Что такое радиальный шарикоподшипник?

A радиальный шарикоподшипник это подшипник качения в котором в качестве тел качения используются шарики, расположенные в глубоких непрерывных канавках дорожек качения, проточенных как на внутреннем, так и на внешнем кольцах. Такая конструкция позволяет подшипнику одновременно воспринимать радиальные нагрузки, осевые нагрузки в обоих направлениях и комбинированные нагрузки, что делает его наиболее широко используемым типом подшипников в мире. Его простота, универсальность, низкое трение, высокая скорость вращения и низкие требования к техническому обслуживанию делают его подшипником по умолчанию практически во всех отраслях машиностроения: от электродвигателей и бытовой техники до автомобильных систем и промышленного оборудования.

Структура и компоненты радиального шарикоподшипника

Стандартный радиальный шарикоподшипник состоит из четырех основных компонентов, каждый из которых изготовлен с соблюдением строгих допусков. Понимание роли каждого компонента объясняет, почему этот тип подшипника надежно работает в таком широком диапазоне применений.

Внутреннее кольцо

Внутреннее кольцо устанавливается на вращающийся вал и имеет на внешней поверхности глубокую изогнутую канавку, которая действует как внутренняя дорожка качения. Радиус канавки обычно составляет 51,5–53% диаметра шара. , обеспечивая соответствующий контакт, который распределяет нагрузку по поверхности шара, сохраняя при этом возможность качения с низким коэффициентом трения. В большинстве случаев внутреннее кольцо вращается вместе с валом.

Внешнее кольцо

Наружное кольцо входит в отверстие корпуса и имеет соответствующую глубокую канавку на внутренней поверхности. Обычно он остается неподвижным, пока вал и внутреннее кольцо вращаются. Канавка дорожки качения наружного кольца повторяет геометрию канавки внутреннего кольца, и вместе они образуют замкнутую дорожку, по которой катятся шарики.

Шарики (тела качения)

Шарики изготавливаются из высокоуглеродистой хромсодержащей стали (обычно марки GCr15/52100), нержавеющей стали, керамики (нитрид кремния) или других материалов в зависимости от условий применения. Диаметр и количество шариков определяются размером подшипника — подшипники большего размера содержат больше и/или шарики большего размера для распределения нагрузки. Шарики точечно контактируют с дорожками качения в условиях холостого хода; под нагрузкой этот контакт упруго деформируется, образуя небольшую эллиптическую площадь контакта, передающую приложенные силы.

Клетка (Слуга)

Сепаратор поддерживает равномерное расстояние по окружности между шариками, предотвращает контакт шариков с шариками (который может привести к серьезному износу и нагреву) и направляет шарики через зону нагрузки. Сепараторы изготавливаются из штампованной стали, обработанной латуни, полиамида (нейлона) или PEEK в зависимости от скорости, температуры и требований к смазке. Сепараторы из полиамида легкие и тихие, что делает их широко используемыми в системах с низким уровнем шума; латунные сепараторы используются для высокоскоростных или высокотемпературных сред.

Уплотнения и экраны (дополнительно)

Радиальные шарикоподшипники доступны в открытой конфигурации, с одинарным (Z), двойным (ZZ), одинарным (RS) и двойным (2RS) уплотнением. Металлические экраны обеспечивают бесконтактный барьер, исключающий попадание крупных загрязнений. Резиновые уплотнения (контактного или бесконтактного типа) обеспечивают превосходную защиту от пыли и влаги и удерживают смазку внутри подшипника. Подшипники с уплотнениями (2RS) предварительно смазаны на весь срок службы. и не требуют повторной смазки в большинстве стандартных применений, что значительно упрощает обслуживание.

Как работает конструкция с глубокими канавками

Определяющей характеристикой этого типа подшипников является глубина канавок в обоих кольцах. В отличие от конструкций с мелкими канавками, глубокая геометрия дорожки качения позволяет шарикам располагаться значительно ниже заплечика кольца, что дает подшипнику возможность выдерживать осевые нагрузки в дополнение к радиальным нагрузкам. Высота плеч по обе стороны от дорожки качения действует как стенка, препятствующая осевому смещению шариков.

При приложении чистой радиальной нагрузки нагрузка распределяется симметрично по нижней части подшипника через несколько шариков одновременно. При приложении осевой нагрузки угол контакта между шариком и дорожкой качения увеличивается от нуля (чисто радиальный) до ненулевого значения, а буртик канавки дорожки качения передает осевую силу. Типичная осевая нагрузка радиального шарикоподшипника составляет 20–50 % от номинальной статической радиальной нагрузки. , в зависимости от размера подшипника и внутреннего зазора.

Такая разнонаправленная нагрузка в сочетании с низким коэффициентом трения качения при контакте шариков позволяет радиальным шарикоподшипникам эффективно работать в широком диапазоне скоростей — от очень медленных колебательных движений до очень высоких скоростей вращения, превышающих 100 000 об/мин в миниатюрных прецизионных подшипниках.

Ключевые характеристики производительности

Грузоподъемность

Радиальные шарикоподшипники доступны в очень широком диапазоне размеров — от миниатюрных подшипников с диаметром отверстия до 1 мм до крупных промышленных подшипников, превышающих Диаметр отверстия 320 мм . Номинальная динамическая нагрузка (C) и статическая нагрузка (C0) масштабируются соответственно: от нескольких Ньютонов для миниатюрных подшипников до сотен килоньютонов для крупносерийных подшипников. Номинальный срок службы подшипника (срок службы L10 в миллионах оборотов) рассчитывается на основе приложенной нагрузки относительно номинальной динамической нагрузки.

Скорость

Среди всех типов подшипников качения радиальные шарикоподшипники обладают самой высокой скоростной способностью благодаря низкому трению при контакте шарика с дорожкой качения и относительно небольшой массе шариков. Справочные скорости (скорость, при которой температура подшипника достигает теплового равновесия в стандартных условиях) указаны для каждого размера подшипника в каталогах производителя. Благодаря оптимизированной смазке и прецизионным классам, коэффициенты скорости (n × dm), превышающие 1 500 000 мм·об/мин достижимы в высокоскоростных приложениях.

Шум и вибрация

Радиальные шарикоподшипники производятся в соответствии со стандартами низкого уровня шума для применений, требующих бесшумной работы, таких как электродвигатели, вентиляторы, бытовая техника и офисное оборудование. Уровни шума характеризуются скоростью вибрации, измеряемой в мм/с (стандарты ABEC/ISO) или путем испытаний на вибрацию подшипников (например, значения счетчика Anderon). Высокоточные и малошумные подшипники для электродвигателей обычно должны значения вибрации ниже 0,5 мм/с в определенных диапазонах частот.

Трение и температура

Пусковой и рабочий крутящий момент радиальных шарикоподшипников ниже, чем у других типов подшипников, выдерживающих эквивалентные нагрузки. Это делает их энергоэффективными, что важно в таких приложениях, как электродвигатели и прецизионные инструменты. Стандартные радиальные шарикоподшипники надежно работают от от -20°С до 120°С со стандартной консистентной смазкой. Специальные составы и материалы позволяют эксплуатировать при температуре от -60°C до 200°C и выше.

Внутренний зазор

Внутренний зазор означает общее перемещение внутреннего кольца относительно наружного кольца в радиальном направлении до приложения какой-либо предварительной нагрузки. Стандартные группы внутреннего зазора по ISO 5753: C2 (меньше нормального), CN (нормальный), C3 (больше нормального), C4 и C5. Зазор C3 обычно указывается для применений с жесткими допусками вала или повышенными рабочими температурами. , где тепловое расширение уменьшает рабочий зазор. Правильный выбор зазора имеет решающее значение для срока службы подшипника и снижения уровня шума.

Стандартная система обозначений радиальных шарикоподшипников

Радиальные шарикоподшипники обозначаются стандартизированной системой нумерации, определенной в ISO 15, которая кодирует размер отверстия подшипника, серию (размеры поперечного сечения) и любые суффиксы внутреннего зазора, уплотнения и класса точности. Понимание этой системы обозначений позволяет инженерам правильно указать подшипник и сравнить эквиваленты от разных производителей.

Например, обозначение 6205-2RS/C3 описывает однорядный радиальный шарикоподшипник (6), серия 02 (среднего сечения), внутренний диаметр 25 мм (05 × 5), с двойным резиновым уплотнением (2RS), с внутренним зазором C3.

Серии и диапазоны размеров радиальных шарикоподшипников

Радиальные шарикоподшипники производятся в различных сериях по ширине и диаметру, которые определяют размеры поперечного сечения относительно диаметра отверстия. Выбор правильной серии позволяет сбалансировать грузоподъемность, скорость и доступное пространство для установки.

Где используются радиальные шарикоподшипники

Радиальные шарикоподшипники встречаются практически во всех типах вращающихся машин. Сочетание их универсальности, скоростных характеристик, низкого трения и доступности в герметичных конфигурациях делает их подшипниками первого выбора в широком спектре отраслей и применений.

Электродвигатели

Электродвигатели — от двигателей бытовых приборов малой мощности до крупных промышленных асинхронных двигателей — являются крупнейшим сегментом применения радиальных шарикоподшипников. Типичный асинхронный двигатель переменного тока использует два радиальных шарикоподшипника для поддержки вала ротора. Подшипник на приводной стороне должен выдерживать комбинированные радиальные и осевые нагрузки, вызванные натяжением ремня или несоосностью муфты; Подшипник на неприводной стороне воспринимает в основном радиальную нагрузку и часто свободно устанавливается в корпусе, чтобы обеспечить тепловое расширение. Ежегодно в электродвигателях по всему миру устанавливаются миллиарды радиальных шарикоподшипников.

Автомобильные приложения

В автомобильной промышленности радиальные шарикоподшипники используются в генераторах переменного тока, стартерах, насосах гидроусилителя руля, компрессорах кондиционеров, электрических вентиляторах охлаждения и многочисленных вспомогательных системах. В одном легковом автомобиле может находиться 20–30 радиальных шарикоподшипников в различных его системах. В электромобилях прецизионные радиальные шарикоподшипники имеют решающее значение в приводных двигателях и редукторах, где шум, эффективность и срок службы являются первостепенными требованиями.

Бытовая техника и бытовая электроника

В стиральных машинах, холодильниках, кондиционерах, пылесосах, электроинструментах и кухонной технике используются радиальные шарикоподшипники в качестве вращающихся компонентов. В этих приложениях основными требованиями являются низкий уровень шума, длительный срок службы без обслуживания и компактные размеры. Подшипники 2RS (с двойным уплотнением, предварительно смазанные) являются стандартными для приборов, поскольку не требуют технического обслуживания на месте в течение предполагаемого срока службы продукта.

Промышленные машины и оборудование

В насосах, компрессорах, редукторах, конвейерах, вентиляторах, воздуходувках, печатном оборудовании, текстильном оборудовании, упаковочном оборудовании и машинах пищевой промышленности широко используются радиальные шарикоподшипники. В промышленных условиях подшипники часто бывают открытого или закрытого типа с возможностью повторной смазки, что позволяет бригадам технического обслуживания продлить срок службы подшипников за счет периодической смазки в соответствии с рассчитанными интервалами повторной смазки.

Сельскохозяйственная и строительная техника

В сельскохозяйственном оборудовании, таком как комбайны, сеялки и ирригационные насосы, используются радиальные шарикоподшипники в тех случаях, когда решающее значение имеют устойчивость к загрязнению, устойчивость к ударным нагрузкам и длительные интервалы технического обслуживания в удаленных условиях эксплуатации. Подшипники более крупных серий (63xx, 64xx) с более высокими номинальными радиальными нагрузками обычно используются в таких сложных условиях.

Прецизионные инструменты и медицинское оборудование

Миниатюрные и приборные радиальные шарикоподшипники (класс допуска ABEC 5, 7 или 9) используются в стоматологических наконечниках, лабораторных центрифугах, серводвигателях, системах прецизионного позиционирования, робототехнике и измерительных приборах. Эти подшипники имеют чрезвычайно жесткие размерные допуски — допуск отверстия ±0,003 мм или лучше — и изготовлены со сверхгладкими дорожками качения и точно подобранными шариками, чтобы минимизировать биение и вибрацию на высоких скоростях.

Радиальный шарикоподшипник по сравнению с другими распространенными типами подшипников

Хотя радиальные шарикоподшипники являются наиболее универсальным вариантом, другие типы подшипников лучше подходят для конкретных условий нагрузки или условий эксплуатации. В приведенной ниже таблице сравниваются радиальные шарикоподшипники с другими часто используемыми типами подшипников, чтобы помочь инженерам принять обоснованное решение о выборе.

Смазка радиальных шарикоподшипников

Правильная смазка является единственным наиболее важным фактором в достижении номинального срока службы радиального шарикоподшипника. Смазка служит четырем целям: снижает трение и износ между телами качения и дорожками качения, обеспечивает защиту от коррозии, действует как герметик от проникновения загрязнений (для смазки) и рассеивает тепло, выделяемое при работе подшипников.

Консистентная смазка

Смазка является наиболее распространенной смазкой для радиальных шарикоподшипников. Его легко наносить, он остается на месте без герметичного корпуса и обеспечивает длительные интервалы обслуживания. Рекомендуемая смазка для радиальных шарикоподшипников обычно составляет 25–35 % внутреннего объема свободного подшипника. . Переполнение смазкой приводит к взбалтыванию, выделению тепла и преждевременному разрушению смазки — распространенной причине преждевременного выхода из строя подшипников. Смазки на литиевой основе (NLGI Grade 2) используются наиболее широко; для высокотемпературных применений могут потребоваться смазки на основе полимочевины или ПТФЭ.

Смазка маслом

Масляная смазка (масляная ванна, циркуляционное масло, масляный туман или масляно-воздушная смазка) используется для высокоскоростных применений, в условиях высоких температур или там, где подшипник встроен в коробку передач или другой маслонаполненный корпус. Масло обеспечивает превосходный отвод тепла и постоянно пополняется в циркуляционных системах. Для высокоскоростных шпинделей точный выбор вязкости имеет решающее значение — обычно ISO от VG 15 до VG 46 для шарикоподшипников — для минимизации вязкого сопротивления при сохранении достаточной толщины пленки.

Интервалы повторного смазывания

Для открытых или экранированных (негерметичных) подшипников, работающих с консистентной смазкой, интервалы повторного смазывания должны рассчитываться на основе рабочей скорости, температуры и нагрузки подшипника. Практические рекомендации: при умеренных скоростях и температурах интервалы смазки радиальных шарикоподшипников составляют от От 3000 до 20 000 часов работы в зависимости от размера подшипника и условий эксплуатации. Подшипники с уплотнениями (2RS) предварительно смазаны и рассчитаны на срок службы без технического обслуживания, обычно рассчитанный на 10 000–30 000 часов при стандартных условиях.

Классы точности и их значение

Радиальные шарикоподшипники производятся в соответствии с классами точности, определенными стандартами ISO 492 (метрические подшипники) и ABEC. Для каждого класса установлены более жесткие допуски по размерной точности, точности вращения (радиальное и осевое биение), а в некоторых классах — по вибрации. Более высокие классы точности используются, когда требуется низкое биение, бесшумная работа или высокая скорость.

• P0/ABEC 1 (нормальный) — Стандартная коммерческая толерантность. Используется в большинстве промышленных и общих приложений. Широко доступен и экономически эффективен.
• P6 / ABEC 3 — Туже, чем обычно. Используется в устройствах, требующих более высокой точности работы, например, в высококачественных электродвигателях и некоторых насосах.
• П5/ЭКАБ 5 — Класс точности. Обычно применяется для серводвигателей переменного тока, вспомогательных шпинделей станков с ЧПУ и прецизионных насосов. Допуски биения примерно на 50 % меньше, чем у P0.
• P4 / ABEC 7 — Высокая точность. Используется в главных шпинделях станков, шлифовальных шпинделях и прецизионных инструментах. Требует тщательного контроля монтажа и обращения.
• P2 / ABEC 9 — Сверхточность. Высший класс допуска, используемый в гироскопах, прецизионных лабораторных приборах и наиболее требовательных высокоскоростных шпинделях.

Распространенные причины выхода из строя радиальных шарикоподшипников

Понимание причин выхода из строя подшипников имеет важное значение для продления срока службы и повышения надежности оборудования. Исследования и практический опыт показывают, что большинство отказов подшипников вызвано не дефектами материала, а предотвратимыми факторами в условиях установки, смазки и эксплуатации.

• Загрязнение (около 14% отказов) — Попадание твердых частиц, влаги или агрессивных сред в подшипник приводит к абразивному износу дорожек качения и шариков, точечной коррозии и ускоренной усталости. Ключевыми профилактическими мерами являются правильная герметизация и чистая установка.
• Неправильная смазка (около 36% отказов) — Недостаточное количество смазки, неправильный тип смазки, избыточная смазка или ухудшение качества смазки из-за тепла или влаги в совокупности являются основными причинами выхода из строя подшипников. Правильный выбор смазочного материала и планирование повторного смазывания имеют решающее значение.
• Неправильный монтаж (около 16% отказов) — Приложение монтажного усилия через шарики, а не через посаженное кольцо, использование неправильной посадки или забивание подшипника на вал приводит к бринеллированию (ложному или истинному) и повреждению дорожки качения, что приводит к преждевременному выходу из строя. Необходимы правильные монтажные инструменты и процедуры.
• Перегрузка и несоосность — Эксплуатация подшипника за пределами его номинальной динамической или статической нагрузки или при перекосе вала/корпуса, превышающем допуск подшипника, концентрирует напряжение в небольшой зоне дорожки качения, ускоряя усталостное растрескивание.
• Прохождение электрического тока — В двигателях с частотно-регулируемым приводом (ЧРП) блуждающие электрические токи могут проходить через зоны контакта подшипников, вызывая характерные точечные (рифленые) повреждения дорожек качения и шариков. Для предотвращения этого используются изолированные подшипники или кольца заземления вала.
• Нормальная усталость в конце расчетного срока службы — Примерно 34% подшипников выходят из строя из-за обычной усталости контакта качения (расщепления) при расчетном сроке службы L10 или после него. Это ожидаемый режим отказа, когда все остальные факторы правильно контролируются.

Рекомендации по монтажу и установке

Правильная установка так же важна, как и правильный выбор подшипника. Повреждения, возникающие во время монтажа, являются основной причиной преждевременного выхода из строя даже высококачественных подшипников. При установке радиальных шарикоподшипников необходимо соблюдать следующие правила:

1. Перед установкой тщательно очистите вал и отверстие корпуса. Загрязнения, попавшие при монтаже, будут оставаться вблизи подшипника на протяжении всего срока его службы.
2. Проверьте соответствие размеров вала и корпуса требуемой посадке подшипника. Посадки вала для вращающихся внутренних колец обычно выполняются с натягом (k5, m5, n6). ; Посадка корпуса для неподвижных наружных колец обычно имеет переходный или небольшой зазор (H7, J7).
3. Прилагайте монтажное усилие только к прижимаемому кольцу, но не через шарики. Для посадки с натягом используйте монтажную втулку или гидравлический пресс, которые равномерно прилегают к поверхности кольца. Для небольших подшипников используйте инструмент для установки подшипников; Для подшипников среднего и большого размера используйте индукционный нагрев, чтобы расширить внутреннее кольцо перед установкой.
4. При использовании термомонтажа нагрейте подшипник максимум до 110°С–120°С . Никогда не используйте открытое пламя — это может привести к локальному перегреву стали и ухудшению закалки. Предпочтительными методами являются индукционные нагреватели или масляные ванны.
5. После монтажа вручную убедитесь, что подшипник работает плавно и нет никаких необычных шероховатостей или защемлений. Первоначально запускайте подшипник при небольшой нагрузке и контролируйте температуру в течение первых часов работы.

Материалы, используемые при производстве радиальных шарикоподшипников

Выбор материала колец, шариков, сепаратора и уплотнений напрямую определяет эксплуатационные характеристики подшипника, его коррозионную стойкость и пригодность для конкретных условий эксплуатации.

Ningbo Wanshun Bearing Co., Ltd. — Производитель радиальных шарикоподшипников

Ningbo Wanshun Bearing Co., Ltd. является профессиональным производителем, специализирующимся на производстве высокоточные, малошумные радиальные шарикоподшипники — с акцентом на подшипники малого и среднего размера — а также двухрядные радиально-упорные шарикоподшипники. Штаб-квартира компании находится в городе Хэнхэ, Цыси, Нинбо, провинция Чжэцзян — признанном родине подшипников в Китае, регионе с давней промышленной концентрацией производителей подшипников, поставщиков материалов и опыта точной обработки.

Опираясь на богатое производственное наследие и технические ресурсы кластера подшипниковой промышленности Нинбо, компания Wanshun Bearing специализируется на поставке подшипников, отвечающих строгим требованиям электродвигателей, бытовой техники, автомобильных вспомогательных систем и прецизионного оборудования, где низкий уровень шума, точность размеров и стабильная производительность для всех производственных партий имеют решающее значение для удовлетворенности клиентов. Требуются ли вам стандартные подшипники из каталога или индивидуальные спецификации для специализированных применений, компания Ningbo Wanshun Bearing обеспечит качество производства и техническую экспертизу для удовлетворения ваших требований.

Часто задаваемые вопросы о радиальных шарикоподшипниках

В чем разница между радиальным шарикоподшипником и стандартным шарикоподшипником?

«Шарикоподшипник» — общий термин, включающий в себя множество типов: глубокий канавочный, радиально-упорный, самовыравнивающийся, упорный и другие. Радиальный шарикоподшипник является наиболее распространенным подтипом. Его отличительной особенностью является глубокая, непрерывная канавка дорожки качения — более глубокая, чем в конструкциях с мелкими канавками, — которая позволяет ему выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки, что характерно не для всех типов шарикоподшипников.

Как долго прослужит радиальный шарикоподшипник?

Срок службы подшипников зависит от рабочей нагрузки, скорости, качества смазки и уровня загрязнения. Срок службы L10 — количество оборотов, при котором 10% партии подшипников с одинаковой нагрузкой выходят из строя — это стандартный срок службы. В типичных промышленных условиях правильно выбранные и обслуживаемые радиальные шарикоподшипники обычно достигают От 20 000 до 50 000 часов работы . В герметичных и предварительно смазанных конфигурациях бытовых приборов подшипник рассчитан на срок службы, превышающий предполагаемый срок службы изделия, составляющий 5–15 лет.

Может ли радиальный шарикоподшипник выдерживать осевые (осевые) нагрузки?

Да, это одно из ключевых преимуществ конструкции с глубокими канавками перед другими типами радиальных подшипников. Глубокие заплечики дорожек качения позволяют подшипнику воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях. Однако допустимая осевая нагрузка ограничена по сравнению с радиально-упорными или упорными подшипниками. В качестве общего руководства, осевые нагрузки не должны превышать 50 % номинальной статической радиальной нагрузки подшипника (C0). , а комбинированная радиально-осевая нагрузка требует тщательного расчета срока службы, чтобы обеспечить правильный выбор подшипника.

Что означает цифра «6» в обозначениях подшипников, например 6205 или 6305?

В системе обозначения подшипников ISO первая цифра «6» обозначает тип подшипника как однорядный радиальный шарикоподшипник . Следующие цифры обозначают размерную серию и размер отверстия. Например, 6205: тип 6 (DGBB), серия 2 (легкое сечение), внутренний диаметр 25 мм (05×5). 6305: тип 6 (DGBB), серия 3 (среднее сечение), внутренний диаметр 25 мм — физически больше по наружному диаметру и ширине, чем у 6205 при том же размере отверстия и, следовательно, с более высокой грузоподъемностью.

Подшипник 2RS лучше подшипника ZZ?

Это зависит от приложения. Подшипник 2RS (двойное резиновое уплотнение) обеспечивает превосходную защиту от пыли и влаги, что делает его более удобным для грязных или влажных сред, а также обеспечивает герметичное удержание смазки на весь срок службы. Однако резиновые контактные уплотнения создают немного большее трение (более высокий пусковой момент), чем металлические щитки. Подшипник ZZ (двойной металлический экран) имеет меньшее трение и лучше подходит для высокоскоростных применений или в тех случаях, когда подшипник находится в среде с масляной смазкой. Для большинства применений общего назначения, герметичных на весь срок службы, 2RS — предпочтительный выбор .