Хороши ли радиальные шарикоподшипники для моментов ручки? Практическое руководство

Представьте себе небольшой электродвигатель, прикрепленный болтами к корпусу насоса. Ремень натянут, вал немного смещен, и каждый импульс двигателя передает скручивающую силу на подшипник. Эта скручивающая сила называется моментной нагрузкой, и она решает, является ли радиальный шарикоподшипник подходящим компонентом или причиной преждевременного выхода из строя.

Короткий ответ: радиальные шарикоподшипники могут выдерживать моментальные нагрузки от малых до умеренных, но они не рассчитаны на большие или постоянные опрокидывающие силы. Для большинства маломощных двигателей, вентиляторов, пищевого оборудования и небольших трансмиссий они являются отличным и экономичным выбором. Для миксера, работающего круглосуточно и без выходных, с длинным консольным валом или редуктора с постоянными колебаниями, радиальный шарикоподшипник может быть лишь частью решения.

Что такое моментная нагрузка на самом деле

Моментная нагрузка на самом деле является обобщающим термином. Его часто называют опрокидывающим моментом или опрокидывающим моментом, и это сила, которая пытается согнуть вал вокруг подшипника. Он ведет себя иначе, чем два типа нагрузок, которые обычно подчеркиваются в каталогах подшипников.

• Радиальная нагрузка давит на тела качения перпендикулярно оси вала.
• Осевая нагрузка действует вдоль оси вала либо по направлению к поверхности подшипника, либо от нее.
• Моментная нагрузка пытается наклонить внутреннее кольцо относительно наружного кольца, поскольку сила действует на расстоянии смещения от центра подшипника.

В радиальных шарикоподшипниках используются глубокие канавки дорожек качения, которые дают им возможность воспринимать радиальные нагрузки и ограниченные осевые нагрузки в обоих направлениях. Шарики располагаются в относительно широком пятне контакта, поэтому небольшой наклон можно распределить по нескольким шарикам. Но контакт по сути все же является точечным, поэтому большой момент концентрирует нагрузку на нескольких телах качения и сокращает срок службы быстрее, чем при равной радиальной нагрузке.

Могут ли радиальные шарикоподшипники выдерживать моменты?

Да, но с четким лимитом. Если момент небольшой и прерывистый, подшипник работает хорошо и часто остается незамеченным. Если момент высокий или постоянный, шарики и дорожки качения деформируются, трение возрастает, и подшипник перегревается. Практическое правило заключается в том, что однорядный радиальный шарикоподшипник может выдерживать небольшие моментные нагрузки, которые являются второстепенными для применения, а не основную расчетную нагрузку.

С двухрядным радиальным шарикоподшипником дела обстоят иначе. Дополнительный ряд шариков делает подшипник более прочным и может выдерживать нагрузки от опрокидывающего момента в дополнение к радиальным и осевым нагрузкам. Компромисс – это ширина и стоимость. В компактный вентилятор или небольшой электроинструмент двухрядный подшипник может не подойти, а добавленная жесткость может не стоить изменения формы.

Где моментные нагрузки проявляются в реальных машинах

Классическим примером являются вентиляторы и насосы с ременным приводом. Когда ремень натянут, шкив создает радиальную силу на валу, а если вал длинный или шкив консольный, эта сила также создает момент на подшипнике. Похожая ситуация происходит в небольшом сверлильном шпинделе, где патрон находится далеко от подшипника и давление сверления изгибает вал.

В узлах бытовой техники и пищевого оборудования моментные нагрузки часто возникают из-за несбалансированных вращающихся частей, смещения монтажных поверхностей или теплового расширения. Эти нагрузки обычно невелики, поэтому в таких изделиях хорошо работают миниатюрные и малогабаритные радиальные шарикоподшипники. Когда момент более постоянен, подшипник с пружинным стопорным кольцом может помочь, фиксируя подшипник в осевом направлении на валу или в корпусе, чтобы наклонная нагрузка не выталкивала подшипник из положения.

6200ZZNR Радиальный шарикоподшипник со стопорным кольцом для небольших двигателей Этот подшипник размером 10×30×9 мм оснащен двойными шайбами и стопорным кольцом для осевого позиционирования. Он подходит для небольших двигателей и инструментов, в которых моментные нагрузки требуют стабильного выравнивания, как обсуждалось в предыдущем разделе, посвященном выбору подшипников. Посмотреть продукт →

Роторные машинки для стрижки волос, электрические машинки для стрижки волос и небольшие блендеры также создают колебательные силы. Момент меняет направление каждый цикл, и подшипнику необходим достаточный внутренний зазор, чтобы шарики могли двигаться без заеданий. Миниатюрный подшипник с хорошо спроектированным сепаратором сохраняет стабильность расстояния между шариками при вибрации, а это то, что нужно подшипнику, когда момент меняется взад и вперед тысячи раз в минуту.

Факторы, определяющие моментную нагрузку

Геометрия подшипника определяет большую часть допустимого момента, но условия эксплуатации имеют не меньшее значение. Вот детали, которые стоит проверить, прежде чем завершить дизайн.

• Количество шариков: большее количество шариков распределяет нагрузку на большее количество точек контакта, что повышает устойчивость к опрокидыванию.
• Глубина дорожки качения: более глубокие канавки допускают некоторое угловое смещение без чрезмерного краевого напряжения.
• Внутренний зазор: более узкий зазор увеличивает моментную жесткость, но увеличивает трение, поэтому полезная скорость падает.
• Предварительная нагрузка: приложенная предварительная нагрузка делает подшипник более жестким и устойчивым к изгибу вала, но слишком большая предварительная нагрузка приводит к выделению тепла.
• Материал: хромированная сталь является стандартным выбором для обеспечения допустимой нагрузки, а нержавеющая сталь защищает две детали от коррозии в пищевой или химической среде.
• Уплотнения и экраны: контактные уплотнения увеличивают сопротивление и нагрев, но сохраняют дорожку качения чистой; экранированные версии защищают от пыли без дополнительного трения.
• Тип сепаратора: прочный сепаратор сохраняет стабильное расстояние между мячами, что не позволяет моменту концентрироваться в одной лунке.

Для некоторых сборок фланцевый подшипник добавляет установочное плечо, которое противостоит осевому смещению. Фланец может быть полезной контрмерой, когда момент пытается выдвинуть подшипник из отверстия, и это часто упрощает конструкцию корпуса.

Выбор подходящего подшипника для вашего применения

Начните с оценки величины момента. Формула проста: момент равен силе, умноженной на расстояние от центра подшипника до точки приложения силы. Сравните это значение с номинальной динамической нагрузкой подшипника и помните, что этот рейтинг предполагает радиальную, а не наклонную нагрузку. Если момент превышает долю номинальной нагрузки, просите более тяжелую секцию или двухрядную конструкцию.

Затем проверьте скорость. Высокая скорость плюс высокий момент – худшее сочетание, поскольку трение создает тепло, от которого подшипник не может избавиться в тесном корпусе. В этом случае подшипник большего размера с большим количеством шариков или более легкий сепаратор зачастую является лучшим решением, чем простое добавление предварительного натяга.

Следующий шаг – подгонка и зазор. Слишком свободный вал позволяет внутреннему кольцу вращаться, что превращает момент в ложную бринеллированную вмятину. Слишком тугой корпус сжимает наружное кольцо и уменьшает радиальный зазор, необходимый подшипнику для небольшого наклона. После подгонки выберите смазку. Смазка с базовым маслом высокой вязкости защищает контакт качения на низкой скорости, а масляная ванна лучше подходит для непрерывной работы на высоких скоростях.

Шарикоподшипник 6205ZZ для средних радиальных нагрузок в двигателях и насосах Этот экранированный подшипник размером 25×52×15 мм из стали GCr15 выдерживает умеренные радиальные нагрузки. Оно хорошо сочетается с упомянутыми ранее рекомендациями по посадке, зазору и смазке, обеспечивая надежную работу машин. Посмотреть продукт →

Для однорядных применений с умеренным моментом надежным стандартом является подшипник небольшого размера с глубокой канавкой и стальным сепаратором. Он обеспечивает хорошую радиальную производительность, работает в широком диапазоне скоростей и остается экономически эффективным при серийном производстве.

Работа напрямую с производителем подшипников

Значения в каталоге являются полезной отправной точкой, но они основаны на испытательном стенде, а не на вашем конкретном корпусе, валу, цикле нагрузки и температуре. Здесь может помочь прямой производитель. Когда вы работаете с заводом по производству подшипников над новым продуктом, вы можете отрегулировать количество шариков, материал сепаратора, внутренний зазор, тип смазки и даже геометрию дорожек качения в соответствии с моментом вашей реальной сборки.

На нашем предприятии в Нинбо мы производим миниатюрные и малогабаритные радиальные шарикоподшипники для применений, где присутствует небольшой момент, но он не является доминирующим. Мы регулярно проверяем чертежи, тестируем образцы и проверяем динамическое биение и уровни шума перед производством. Производственный процесс соответствует системам управления ISO 9001 и ISO/TS 16949, поэтому каждая партия перед упаковкой проходит проверку размеров и визуальный осмотр.

SMR148-2RS Миниатюрный подшипник из нержавеющей стали для прецизионных устройств Этот подшипник из нержавеющей стали размером 8×14×4 мм устойчив к коррозии и идеально подходит для небольших двигателей и роботов. Его тонкий профиль и экраны отвечают требованиям для легких условий эксплуатации в суровых или компактных условиях. Посмотреть продукт →

Если в вашей конструкции используется подшипник из нержавеющей стали для пищевой машины или шарнира робота, момент обычно невелик, а требования к коррозии - нет. Миниатюрный подшипник из нержавеющей стали с тонким профилем может выдерживать наклонную нагрузку, одновременно сопротивляясь воздействию окружающей среды, которая может разрушить подшипник из хромированной стали. Для более крупных заказов OEM мы также поддерживаем нестандартные размеры и специальные конструкции клеток без ненужных затрат на установку.

Подходят ли радиальные шарикоподшипники для моментов рукоятки? Да для небольших и умеренных моментов, нет для тяжелых продолжительных. Подшипник не неисправен из-за одного типа нагрузки; он просто предназначен для радиального доминирования и случайного наклона. Проверьте величину момента, скорость, посадку и зазор, а затем уточните у производителя, прежде чем конструкция будет заморожена. Правильный ответ для одного применения может оказаться неправильным для другого, а короткий разговор с поставщиком подшипников может избавить вас от сбоя в работе в дальнейшем.