Как используются двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии 33?

Понимание конструкции серии 33 и почему она подходит для этих целей

Прежде чем изучать конкретные варианты использования приложений, важно понять, что отличает Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии 33 от других конфигураций подшипников и почему эти различия делают их подходящими для характерного применения.

Серия 33 относится к семейству двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, характеризующихся двумя рядами шариков, расположенных симметрично внутри одного подшипникового узла, каждый из которых работает под определенным углом контакта — 30 градусов для 33 серии . Этот угол контакта круче, чем угол 15 градусов стандартных радиальных шарикоподшипников, что означает, что каждая точка контакта шарика распределяет приложенную силу на большую осевую составляющую и меньшую радиальную составляющую по сравнению с подшипником с меньшим углом наклона того же размера.

Практическое значение такой геометрии — подшипник, специально оптимизированный для применений, где осевые нагрузки значительны — либо в качестве первичных нагрузок, либо в качестве значительных вторичных нагрузок наряду с радиальной нагрузкой. Угол контакта 30 градусов дает серии 33 примерно На 40–60 % выше допустимая осевая нагрузка на единицу радиальной нагрузки. по сравнению с серией 32 (в которой используется угол контакта 15 градусов), что делает ее правильным выбором, когда осевые нагрузки являются доминирующим фактором конструкции. (Источник: ISO 15:2017, Подшипники качения. Радиальные подшипники. Граничные размеры, Генеральный план)

Ключевые характеристики конструкции, определяющие пригодность приложений

• Два ряда шариков в одном блоке: Сочетает в себе грузоподъемность двух однорядных подшипников в одном узле, устраняя необходимость в парных подшипниках, проставках и регулировке предварительного натяга на месте, сохраняя при этом двунаправленную осевую поддержку, которую обеспечивают парные однорядные подшипники.
• Угол контакта 30 градусов: Обеспечивает существенно более высокую осевую нагрузку, чем эквиваленты с малым углом, что делает серию 33 подходящей спецификацией, когда в случае нагрузки преобладают тяга косозубой шестерни, давление жидкости на крыльчатки насоса или осевые эксплуатационные нагрузки.
• Заводская предварительная нагрузка: Внутренний предварительный натяг устанавливается и фиксируется на этапе производства, что устраняет требования к точности установки при настройке преднатяга на месте, которые требуются для спаренных однорядных подшипников, — снижая требования к навыкам установки и количество ошибок при сборке.
• Компактная осевая оболочка: Одинарный двухрядный агрегат На 20–35 % короче в осевом направлении чем два однорядных подшипника, обеспечивающие эквивалентную грузоподъемность и позволяющие создавать более компактные конструкции вала и корпуса.
• Внутреннее расположение О-типа: Стандартное расположение «спина к спине» (DB) в двухрядных радиально-упорных подшипниках создает широкий эффективный диапазон опоры в пределах собственной ширины подшипника, обеспечивая сопротивление опрокидывающим моментам, с которым не могут справиться однорядные подшипники.

Использование в шпинделях станков и прецизионном оборудовании.

Шпиндели станков представляют собой одно из самых требовательных и наиболее исторически значимых применений двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, включая серию 33. Обрабатывающие центры с ЧПУ, шлифовальные станки, расточные станки и токарные станки требуют подшипников шпинделя, которые одновременно удовлетворяют трем противоречивым требованиям: максимальная жесткость (для минимизации отклонения инструмента и сохранения точности обработки), высокая скорость вращения и длительный срок службы при комбинированных нагрузках резания.

Почему двухрядные радиально-упорные подшипники доминируют в шпинделях

В операциях механической обработки режущий инструмент создает силы, которые имеют как радиальную, так и осевую составляющие, величины и направления которых постоянно изменяются по мере изменения траектории инструмента. Подшипник шпинделя должен реагировать на эти комбинированные нагрузки, не допуская отклонения кончика инструмента, превышающего допуск обработки — для операций прецизионного шлифования это означает, что радиальная жесткость шпинделя от 50 до 200 Н/микрон требуется в месте крепления инструмента. (Источник: «Основы проектирования станков», Klocke and Kuchle, Springer, 2011 г.)

Двухрядная геометрия подшипников серии 33, расположенная по схеме «спина к спине», создает широкий эффективный диапазон опоры в пределах собственной осевой длины подшипника, создавая моментную жесткость, которая противостоит отклонению кончика инструмента при эксцентрических режущих нагрузках гораздо эффективнее, чем однорядные альтернативы с эквивалентным размером отверстия. Прецизионные подшипники серии 33 (классы ISO P5 и P4) используются в переднем (рабочем) положении шпинделя обрабатывающих центров с ЧПУ и шлифовальных шпинделей, где требования к точности являются наиболее важными.

Специальные применения станков

• Фрезерные шпиндели с ЧПУ: Положение опоры рабочего конца шпинделя в вертикальных и горизонтальных обрабатывающих центрах с ЧПУ, где трехосные силы резания требуют одновременной радиальной и двунаправленной осевой поддержки из одной компактной опорной позиции.
• Круглошлифовальные шпиндели: Шпиндели шлифовальных головок в цилиндрических и плоскошлифовальных станках, где радиальная сила шлифования и масса круга в сочетании требуют высокой радиальной жесткости, а направление подачи шлифовального круга создает осевое усилие, которое необходимо поддерживать.
• Шпиндели расточного станка: Операции глубокого растачивания одновременно генерируют радиальные силы резания и тягу в направлении подачи заготовки, что позволяет напрямую использовать комбинированную грузоподъемность станков серии 33.
• Прецизионные инструментальные шпиндели: В измерительных головках координатно-измерительных машин (КИМ), оптических поворотных столах и прецизионных делительных головках используются подшипники серии 33 миниатюрных размеров, где заводская предварительная нагрузка обеспечивает постоянное вращение с малым биением без калибровки на месте эксплуатации.

Использование в автомобилях и транспортных средствах

Автомобильная промышленность является одним из крупнейших потребителей двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников, и серия 33 специально предназначена для ряда транспортных средств, где высокая осевая нагрузка является доминирующим требованием к конструкции.

Подшипниковые узлы ступиц колес

В современных подшипниковых узлах ступиц колес легковых автомобилей — конструкции поколений 1 и 2 — в качестве конструктивного ядра узла ступицы используются двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники. Среда нагрузки на колесо транспортного средства представляет собой классический случай комбинированной нагрузки: радиальная нагрузка от веса автомобиля, действующая через геометрию подвески, осевая нагрузка от поворотных сил и развала дороги, действующих в поперечном направлении, и моментная нагрузка от тормозного момента и геометрии подвески, создающая опрокидывающий момент на центральной линии колеса.

Угол контакта 30 градусов серии 33 хорошо подходит для этого профиля нагрузки, поскольку поворотные силы во время динамических маневров создают осевые нагрузки, которые могут достигать От 0,8 до 1,2 раза больше статической радиальной нагрузки на внешнем колесе — высокое соотношение оси и радиала, с которым серия 33 справляется более эффективно, чем альтернативы с малым углом наклона. (Источник: Международный журнал легковых автомобилей SAE — механические системы, анализ нагрузки на ступичные подшипники, том 5, 2012 г.)

Применение в трансмиссиях и коробках передач

Механические и автоматические трансмиссии транспортных средств создают нагрузки на валу, которые сочетают радиальные силы зубчатого зацепления с осевыми нагрузками винтовых шестерен в обоих осевых направлениях, когда трансмиссия переключается между включениями передач вперед и назад. Серия 33 обеспечивает двунаправленную осевую поддержку, необходимую для этих положений вала, занимая при этом более компактное осевое пространство, чем парные однорядные альтернативы, что является важным фактором в конструкциях компактных коробок передач, где пространство для упаковки сильно ограничено.

Усилитель руля и электродвигатели

Валы двигателей рулевого управления с электроусилителем (EPS) и приводные валы тяговых двигателей электромобилей требуют подшипников, которые несут комбинированные радиальные и осевые нагрузки от ременной или зубчатой передачи усилия, сохраняя при этом низкий уровень шума и вибрации на скоростях от почти нуля до 15 000 об/мин или выше в современных архитектурах электромобилей. Серия 33 прецизионного класса обеспечивает сочетание малошумной работы, комбинированной грузоподъемности и заводской точности предварительного натяга, необходимое для высокоскоростных малошумных применений.

Использование в насосах и компрессорах

Центробежные насосы и ротационные компрессоры представляют собой естественную область применения Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии 33 поскольку гидродинамика этих машин создает осевые осевые нагрузки, которые должна восприниматься системой подшипников вала наряду с радиальными нагрузками от веса вала и давления жидкости на поверхности рабочего колеса или ротора.

Подшипники вала центробежного насоса

В одноступенчатом центробежном насосе разница давлений на входе и выходе рабочего колеса создает осевую гидравлическую силу тяги, действующую в направлении подхода жидкости к проушине рабочего колеса. Эта осевая нагрузка постоянна во время работы и должна полностью восприниматься системой подшипников вала насоса. Для центробежных насосов среднего размера, используемых в водоподготовке, химической обработке и системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, осевая сила тяги может составлять От 20 до 60% радиальной нагрузки от веса вала и боковых нагрузок на ремень или муфту.

Подшипник серии 33 напрямую отвечает этому профилю нагрузки: его угол контакта 30 градусов обеспечивает высокую осевую нагрузку для компонента гидравлического усилия, в то время как двухрядная конструкция обеспечивает радиальную способность выдерживать вес вала и нагрузки на ремень, а геометрия «спина к спине» обеспечивает поддержку момента для консольных нагрузок от консольных рабочих колес. Такое сочетание делает серию 33 особенно ценной для центробежных насосов с односторонним всасыванием в промышленных процессах. (Источник: Справочник по насосам, Карасик, Мессина, Купер и Хилд, McGraw-Hill, 4-е издание, 2008 г.)

Опора вала компрессора

Роторные винтовые и спиральные компрессоры в холодильных установках, системах кондиционирования воздуха и промышленных системах сжатого воздуха создают осевые силы из-за винтовой геометрии винтовых роторов или из-за перепада давления газа на поверхностях спиральных пластин. Эти осевые нагрузки сочетаются с радиальными нагрузками от массы ротора и сил газа, перпендикулярных оси вала. Серия 33 обеспечивает необходимую комбинированную грузоподъемность в компактном радиальном корпусе этих машин, где добавление отдельного упорного подшипника значительно увеличит размер и стоимость машины.

Использование в промышленных коробках передач и системах привода.

Промышленные редукторы, особенно винтовые, конические и червячные, создают нагрузки на валу, которые по своей природе являются комбинированными. Геометрия зацепления косозубых шестерен создает вектор силы на валу с тремя компонентами: тангенциальной (вращательной), радиальной (разделительной) и осевой (тягой от угла винтовой линии). На все три должна реагировать система подшипников вала, а осевая составляющая косозубых шестерен может быть значительной, что представляет собой От 30 до 70% тангенциальной силы в зависимости от угла спирали. (Источник: «Машиностроительный проект Шигли», Будинас и Нисбетт, 10-е издание, McGraw-Hill, 2014 г.)

Выходные валы винтовых редукторов

Выходной вал цилиндрического редуктора несет самый высокий крутящий момент и, следовательно, самую высокую касательную силу в коробке передач. Одновременное осевое усилие со стороны косозубого зубчатого зацепления делает такое положение вала естественным применением для серии 33. Одиночный двухрядный подшипник на выходном валу обеспечивает необходимую комбинированную радиальную и двунаправленную осевую поддержку — компенсируя реверс осевого усилия, когда шестерня вращается в обоих направлениях во время циклов торможения или реверса — в компактной установке, с которой не может сравниться однорядный подшипник с отдельной упорной шайбой.

Валы-шестерни с коническими шестернями

Валы-шестерни с коническими шестернями в прямоугольных зубчатых передачах представляют собой особенно требовательные подшипники, поскольку геометрия зубчатого зацепления создает большие осевые силы отрыва, которые меняют направление с реверсом нагрузки. Двухрядная компоновка серии 33 специально подходит для этого применения, поскольку ее симметричная геометрия одинаково реагирует на осевые нагрузки в обоих направлениях, не требуя регулировки преднатяга на месте при изменении направления нагрузки.

Вспомогательные приводы ветряных турбин

В приводах регулирования угла наклона, приводах рыскания и приводах вспомогательных генераторов в ветряных турбинах используются компактные коробки передач и моторные сборки, при этом серия 33 обеспечивает комбинированную нагрузку и поддержку двунаправленной тяги, необходимую в ограниченном пространстве для установки гондолы ветряной турбины. Эти приложения также выигрывают от герметичных и заполненных смазкой вариантов серии 33, которые обеспечивают увеличенные интервалы технического обслуживания, необходимые для компонентов, установленных на высоте от 80 до 120 метров над землей.

Использование в электродвигателях и генераторах

Электродвигателям среднего и большого диапазона мощностей — особенно двигателям, приводящим в движение осевые вентиляторы, нагрузки с винтовой передачей или оборудование с ременным приводом — требуются подшипники, которые выдерживают комбинированные радиальные и осевые нагрузки в положениях вала. Серия 33 используется в положении подшипника неприводной стороны (NDE) двигателей, где требуется осевое позиционирование ротора, и в положении приводного конца (DE), где боковые нагрузки на ремень сочетаются с усилием, передаваемым через шестерню или муфту.

Применение приводных двигателей с регулируемой скоростью

Двигатели, управляемые преобразователями частоты (ЧРП), могут генерировать ток на валу через контакты подшипников — хорошо документированный механизм отказа, при котором электрический ток, проходящий через зону контакта подшипника, вызывает точечную коррозию и преждевременный выход из строя. В изолированных вариантах подшипников серии 33 наружное кольцо или корпус покрыты электроизолирующей керамикой для предотвращения прохождения тока. Серия 33 в изолированной конфигурации является стандартным выбором для двигателей с частотно-регулируемым приводом, указанных выше. Мощность на валу 75 кВт в неприводном положении, предотвращая повреждение подшипников, вызванное током на валу, которое является основной причиной преждевременного выхода из строя двигателей этого типа. (Источник: Транзакции IEEE по промышленному применению, Повреждение подшипников электродвигателя токами на валу, том 37, выпуск 6, 2001 г.)

Использование в сельскохозяйственной и строительной технике

В сельскохозяйственном и строительном оборудовании подшипники подвергаются ударным нагрузкам, загрязнению, широкому перепаду температур и длительным периодам между техническим обслуживанием, что бросает вызов стандартным конструкциям подшипников. Серия 33 в герметичном и усиленном вариантах используется на нескольких ключевых позициях в этой категории оборудования.

Применение сельскохозяйственной техники

• Валы молотильного барабана комбайна: Молотильные барабаны зерноуборочных комбайнов испытывают импульсивные радиальные нагрузки от захвата сельскохозяйственной массы в сочетании с осевыми нагрузками от геометрии винтового барабана и изменений боковой нагрузки. Двухрядная конструкция серии 33 обеспечивает запас грузоподъемности, необходимый для данных условий ударных нагрузок.
• Валы отбора мощности тракторов: Валы отбора мощности передают мощность двигателя на прицепное орудие через карданные муфты, которые создают комбинированные радиальные, осевые и моментные нагрузки при маневрировании трактора по неровной поверхности. Герметичные подшипники серии 33 в приводе ВОМ обеспечивают увеличенные интервалы технического обслуживания, соответствующие графикам технического обслуживания в полевых условиях.
• Приводные валы сеялок: Приводные валы дозирования и распределения семян в сеялках точного высева несут комбинированную нагрузку от сил зубчатого привода и вибрационных нагрузок, передаваемых от систем сошников, обрабатывающих почву.

Применение строительного оборудования

• Приводы барабана бетоносмесителя: Приводной вал барабана бетоносмесителя несет радиальную нагрузку от веса барабана и осевую нагрузку от геометрии винтового винта внутри барабана, которая создает тягу во время смешивания. Серия 33 эффективно справляется с этой комбинированной статической и динамической нагрузкой в компактном приводе.
• Вибрационный вал уплотнительного оборудования: Виброуплотнители и дорожные катки используют эксцентриковые вращающиеся массы для создания сил уплотнения грунта. Подшипники вала этих вибровозбудителей несут очень высокие динамические радиальные нагрузки в сочетании с осевыми нагрузками от расположения вала. Серия 33 из марок для тяжелых условий эксплуатации справляется с такими высокими динамическими нагрузками в условиях ограниченного пространства компактного уплотнительного оборудования.

Использование в прецизионных приборах и измерительном оборудовании.

На противоположном конце спектра применения от тяжелого промышленного оборудования находится Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии 33 Классы точности (классы точности P5, P4 и P2 по ISO 492) используются в приложениях, где основными критериями выбора являются точность вращения, низкая вибрация и минимальное трение, а не грузоподъемность.

Координатно-измерительная машина (КИМ) Поворотные оси

Для модулей поворотной оси в системах КИМ требуются подшипники с биением ниже 0,5 микрон на посадочной поверхности шпинделя и осевое биение внизу 0,3 микрона для поддержания точности измерений на кончике зонда. Прецизионные подшипники серии 33 класса P4 с заводским предварительным натягом и шариками с низким уровнем шума отвечают этим требованиям, обеспечивая при этом двунаправленную осевую поддержку, необходимую, когда ось вращения нагружена с разных направлений контакта с датчиком.

Прецизионные поворотные столы и индексирующие устройства

В поворотных столах шлифовальных станков, электроэрозионных станков и многоосных обрабатывающих центрах с ЧПУ используются прецизионные подшипники серии 33, обеспечивающие сочетание точности радиального и осевого позиционирования и моментной жесткости, необходимой для точной индексации заготовки. Установленная на заводе предварительная нагрузка двухрядного агрегата исключает необходимость сброса предварительной нагрузки подшипника при перемещении или обслуживании поворотного стола, что является практическим преимуществом технического обслуживания в производственных условиях.

Использование в оборудовании для пищевой промышленности и упаковки.

Пищевая промышленность предъявляет высокие требования к материалам подшипников и смазке — коррозионная стойкость, совместимость с пищевыми смазками и стойкость к мытью — при этом требуя тех же характеристик совокупной грузоподъемности, которые применяются в общепромышленных применениях. Варианты из нержавеющей стали и герметичные версии с пищевой смазкой серии 33 используются в:

• Миксеры и смесительное оборудование: Подшипники вала мешалки в промышленных миксерах несут комбинированные радиальные нагрузки из-за сопротивления жидкости на лопастях мешалки и осевые нагрузки из-за спиральной геометрии мешалки в агрессивных средах, контактирующих с пищевыми продуктами, где требуется нержавеющая сталь или кольца подшипников с покрытием.
• Приводные головки конвейера: Подшипники приводного вала в пищевых конвейерных системах воспринимают комбинированные радиальные нагрузки от натяжения ленты и осевые нагрузки от коронованных конвейерных роликов, которые создают боковую силу при движении ленты. Герметичные подшипники серии 33, пригодные для пищевых продуктов, обеспечивают увеличенные интервалы технического обслуживания, необходимые на производственных предприятиях непрерывного действия.
• Системы привода упаковочной машины: Высокоскоростные упаковочные машины с осями с кулачковым или сервоприводом используют подшипники серии 33 в кулачковом валу и положениях привода, где комбинированные радиальные и осевые нагрузки от геометрии кулачка и сил инерции присутствуют на скоростях до от 2000 до 4000 об/мин

Краткое описание применения: где используются подшипники серии 33

Выбор подходящего подшипника серии 33 для вашего применения

Широкий диапазон применения Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии 33 означает, что детали спецификации имеют такое же значение, как и само обозначение серии. При выборе для конкретного применения подтвердите следующие параметры:

1. Рассчитайте эквивалентную динамическую нагрузку (P). Используя радиальную (Fr) и осевую (Fa) составляющие нагрузки с коэффициентами X и Y для серии 33 с применимым соотношением Fa/Fr согласно ISO 281, убедитесь, что класс динамической нагрузки C выбранного подшипника обеспечивает требуемый срок службы L10 при рабочей скорости и температуре.
2. Подтвердите требования к точности. Для общепромышленных применений используется класс P0 (нормальный). Шпиндели станков и прецизионные инструменты требуют класса P5, P4 или P2. Каждый шаг в классе точности увеличивает стоимость; укажите только ту оценку, которую действительно требует приложение
3. Выберите правильную конфигурацию смазки. Для недоступных или ограниченных в обслуживании положений следует использовать варианты с уплотнениями (2RS) и заводской смазкой. Для высокоскоростных применений, превышающих предел скорости смазки, используйте открытые подшипники со смазкой в масляной ванне или струйной смазкой.
4. Проверьте посадку вала и корпуса. Подтвердите рекомендуемый допуск вала (обычно k5 или m5 для вращающегося внутреннего кольца) и допуск отверстия корпуса (обычно H6 или J6 для неподвижного наружного кольца) согласно ISO 286. Неправильная посадка с натягом является основной причиной преждевременного выхода из строя подшипника, независимо от его номинальной нагрузки.
5. Рассмотрите изолированные варианты для применения с ЧРП. Если подшипник установлен в электродвигателе с приводом от частотно-регулируемого привода мощностью выше 75 кВт, укажите вариант изолированного наружного кольца, чтобы предотвратить повреждение подшипника током на валу.

Двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники серии CNCJ 33 производятся в соответствии со стандартами размеров и допусков ISO для всего диапазона размеров отверстий и классов точности, необходимых для применений, описанных в этой статье. Ассортимент их продукции охватывает стандартный класс P0 для промышленного использования и прецизионный класс P4 для станков и контрольно-измерительных приборов, с герметичными и открытыми конфигурациями, несколькими вариантами зазоров и технической поддержкой для помощи в расчете нагрузки и срока службы.