Глубокие канавочные и обычные шарикоподшипники: основные различия

На самом простом уровне радиальный шарикоподшипник представляет собой версию обычного шарикоподшипника, в котором канавки дорожек качения на внутреннем и наружном кольцах более глубокие и непрерывные. Именно благодаря такой геометрии радиальный подшипник может выдерживать как радиальную, так и осевую нагрузку, работать на более высоких скоростях и остается стандартным подшипником качения для большинства промышленных применений. Однако фраза «обычный шарикоподшипник» не является точным техническим термином, поэтому перед сравнением полезно определить, что она означает.

Что такое обычный шарикоподшипник?

Шарикоподшипник в своей базовой форме состоит из четырех функциональных частей: внутреннего кольца, наружного кольца, набора стальных шариков и сепаратора, который удерживает шарики на равном расстоянии друг от друга. «Нормальный» обычно является сокращением от однорядного радиального шарикоподшипника, компонента, который используется в небольших двигателях, вентиляторах, скейтбордах и шкивах. Но одно и то же слово в разных каталогах может означать разное:

Некоторые инженеры используют слово «нормальный» для обозначения стандартного радиального шарикоподшипника, поскольку версия с глубокими канавками является наиболее широко используемым типом.
Другие используют слово «нормальный» для обозначения полнокомплектного подшипника без сепаратора, который упаковывает больше шариков для более высокой радиальной нагрузки, но снижает скорость и трение.
Некоторые производители применяют термин «нормальный» к радиальным подшипникам с мелкой дорожкой качения, предназначенным в основном для легких радиальных нагрузок.

В этой статье сравнивается наиболее практичная интерпретация: базовый однорядный радиальный шарикоподшипник с мелкими или неглубокими дорожками качения и радиальный шарикоподшипник.

Что такое радиальный шарикоподшипник?

Радиальные шарикоподшипники имеют глубокие непрерывные канавки дорожек качения, выточенные как на внутреннем, так и на наружном кольцах. Шарики движутся по изогнутому каналу, форма которого точно соответствует диаметру шарика, что обеспечивает направление тел качения даже при изменении направления нагрузки. Сепаратор разделяет шарики, поэтому они не трутся друг о друга, уменьшая трение и нагрев, сохраняя при этом способность работать на высоких скоростях.

Эта конструкция является основой стандартных серий 6000, 6200, 6300, 6800, 6900 и MR, которые вы увидите в большинстве каталогов подшипников. Если вы хотите просмотреть реальные продукты, прежде чем идти дальше, просмотрите наш полный ассортимент радиальных шарикоподшипников для доступных размеров и стилей уплотнения.

6000 Series Miniature Deep Groove Ball Bearings Manufacturers, Suppliers

Ключевые различия между шарикоподшипниками с нормальной и радиальной канавкой

Структурные различия в дорожках качения создают каскадный эффект на грузоподъемность, скорость, трение, выбор уплотнений и пригодность для применения. В разделах ниже объясняется, что означают эти изменения с точки зрения реальной инженерии.

Глубина дорожки качения и поверхность контакта

Наиболее заметное различие между обычным шарикоподшипником с мелкими дорожками и радиальными шарикоподшипниками заключается в форме контактной поверхности. В подшипнике с глубокими канавками шарики располагаются в глубоком непрерывном канале, который распределяет нагрузку по большей изогнутой площади. Это снижает концентрацию напряжений по краям дорожки качения и придает подшипнику большую устойчивость при комбинированных радиальных и осевых нагрузках.

Неглубокая дорожка качения удерживает шарики близко к одной плоскости и хорошо работает при простых радиальных нагрузках. При приложении осевой нагрузки шарики в неглубокой дорожке качения имеют ограниченную боковую поддержку, поэтому подшипник может быстро потерять несущую способность. С практической точки зрения, профиль дорожки качения — это первое, что нужно проверить при сравнении двух типов.

Грузоподъемность: радиальная или осевая

Радиальные шарикоподшипники предназначены в первую очередь для радиальных нагрузок, но они также выдерживают умеренные осевые нагрузки в обоих направлениях. Причина проста: более глубокая канавка создает боковую направляющую поверхность, которая позволяет передавать осевое усилие через шарики на стенку дорожки качения.

Обычный шарикоподшипник с мелким кольцом качения в этом отношении слабее. Он без проблем выдержит радиальную нагрузку, но не сможет выдержать тот же уровень тяги. Если ваше приложение создает осевые нагрузки с двух сторон, их обычно может компенсировать один радиальный подшипник, при условии, что нагрузка остается в пределах допустимого диапазона для размера и скорости подшипника.

Скорость и трение

В радиальных шарикоподшипниках используется точечный контакт между шариками и дорожкой качения в ненагруженном состоянии. Это, естественно, обеспечивает более низкое трение, чем конструкции с линейным контактом, такие как цилиндрические или конические роликоподшипники, поэтому подшипники с глубокими канавками широко распространены в высокоскоростных электродвигателях и шпинделях.

Именно здесь «обычный» шарикоподшипник без сепаратора показывает свое слабое место. Полнокомплектный подшипник имеет больше шариков и более высокую грузоподъемность, однако во время работы шарики трутся друг о друга. Это трение создает тепло и ограничивает скорость. Глубокий подшипник с правильно спроектированным сепаратором обеспечивает лучший баланс нагрузки, скорости и рабочей температуры.

Варианты уплотнения и защиты

Как нормальные, так и радиальные шарикоподшипники могут поставляться открытыми, закрытыми или закрытыми. Однако на практике формат с глубокими канавками, скорее всего, будет предлагаться с широким спектром вариантов защиты.

Открытые подшипники имеют низкое трение и позволяют легко смазывать. Металлические экраны, часто обозначаемые Z или ZZ, блокируют крупные частицы, сохраняя при этом способность работать на высоких скоростях. Резиновые или синтетические уплотнения, часто с маркировкой RS, обеспечивают лучшую защиту от пыли и влаги, но увеличивают сопротивление и снижают максимальную скорость.

Если вам нужно компактное решение в заводской упаковке, радиальные подшипники с двойным экраном являются разумным выбором, поскольку щиты сохраняют скорость и не допускают загрязнения.

Варианты материалов и их компромиссы

Выбор материала имеет такое же значение, как и геометрия дорожек качения. Хромированная сталь является наиболее распространенным выбором для радиальные подшипники из хромированной стали , обладающий высокой твердостью, хорошей усталостной стойкостью и надежными характеристиками износа. Углеродистая сталь — более дешевый вариант для легких условий эксплуатации, но она имеет более низкую коррозионную стойкость. Нержавеющая сталь требуется для влажных, влажных или промывных сред.

Конкретная марка нержавеющей стали меняет баланс производительности. Варианты подшипников из нержавеющей стали AISI 304 обеспечивают отличную коррозионную стойкость, а нержавеющая сталь AISI 440C обеспечивает более высокую твердость и лучшую износостойкость. Когда для применения требуется как защита от коррозии, так и механическая долговечность, 440C обычно является лучшим техническим решением.

Серия за серией: как конструкции с глубокими канавками различаются на практике

Семейство резьбовых соединений с глубокими канавками — это не один продукт, а группа связанных продуктов с разными поперечными сечениями, размерами отверстий и грузоподъемностью. Выбор правильной серии зачастую имеет большее значение, чем выбор между «обычным» подшипником и «глубоким» подшипником.

Серия	Приблизительный диапазон диаметров отверстий	Ориентация нагрузки	Наиболее подходящие приложения
6000	10–50 мм	Преимущественно радиальный, умеренно осевой	Маленькие двигатели, насосы, компактная техника
6200	10–50 мм	Радиальная и умеренная осевая	Общепромышленные приводы, вентиляторы, бытовая техника
6300	10–50 мм	Высшее радиальное, умеренное осевое	Большие двигатели, коробки передач, валы
6800/6900	10–30 мм и выше	Легкий радиальный, низкий осевой	Робототехника, приборостроение, компактные сборки
MR	1–10 мм	Очень легкий радиальный и осевой	Миниатюрные двигатели, стоматологические инструменты, прецизионное оборудование.

Серии MR и 6800/6900 полезны в условиях ограниченного пространства, но при этом требуется высокая скорость. Типичным примером является 608ZZ герметичный радиальный шарикоподшипник , фаворит среди компактных приводов, роликов и оборудования легкой промышленности.

Wholesale 608ZZ Single column Double Iron Sealed Deep Groove Ball Bearing Factor

Как выбрать правильный подшипник для вашего применения

Используйте следующую четырехэтапную схему для перехода от широкого типа подшипника к конкретному номеру детали.

Определите основное направление нагрузки. Если нагрузка в основном радиальная, обычно подойдет подшипник серии 6000 или 6200. Если имеется значительная осевая нагрузка, выберите подшипник с глубокими канавками и убедитесь, что осевая нагрузка достаточна для обоих направлений. Для высоких осевых нагрузок может потребоваться другой тип подшипника.
Проверьте требования к скорости и уровню шума. Высокоскоростные и малошумные применения предпочитают подшипник с сепаратором и глубокими канавками. Для очень высоких скоростей вала отдайте предпочтение открытой конструкции или конструкции с металлическим экраном. Контактные уплотнения увеличивают сопротивление, и их следует избегать, за исключением случаев, когда загрязнение представляет больший риск, чем скорость.
Оцените операционную среду. Для работы в сухих помещениях можно использовать хромированную сталь. Для работы в условиях повышенной влажности, мойки или работы с пищевыми продуктами необходима нержавеющая сталь. Тяжелая пыль или мусор предпочтительнее использовать герметичную конфигурацию. Если стандартный набор материалов не распространяется на окружающую среду, узнайте у поставщика о вариантах из нержавеющей стали.
Подтвердите размеры и потребности в настройке. Проверьте диаметр отверстия, наружный диаметр, ширину и класс точности. Если для вашей конструкции вала требуется удлиненное внутреннее кольцо, другое отверстие или необычное уплотнение, индивидуальные нестандартные прецизионные подшипники может быть практичным маршрутом, когда стандартного диапазона недостаточно.

Выбор надежного производителя подшипников

Даже технически правильная конструкция подшипника потерпит неудачу, если производственный процесс будет непоследовательным. Вот почему оценка поставщика является частью выбора подшипника, а не просто этапом покупки.

Система качества: Документированная система управления качеством, такая как ISO 9001:2015, является основой для последовательного контроля размеров и материалов.
Производственная мощность: Производитель с более высокой годовой мощностью, например 30 миллионов комплектов в год, имеет больше возможностей для поддержки повторных заказов и обязательств по объему.
Прозрачность материала: Надежный источник должен четко указать, изготовлен ли подшипник из хромированной, углеродистой или нержавеющей стали, а также какая марка нержавеющей стали используется.
Поддержка OEM/ODM: Поставщики, обладающие собственными разработками, могут адаптировать стандартные радиальные подшипники к нестандартным отверстиям, удлиненным кольцам, специальным уплотнениям или индивидуальной упаковке.
Опыт экспорта: Поставщик, который сочетает заводское производство с опытом международной торговли, может упростить коммуникацию, логистику и послепродажное обслуживание, особенно для зарубежных покупателей.

Как только вы поймете, как взаимодействуют глубина дорожек качения, направление нагрузки, скорость, уплотнения, материал и выбор серии, разница между обычными и радиальными шарикоподшипниками станет очевидной. Начните с нагрузки и окружающей среды, выберите серию, соответствующую размеру отверстия, подтвердите материал и уплотнение, а затем убедитесь, что у вашего поставщика есть системы качества и глубина производства для стабильной поставки.

Как на самом деле обеспечивается допуск геометрии дорожки качения в цехе

Все, что описано выше о глубине дорожки качения, контактном напряжении и осевой нагрузке, зависит от одного фактора, который никогда не указывается на странице каталога: насколько строго контролируется кривизна дорожки качения во время шлифования. На чертеже дорожки качения можно указать правильный радиус на бумаге, но подшипник работает так, как описано, только если этот радиус последовательно воспроизводится на каждом кольце в производственном цикле, кольцо за кольцом, смена за сменой.

Это разрыв между подшипником, который хорошо читается в технических характеристиках, и подшипником, который действительно сохраняет свою номинальную осевую нагрузку в полевых условиях. Овальность кольца, качество поверхности дорожки качения и соответствие шарика дорожке качения — все это взаимодействует друг с другом, и небольшое отклонение в любом из них позже проявляется в виде вибрации, шума или сокращения усталостной долговечности. На нашем производстве каждый из них рассматривается как контрольная точка, а не как объект окончательного контроля, поскольку выявление отклонения на этапе шлифования обходится гораздо дешевле, чем его выявление после сборки.

Поиск и проверка стали

Перед началом токарной обработки хромистая сталь, углеродистая сталь и нержавеющая сталь проверяются на соответствие характеристикам состава и твердости, поскольку нестабильная сталь является наиболее распространенной основной причиной преждевременной усталости дорожек качения.

Токарная обработка колец и термообработка

Кольца обтачиваются до почти окончательного размера, затем подвергаются термообработке в контролируемых циклах для достижения профиля твердости, необходимого дорожке качения для противодействия контактной усталости качения.

Шлифование и суперфинишная обработка дорожки качения

Прецизионное шлифование формирует глубокую кривизну канавок, чтобы она соответствовала диаметру шарика с жесткими допусками, а суперфинишная обработка удаляет микроскопические неровности поверхности, которые в противном случае могли бы вызвать шум и вибрацию.

Сортировка шариков и сборка сепаратора

Перед сборкой шарики сортируются по диаметру на группы с узкими допусками, а сепаратор устанавливается таким образом, чтобы обеспечить равномерное расстояние, что напрямую влияет на трение и поведение скорости, описанные ранее в этой статье.

Справочные характеристики материалов по всему ассортименту наших подшипников

Выбор материала влияет на конструкцию дорожек качения так, как не может показать одна лишь таблица отверстий. В таблице ниже приведены семейства материалов, которые чаще всего запрашиваются наряду со сравнением серий, приведенным ранее в этой статье, с упором на практические компромиссы, которые покупатель взвешивает перед размещением заказа.

Материал	Коррозионная стойкость	Относительная твердость	Типичный случай использования
Хромированная сталь (GCr15)	Низкий, требует сухих или смазанных условий	Высокий, превосходный усталостный ресурс	Общепромышленные двигатели, насосы, редукторы
Углеродистая сталь	Низкий	Умеренный	Легкие и экономичные приложения
Нержавеющая сталь AISI 304	Отлично	Умеренный	Пищевая промышленность, мойка, морское оборудование
Нержавеющая сталь AISI 440C	Очень хорошо	Высокая, износостойкая	Агрессивные среды с повышенной механической нагрузкой

Покупатели иногда полагают, что нержавеющая сталь — это просто безопасный вариант для любого требовательного применения, но таблица показывает, почему это предположение может иметь неприятные последствия. AISI 304 теряет некоторую твердость ради своих коррозионных характеристик, в то время как 440C восстанавливает большую часть этой твердости при несколько более низком пределе коррозии. Подбор марки в соответствии с фактическим сочетанием воздействия влаги и механической нагрузки, а не выбор по умолчанию наиболее устойчивого к коррозии варианта, обычно дает лучший долгосрочный результат.

Где на практике появляются радиальные подшипники

Электродвигатели и вентиляторы

Именно для этой области и была создана конструкция с глубокими канавками. Точечный контакт между шариками и дорожкой качения обеспечивает достаточно низкий уровень трения для непрерывного высокоскоростного вращения, в то время как глубина канавки по-прежнему поглощает небольшие осевые нагрузки, возникающие из-за осевого усилия лопастей вентилятора или небольшого смещения вала в корпусе двигателя.

Промышленные насосы

Валы насоса сочетают радиальную нагрузку от рабочего колеса с осевой тягой от давления жидкости, что в точности соответствует сценарию комбинированной нагрузки, описанному ранее при обсуждении глубины дорожки качения. Подшипник серии 6200 или 6300, размер которого соответствует валу, обычно выдерживает оба направления нагрузки без необходимости использования отдельного упорного подшипника.

Оборудование для производства продуктов питания и напитков

Циклы промывки и контакт с продуктом полностью исключают использование хромовой или углеродистой стали. В данном случае стандартным выбором являются радиальные подшипники из нержавеющей стали AISI 304, поскольку приведенная выше таблица характеристик материала показывает, что коррозионная стойкость превосходит исходную твердость для такого рода воздействия.

Робототехника и точные инструменты

Компактные подшипники серий 6800, 6900 и MR используются в шарнирах и небольших приводных узлах, где ограничивающим фактором является пространство, а не нагрузка. В этом масштабе последовательное шлифование дорожек качения имеет еще большее значение, поскольку небольшая погрешность размеров составляет гораздо больший процент от общего бюджета допусков миниатюрного подшипника.

Контроль качества от стали до готового подшипника

Поскольку точность дорожки качения, описанная ранее в этой статье, определяет, как на самом деле работает подшипник, тестирование происходит в несколько этапов, а не в виде одной окончательной проверки.

Входной контроль стали

Состав и твердость прутка проверяются на соответствие техническим характеристикам до того, как какое-либо кольцо вступит в процесс токарной обработки, что позволяет выявить проблемы с материалом до того, как они превратятся в проблемы с размерами в дальнейшем.

Проверка размеров и дорожки качения

Диаметр отверстия, наружный диаметр и кривизна дорожки качения измеряются выборочно во время шлифования, чтобы убедиться, что профиль канавки соответствует диаметру шарика, с которым он будет работать.

Тестирование на шум и вибрацию

Собранные подшипники эксплуатируются под нагрузкой и проверяются на наличие аномальных шумов или вибраций, которые часто выявляют дефект дорожки качения или шарика, который можно не заметить только при проверке размеров.

Отслеживание партий

Каждая партия фиксируется по партии стали и результатам проверки, поэтому любую проблему на месте можно отследить до конкретного производственного цикла, а не рассматривать как изолированное событие.

Изготовление на заказ, упаковка и доставка по всему миру

Стандартные размеры и серии отверстий подходят для большинства применений, но многим клиентам требуется удлиненное внутреннее кольцо, нестандартное отверстие или специальная конфигурация уплотнения, соответствующая существующей конструкции вала. Наша команда инженеров работает с чертежом или образцом детали клиента, подтверждает соответствие и поведение нагрузки на стенде, а затем масштабирует проект для повторяемого производственного цикла.

Пользовательские подшипники на основе чертежей

Нестандартные отверстия, удлиненные внутренние кольца и специальные конфигурации уплотнений, обработанные в соответствии с существующей конструкцией вала и корпуса заказчика.

Варианты смазки и уплотнений

Тип смазки, материал уплотнения и конфигурация экрана выбираются в соответствии с рабочей скоростью и условиями применения.

Экспортная упаковка

Подшипники с индивидуальной втулкой или в коробчатой упаковке с антикоррозионной упаковкой, предназначенные для защиты поверхностей дорожек качения во время транспортировки на большие расстояния.

Документация и сертификация

Сертификаты материалов, отчеты о проверке размеров и записи о отслеживании партий, подготовленные в соответствии с импортными требованиями и требованиями к качеству страны назначения.

Часто задаваемые вопросы

Может ли радиальный шарикоподшипник полностью заменить специальный упорный подшипник?

Только в пределах умеренных осевых нагрузок. Как объяснялось ранее в разделе о несущей способности, радиальный подшипник передает осевую силу через стенку дорожки качения, но специальный упорный подшипник по-прежнему остается правильным выбором, когда осевая нагрузка становится доминирующей, а не второстепенной силой.

Почему два подшипника с одинаковым размером отверстия имеют разную максимальную скорость?

Конструкция сепаратора, тип уплотнения и обработка поверхности дорожки качения — все это влияет на трение независимо от размера отверстия. Открытый подшипник или подшипник с металлическим экраном, полученный в результате строго контролируемого процесса шлифования, как описано в разделе о производстве выше, обычно превосходит подшипник с контактным уплотнением тех же размеров на максимальной скорости.

Является ли AISI 304 или 440C лучшим выбором для условий промывки с тяжелыми механическими нагрузками?

Это зависит от того, какой фактор с большей вероятностью приведет к сбою первым. Таблица характеристик материала, приведенная выше в этой статье, показывает, что 304 выше по коррозионной стойкости и 440C по твердости, поэтому в условиях комбинированного риска часто отдается предпочтение 440C, если воздействие коррозии умеренное, а не постоянное.

Можно ли модифицировать стандартный подшипник серии 6000 для нестандартного отверстия?

Да. Нестандартные отверстия и удлиненные внутренние кольца являются частым заказом, обычно они изготавливаются с той же геометрией дорожки качения, что и стандартная серия, но при этом размеры колец регулируются в соответствии с конкретным валом.

Какая информация вам нужна, чтобы предложить индивидуальный радиальный подшипник?

Чертежа или образца детали, ожидаемой радиальной и осевой нагрузки, рабочей скорости и окружающей среды (сухая, влажная, промывная или высокая температура) обычно достаточно, чтобы начать инженерную экспертизу и предоставить предварительное предложение.

Ознакомьтесь с нашим ассортиментом радиальных шарикоподшипников

Геометрия дорожек качения и материалы, рассмотренные выше, применимы ко всему нашему ассортименту радиальных шарикоподшипников. Ниже показаны некоторые линейки продуктов, которые чаще всего упоминаются при сравнении в этой статье.