливаться с согласованными размерами; стандартная готовая пара не гарантирует такое же поведение предварительной нагрузки.

Особого внимания заслуживают нестандартные конфигурации. Нестандартные конструкции, такие как удлиненные внутренние кольца, специальные уплотнения или модифицированные материалы сепаратора, могут взаимодействовать с методом предварительного натяга. Обсуждение силы предварительного натяга и класса зазора с производителем на этапе проектирования предотвращает ситуацию, когда поставляемая деталь не может достичь запланированного предварительного натяга. Для индивидуальных требований, индивидуальные нестандартные решения подшипников могут быть адаптированы в соответствии со спецификациями предварительного натяга и зазора конкретного применения.

Производители, поставщики нестандартных шарикоподшипников на заказ Являясь китайским производителем нестандартных шарикоподшипников и поставщиком нестандартных подшипников OEM/ODM, компания Zhejiang Yingfei Biotechnology Co., Ltd. су... Посмотреть продукт →

Вывод: предварительная загрузка — это условное требование, а не значение по умолчанию

Нужен ли радиальный шарикоподшипник предварительный натяг, полностью зависит от условий эксплуатации. Стандартная радиальная нагрузка на средней скорости работает правильно без предварительной нагрузки; внутренний зазор является частью конструкции подшипника. Высокая скорость, очень малая нагрузка, переменное направление нагрузки, строгие ограничения по шуму и высокие требования к жесткости — все это оправдывает добавление осевого предварительного натяга. При применении предварительной нагрузки самым безопасным методом является пружинная система, а силу предварительной нагрузки следует поддерживать на умеренном уровне, поскольку чрезмерная предварительная нагрузка приводит к нагреву, шуму и сокращению срока службы подшипника.

Проверьте соответствие вашего применения условиям, перечисленным в Таблице 1. Если какое-либо из них применимо, при заказе подшипников спланируйте предварительный натяг вместе с классом зазора. Если ни один из них не подходит, установите подшипник точно так, как он предназначен для работы — без предварительного натяга.