Что такое двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники?

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники представляют собой конструкцию подшипника, которая сочетает в себе два ряда радиально-упорных шариков внутри одного внутреннего и наружного кольца, расположенных спина к спине так, что они могут одновременно воспринимать радиальные нагрузки, осевые нагрузки в обоих направлениях и моментные нагрузки. Угол контакта каждого ряда устанавливается таким образом, чтобы линии нагрузки с противоположных сторон подшипника сходились на оси подшипника, создавая автономный блок, который противостоит силам наклона, не требуя второго отдельно установленного подшипника для работы в противоположном осевом направлении. С точки зрения конструктивного принципа двухрядный радиально-упорный шарикоподшипник по существу эквивалентен паре, согласованной по схеме «спина к спине» (DB), из двух однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, объединенных в один более узкий и компактный узел, имеющий общее внутреннее и наружное кольцо (источник: Глобальная техническая библиотека NSK; Каталог подшипников NTN 2203E). Стандартный угол контакта для двухрядных подшипников серий 5200 и 5300 составляет 25 градусов , в то время как Schaeffler и некоторые другие семейства конструкций используют угол контакта 30 градусов, что увеличивает допустимую осевую нагрузку по сравнению с радиальной (источник: NSK; Schaeffler TPI 213). Компактная геометрия означает, что двухрядный подшипник занимает существенно меньше осевого пространства, чем два отдельно установленных однорядных радиально-упорных подшипника с таким же отверстием и наружным диаметром, что делает его предпочтительным решением там, где требуется двунаправленное осевое ограничение в узком пространстве установки. Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники Серии 30 и 38 охватывают широкий диапазон размеров отверстий и вариантов уплотнений, которые подходят именно для такого рода компактных, разнонаправленных нагрузок.

Как угол контакта определяет поведение подшипника

Угол контакта является единственным наиболее важным геометрическим параметром, который отличает радиально-упорный шарикоподшипник от радиального шарикоподшипника, и он напрямую определяет соотношение осевой и радиальной грузоподъемности, которую может выдержать подшипник.

Геометрический смысл угла контакта

В любом подшипнике качения шарики передают нагрузку между дорожкой качения внутреннего кольца и дорожкой качения наружного кольца через точки контакта. В подшипнике с глубокими канавками эти точки контакта лежат на линии, перпендикулярной оси вала, что означает, что подшипник хорошо приспособлен к радиальным нагрузкам, но может воспринимать лишь эпизодические осевые нагрузки. В радиально-упорном подшипнике дорожки качения смещены так, что линия, соединяющая две точки контакта, образует угол с радиальной плоскостью. Этот угол является углом контакта, обозначаемым альфа. Когда к радиально-упорному подшипнику прикладывается чисто осевая нагрузка, она передается через эту наклонную линию контакта, которая разделяет силу на радиальную составляющую и осевую составляющую в пределах геометрии подшипника. Чем выше угол контакта, тем большую долю приложенной осевой нагрузки эффективно воспринимает и тем большее соотношение осевой и радиальной нагрузки может выдержать подшипник до того, как контактное напряжение станет критическим (источник: Каталог подшипников NTN 2203E; brkbearings.com).

Значения угла контакта в двухрядных конструкциях

Однорядные радиально-упорные шарикоподшипники доступны в четырех стандартных конфигурациях угла контакта: 15 градусов, 25 градусов, 30 градусов и 40 градусов. Вариант с углом наклона 15 градусов обеспечивает высокую скорость работы и низкую осевую жесткость; В варианте с углом 40 градусов приоритет отдается максимальной осевой нагрузке за счет снижения номинальной скорости и более высокого тепловыделения. Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники стандартной серии 5000 (серии 5200, 5300) изготавливаются с Угол контакта 25 градусов на ряд, расположенных спина к спине, чтобы каждый ряд воспринимал осевую нагрузку с одного направления. Варианты высокой производительности, включая семейство конструкций Schaeffler, используют Угол контакта 30 градусов это обеспечивает более высокую долю осевой нагрузки, но приводит к соответствующему снижению предельной скорости для непрерывной работы (источник: NSK Global; Schaeffler TPI 213).

Моментная нагрузка

Критически важной особенностью двухрядной конструкции является устойчивость к моментным нагрузкам, также называемым опрокидывающими моментами. Моментная нагрузка приводит к вращению вала относительно корпуса вокруг оси, перпендикулярной центральной линии вала. Однорядный радиально-упорный подшипник или одинарный радиальный подшипник не могут надежно противостоять этому типу нагрузки, поскольку зона контакта на одной стороне будет перегружена, а противоположная сторона потеряет контакт. Очередное расположение двухрядного подшипника создает широкий эффективный промежуток между двумя линиями нагрузки, даже в пределах ширины одного подшипника, что обеспечивает механический рычаг, противодействующий опрокидывающим силам. Вот почему двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники рекомендуются для применений, где изгиб вала, радиальные нагрузки или гироскопические силы создают моментные нагрузки на положение подшипника (источник: Каталог подшипников NTN 2203E).

Внутренняя структура и материалы компонентов

Понимание внутренней конструкции двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника объясняет, почему конкретная конструкция и выбор материала влияют на производительность таким образом, который не всегда очевиден только из номинальной нагрузки в каталоге.

Кольца и дорожки качения

Внутренние и наружные кольца стандартных двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников изготавливаются из высокоуглеродистой хромистой подшипниковой стали, чаще всего марки 52100 или эквивалентной марки национального стандарта, которая подвергается сквозной закалке до твердости поверхности, обычно составляющей от 58 до 65 HRC. Дорожки качения шлифуются с жесткими допусками по диаметру, круглости и шероховатости поверхности, поскольку качество поверхности в зоне контакта напрямую определяет распределение напряжений под нагрузкой, уровень шума и вибрации в процессе эксплуатации. Геометрия заплечика на каждом кольце разработана таким образом, чтобы обеспечить смещение между дорожками качения двух рядов, которое обеспечивает заданный угол контакта, и эта высота заплечика также определяет максимальную осевую нагрузку, которую кольца могут выдержать, прежде чем контактное напряжение переместится на заплечик кольца, а не останется на дорожке качения.

Элементы качения

Шарики в обоих рядах обычно изготавливаются из той же подшипниковой стали 52100, что и кольца, или из керамики, такой как нитрид кремния (Si3N4), для высокоскоростных или коррозионно-критических применений. Диаметр шариков и количество шариков в ряду выбираются в процессе проектирования для оптимизации номинальной динамической нагрузки, статической нагрузки и скоростных характеристик подшипника для предполагаемой серии применений. В данной серии шарик большего диаметра увеличивает номинальную нагрузку, но снижает максимально допустимую скорость, поскольку центробежная сила на каждый шарик зависит от массы шарика и квадрата скорости. Шарики прецизионного класса имеют разность диаметров между шариками в одном ряду менее 0,00025 мм, поскольку даже небольшая разница в диаметрах приводит к неравномерному распределению нагрузки, что снижает номинальную эффективную нагрузку ниже значения в каталоге.

Варианты клеток

Сепаратор разделяет шарики и поддерживает постоянное расстояние по окружности, чтобы нагрузка распределялась равномерно по периметру подшипника. Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники доступны с двумя основными типами сепараторов (источник: NSK Global; NTN):

• Прессованный стальной сепаратор, который является стандартным вариантом для большинства средне- и высокоскоростных применений и штампуется из листовой низкоуглеродистой стали с карманами, предназначенными для направления шариков; сепараторы из прессованной стали подходят для большинства применений с масляной и консистентной смазкой в пределах стандартной номинальной скорости подшипника.
• Сепаратор из полиамида или нейлона, который обеспечивает меньшую массу и меньший шум на повышенных скоростях, лучшую производительность в герметичных подшипниках с консистентной смазкой, где вязкое сопротивление смазки является источником тепла, а также снижает риск размазывания во время мгновенной потери смазки на высокой скорости.

Варианты уплотнения и экранирования

Открытые двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники требуют внешней смазки посредством периодической замены смазки или системы смазки под давлением. Доступны герметичные и экранированные варианты, которые все чаще используются в тех случаях, когда доступ для технического обслуживания ограничен или существует опасность проникновения загрязнений (источник: Каталог подшипников NTN 2203E; NSK). Чаще всего используются следующие суффиксальные обозначения:

Соглашения об именах серий 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ и 38-ZZ, используемые в Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники Ассортимент продукции напрямую кодирует как номер серии, так и тип уплотнения в обозначении подшипника, что позволяет легко определить, какой вариант подходит для конкретного применения, только по номеру детали.

Номинальные нагрузки и технические характеристики

The performance of any rolling element bearing is characterized primarily by three rating values: the basic dynamic load rating, the basic static load rating, and the limiting speed. Эти цифры определяются внутренней геометрией подшипника и должны быть правильно интерпретированы относительно фактического цикла нагрузки и скорости применения, прежде чем можно будет спрогнозировать надежный срок службы.

Базовая динамическая нагрузка

Базовая номинальная динамическая нагрузка (C) определяется как постоянная радиальная нагрузка, при которой группа идентичных подшипников достигнет номинального усталостного ресурса в один миллион оборотов при 90-процентной надежности в соответствии с методом расчета, определенным в ISO 281. Для двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника номинальная динамическая нагрузка выше, чем у однорядного подшипника с тем же отверстием, поскольку два ряда шариков разделяют приложенную нагрузку, распределяя контактное напряжение по Герцу на большее количество точек контакта. На практике подшипник серии 5200 с диаметром отверстия 10 мм (номер подшипника 5200) имеет номинальную динамическую нагрузку 7150 Н , while the 5203 series with a 17 mm bore carries approximately 12,700 N, and the 5204 series with a 20 mm bore carries approximately 15,900 N (source: NSK sealed and shielded type double row angular contact ball bearings catalog, document e1249b).

Базовая статическая нагрузка

Базовая номинальная статическая нагрузка (C0) определяет нагрузку, при которой максимальное контактное напряжение между шариком и дорожкой качения достигает примерно 4000 МПа — уровень, при котором локальная пластическая деформация дорожки качения начинает создавать необратимую вмятину, увеличивающую вибрацию и шум во время последующей эксплуатации. Using the same NSK reference data, the 5200 series (10 mm bore) has a static load rating of 3,900 N, while the 5203 (17 mm bore) has 8,300 N and the 5204 (20 mm bore) has 10,700 N (source: NSK catalog e1249b). Applications involving shock loads, heavy static loads during assembly, or heavy moment loads sustained at low speed must be evaluated against the static rating rather than the dynamic rating.

Расчет эквивалентной динамической нагрузки

Если подшипник испытывает комбинированную радиальную и осевую нагрузку, а не чисто радиальную нагрузку, перед применением уравнения срока службы ISO 281 необходимо рассчитать эквивалентную динамическую нагрузку P. Для двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников стандартная формула: P = XFr YFa, где Fr — радиальная сила, Fa — осевая сила, а X и Y — коэффициенты нагрузки, которые зависят от соотношения осевой и радиальной сил относительно порогового значения e. For the sealed and shielded double row series, typical values when Fa/Fr is less than or equal to e are X = 1, Y = 0.92, and when Fa/Fr exceeds e, X = 0.67 and Y = 1.41, with e approximately 0.68 (source: NSK catalog e1249b). These values shift with contact angle and bearing series, and designers should always use the values from the specific manufacturer's data sheet for the bearing series being applied.

Скорость

Предел скорости двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника определяется теплом, выделяемым на контактах качения и на границе раздела сепаратор-шарик, и обычно выражается либо как предел скорости смазки, либо как предел скорости масла, причем предел масла обычно на 20–30 процентов выше, чем предел смазки. Варианты с уплотнениями и экранированными подшипниками имеют более низкий предел скорости, чем эквивалентные открытые подшипники, поскольку трение кромки уплотнения или близость экрана увеличивают тепло, которое фиксированная смазка должна рассеивать без внешнего охлаждения. Стандарт DIN 628-3, определяющий основные размеры двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, устанавливает ограничения на размеры, обеспечивающие взаимозаменяемость подшипников разных производителей одной серии (источник: Schaeffler TPI 213).

Система обозначения и идентификация серии

Правильное считывание обозначения двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника позволяет инженеру или специалисту по закупкам подтвердить диаметр отверстия, серию (и, следовательно, наружный диаметр и ширину), а также конфигурацию уплотнения по номеру детали без необходимости обращаться к полной таблице размеров.

Обозначения серий 30 и 38 в обозначении изделия относятся к классификации серий подшипников по наружным диаметрам. Серии 30 и 38 в двухрядных радиально-упорных шарикоподшипниках указывают на конкретный размерный диапазон, а сопровождающие варианты с суффиксом 2RS и ZZ напрямую определяют, используются ли контактные уплотнения или стальные экраны, что позволяет выбрать правильный вариант для герметичной эксплуатации с консистентной смазкой или для эксплуатации в экранированных средах соответственно.

Сравнение с альтернативными типами подшипников

Выбор двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника для конкретного применения требует понимания того, чем он отличается от других типов подшипников, которые потенциально могут рассматриваться для той же позиции.

против однорядного радиально-упорного шарикоподшипника

Однорядный радиально-упорный шарикоподшипник может выдерживать осевую нагрузку только в одном направлении, поскольку смещенная геометрия дорожки качения создает линию контакта, которая сходится на оси только с одной стороны. Чтобы воспринимать двунаправленные осевые нагрузки с помощью однорядных подшипников, два подшипника должны быть установлены напротив друг друга: «спина к спине» (DB), «лицевая сторона к лицу» (DF) или тандем (DT для увеличения осевой нагрузки в одном направлении). Двухрядный подшипник обеспечивает такое же двунаправленное осевое ограничение в одном, более узком блоке с одним внутренним кольцом и одним наружным кольцом, что упрощает конструкцию корпуса и уменьшает необходимое осевое пространство. Компромисс заключается в том, что двухрядный блок имеет фиксированный угол контакта и расположение «спина к спине», которое нельзя изменить, тогда как спаренное однорядное расположение позволяет инженеру выбрать монтаж «лицом к лицу», если геометрия применения требует других характеристик моментного рычага (источник: NSK Global; NTN Bearing Catalog 2203E).

против радиального шарикоподшипника

Радиальный шарикоподшипник имеет симметричные канавки дорожки качения на обоих кольцах, что позволяет ему выдерживать умеренные осевые нагрузки в обоих направлениях, но линия нагрузки остается по существу радиальной при низких осевых нагрузках, и подшипник не имеет определенного угла контакта. При комбинированных нагрузках от низких до умеренных на высоких скоростях радиальный подшипник зачастую более экономичен и достигает более высоких скоростей, чем радиально-упорный подшипник того же размера. Однако подшипники с глубокими канавками не могут обеспечить жесткое осевое позиционирование вала, которое обеспечивает радиально-упорный подшипник, и они не подходят для применений, где необходимо противостоять моментным нагрузкам или где точная осевая жесткость является частью конструкции системы (источник: brkbearings.com).

против конического роликового подшипника

Конический роликоподшипник выдерживает более высокие радиальные и осевые нагрузки, чем радиально-упорный шарикоподшипник того же размера отверстия, поскольку линейный контакт между роликами и дорожками качения распределяет нагрузку по большей площади, снижая пиковое контактное напряжение. Однако конические роликоподшипники требуют точной регулировки осевого предварительного натяга во время сборки, выделяют больше тепла на высоких скоростях из-за трения скольжения конца ролика и фланца и имеют более низкий предел скорости, чем радиально-упорные шарикоподшипники. Для среднескоростных применений, где умеренные комбинированные нагрузки и компактная геометрия являются основными требованиями, двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники обычно предпочтительнее конических роликоподшипников.

Сравнительная таблица

Типичные приложения и отраслевые варианты использования

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники используются в приложениях, которые разделяют общие требования: двунаправленное осевое ограничение в компактном пространстве с умеренной или высокой скоростью, где моментные нагрузки или комбинированные нагрузки делают глубокий подшипник с канавкой недостаточным.

Электродвигатели и воздуходувки

В электродвигателях часто используются двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники в положении привода, где осевые силы от натяжения ремня, тяги винтовой шестерни или нагрузки на лопасти вентилятора создают двунаправленную осевую нагрузку в зависимости от направления пуска-останова. Компактная одноблочная конструкция упрощает конструкцию корпуса двигателя по сравнению с конструкцией с двумя подшипниками, а угол контакта 25 градусов стандартных серий 5200 и 5300 обеспечивает сочетание разумной осевой жесткости и номинальной скорости вращения, подходящей для большинства применений асинхронных двигателей. NSK называет насосы, электродвигатели и воздуходувки основными типичными применениями подшипников этого типа (источник: Глобальная техническая библиотека NSK).

Насосы и компрессоры

Центробежные насосы создают осевые силы, которые меняют направление при изменении расхода и перепада давления, и эта двунаправленная осевая нагрузка является именно тем условием, для которого предназначены двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники. Конструкции насосов высокой производительности, использующие угловой подшипник с углом контакта 30 градусов, могут выдерживать более высокие осевые нагрузки, типичные для многоступенчатых центробежных насосов, сохраняя при этом достаточную скорость вращения для большинства условий эксплуатации насоса. Герметичные и экранированные варианты с обозначениями 2RS или ZZ широко используются в насосах, где полость подшипника недоступна для периодического повторного смазывания.

Редукторы и редукторы

В косозубых передачах создается осевая составляющая нагрузки на зубья, которая действует вдоль оси вала, причем направление этой тяги меняется на противоположное между шестерней и шестерней в сопряженной паре. Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники на концах вала ограничивают это усилие в обоих направлениях, не требуя отдельных положений упорного подшипника или дополнительных устройств осевого предварительного натяга. В компактных промышленных редукторах, где минимизация длины корпуса является приоритетом конструкции, одинарный двухрядный подшипник в каждом положении вала экономит значительный осевой диапазон по сравнению с парным однорядным подшипником.

Шпиндели станков и прецизионное оборудование

В шпинделях станков с ЧПУ, особенно работающих в среднем диапазоне скоростей, используются двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники, обеспечивающие жесткое осевое и радиальное позиционирование шпинделя относительно корпуса передней бабки. Сопротивление моментной нагрузке особенно ценно в этом случае, поскольку силы резания, приложенные к кончику инструмента, создают изгибающий момент в положении переднего подшипника, который мог бы вызвать неприемлемое отклонение шпинделя, если бы использовался стандартный радиальный подшипник. Прецизионные двухрядные подшипники с предварительным натягом и более малым, чем обычно, внутренним зазором (класс зазора C2) предназначены для удовлетворения самых высоких требований к жесткости в этой категории применения.

Автомобильное и сельскохозяйственное оборудование

В трансмиссиях сельскохозяйственных машин, редукторах тракторов и некоторых автомобильных приводах вспомогательного оборудования используются двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники в положениях, где комбинированные радиальные и осевые нагрузки с компонентами момента должны восприниматься в компактном, не требующем технического обслуживания герметичном блоке. Экранированные варианты ZZ или герметичные варианты 2RS особенно подходят для этих применений, поскольку доступ для обслуживания обычно ограничен, а защита от загрязнения почвой, растительными остатками или дорожным песком требуется на протяжении всего интервала обслуживания, составляющего сотни часов работы.

Требования к смазке и периодичность технического обслуживания

Смазка является наиболее распространенной основной причиной выхода из строя подшипников качения, и понимание требований к смазке, характерных для двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, имеет важное значение для достижения ожидаемого срока службы в любом применении.

Консистентная смазка для закрытых и экранированных подшипников

Герметичные подшипники 2RS и экранированные подшипники ZZ заполняются смазкой на заводе во время производства и не требуют технического обслуживания в течение всего предполагаемого срока службы при нормальных условиях эксплуатации. Объем заливаемой смазки оптимизируется на этапе производства, чтобы обеспечить адекватную смазку без чрезмерных потерь при взбивании, которые могут привести к выделению тепла и сокращению эффективного срока службы смазки. Замена этих подшипников по окончании ожидаемого срока службы, как правило, более рентабельна, чем попытка пополнения смазки, поскольку герметичная или экранированная конструкция не облегчает доступ к полости для смазки без ущерба для функции уплотнения.

Консистентная смазка для открытых подшипников

Открытые двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники требуют внешнего нанесения смазки. Объем смазки в полости подшипника и корпусе обычно должен заполнять от одной трети до половины доступного свободного пространства; перелив вызывает перегрев, который ускоряет деградацию смазки и сокращает срок службы подшипников. Смазки на основе лития или литиевого комплекса консистенции NLGI Grade 2 подходят для большинства стандартных скоростных и температурных условий. Руководство Schaeffler по интервалам замены масла для двухрядных радиально-упорных подшипников с масляной смазкой рекомендует соблюдать установленные интервалы, указанные в проекте FVA № 171, и корректировать их в зависимости от рабочей температуры и уровня загрязнения (источник: Schaeffler TPI 213).

Масляная смазка для высокоскоростных применений

На более высоких скоростях, когда консистентная смазка приводит к чрезмерному нагреву, открытые двухрядные радиально-упорные подшипники можно смазывать маслом через систему масляной ванны, масляный туман или циркуляционную подачу масла. Циркуляция масла с внешним охладителем и фильтром является предпочтительным методом для высокоскоростных и высоконагруженных устройств, таких как шпиндели станков и высокоскоростные компрессоры, поскольку оно одновременно смазывает, охлаждает и удаляет остатки износа из полости подшипника.

Руководство по установке, зазору и предварительной нагрузке

Правильная установка так же важна, как и правильный выбор подшипника для достижения номинального срока службы, особенно для двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, которые необходимо устанавливать с соответствующей посадкой и осевым расположением.

Подходит для вала и корпуса

Внутреннее кольцо двухрядного радиально-упорного шарикоподшипника обычно устанавливается на вал с посадкой с натягом, когда внутреннее кольцо вращается относительно направления нагрузки, что является наиболее распространенной конфигурацией во вращающихся машинах. Посадка с натягом гарантирует, что кольцо не будет скользить по поверхности вала под действием вращающейся нагрузки, что может привести к фрикционному износу вала и выделению тепла. Наружное кольцо обычно устанавливается в корпус с легким натягом или переходной посадкой. Величина натяга указана в таблицах допусков посадки ISO 286 и выбирается в зависимости от размера подшипника, скорости вращения и величины нагрузки; подшипники большего размера и более тяжелые нагрузки требуют более плотной посадки, чтобы предотвратить проскальзывание под нагрузкой.

Выбор внутреннего зазора

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники доступны в нескольких группах внутреннего зазора: C2 (меньше обычного), CN (нормальный, значение по умолчанию, если не указан суффикс зазора), C3 (больше обычного) и C4 (еще больше). Правильная группа зазоров зависит от посадки вала и корпуса и ожидаемой рабочей температуры. Посадка на вал с натягом уменьшает внутренний зазор после установки, поэтому подшипник, у которого перед монтажом замеряется нормальный зазор, после монтажа может работать с нулевым зазором или с небольшим предварительным натягом. Если рабочая температура приводит к тому, что вал расширяется быстрее, чем корпус, во время работы происходит дальнейшее уменьшение зазора. В тех случаях, когда вал работает значительно сильнее, чем корпус, пусковой зазор C3 или C4 компенсирует эту разницу теплового расширения и предотвращает работу подшипника с чрезмерным предварительным натягом (источник: Каталог подшипников NTN 2203E).

Рекомендации по предварительной загрузке

Легкая предварительная нагрузка, при которой подшипник работает с нулевым внутренним зазором или с очень небольшой упругой деформацией, распределяемой между двумя рядами, увеличивает радиальную и осевую жесткость подшипника и снижает вибрацию и шум при переменных нагрузках. Подшипники шпинделя станков обычно имеют предварительный натяг для повышения точности позиционирования. Чрезмерная предварительная нагрузка приводит к выделению тепла и увеличению усталостных напряжений, сокращая срок службы, поэтому предварительную нагрузку необходимо тщательно определять и проверять во время сборки с использованием осевой силы предварительного натяга или измерений пускового крутящего момента.

Виды отказов и мониторинг состояния

Понимание режимов отказов двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников позволяет инженерам по техническому обслуживанию заранее обнаружить износ и спланировать замену подшипника до того, как катастрофический отказ приведет к вторичному повреждению вала, корпуса или машины.

Усталостное расслоение

Контактная усталость при качении приводит к появлению подповерхностных трещин в дорожке качения или материале шарика, которые распространяются на поверхность и в конечном итоге вызывают отрыв материала, вызывая отколы или ямки. Растрескивание создает характерную высокочастотную вибрацию, которую можно обнаружить с помощью мониторинга вибрации на основе акселерометра с использованием частотного анализа дефектов подшипников. Характерные частоты дефектов наружного кольца, внутреннего кольца и шариков зависят от геометрии подшипника и скорости вращения, и эти частоты можно рассчитать на основе стандартных параметров геометрии подшипника с использованием уравнений, определенных в ISO 15243 и связанных с ним стандартах.

Загрязнение и абразивный износ

Загрязнение смазочного материала частицами вызывает трехчастичный абразивный износ на контактах качения, который постепенно делает поверхность дорожки качения шероховатой, увеличивает вибрацию и шум и в конечном итоге приводит к появлению частиц износа, которые ускоряют цикл повреждений. Герметичные и экранированные двухрядные подшипники обеспечивают существенно лучшую защиту от загрязнений, чем открытые подшипники в большинстве промышленных сред, и это одна из основных причин, по которой варианты 2RS и ZZ отдаются предпочтение перед открытыми подшипниками везде, где рабочая среда включает в себя пыль, стружку или риск проникновения технологической жидкости.

Неисправность смазки

Недостаточное количество смазки, ее износ или смазка неправильного типа вызывают контакт металла с металлом на поверхностях качения, что приводит к быстрому повышению температуры, адгезионному износу, размазыванию поверхностей шариков и дорожек качения и возможному заклиниванию. В закрытых и экранированных подшипниках отказ смазки обычно происходит в конце расчетного срока службы подшипника или ближе к нему, когда залитая на заводе смазка разрушается из-за термического и механического разрушения. Раннее обнаружение посредством мониторинга температуры корпуса подшипника или периодического анализа вибрационных характеристик позволяет планировать замену до отказа, а не после него.