Радиальные и осевые силы в подшипниках

Jul 15, 2023

Там, где требуется точность, инженерам важно учитывать силы, действующие на подшипник. Поскольку подшипник обычно поддерживает свободное движение вала вокруг оси вращения, на подшипник обычно действуют две силы: радиальная нагрузка и осевая нагрузка. Но каково влияние этих сил? Здесь Крис Джонсон, управляющий директорПодшипники СМБ, поясняет.

Радиальная нагрузка действует перпендикулярно под углом 90 градусов к оси вращения, а осевая нагрузка, также известная как осевая нагрузка, действует параллельно оси вращения. Любое несоосность вала может также привести к моментной нагрузке, опрокидывающей силе, которая может увеличить износ. Приложение осевой нагрузки к подшипнику может оказаться полезным. Например, приложение постоянной осевой нагрузки (преднатяга) к внутреннему или наружному кольцу с помощью шайб или пружин может устранить люфт в подшипнике и обеспечить более точное вращение. И наоборот, применение чрезмерной нагрузки может иметь катастрофические последствия. Если инженерам не удастся адекватно подобрать подшипник к радиальным и осевым нагрузкам в конкретном применении, это может резко сократить срок службы подшипника. При расчете срока службы подшипника важно учитывать номинальную нагрузку: они являются мерой того, насколько быстро вращающиеся элементы подшипника устанут, и общего количества оборотов, которые подшипник может выдержать, прежде чем он выйдет из строя. Эти рейтинги можно разделить на статические и динамические. Типичный радиальный шарикоподшипник, рассчитанный в первую очередь на радиальные нагрузки, имеет максимальную статическую и динамическую грузоподъемность. Статическая грузоподъемность — это максимальная радиальная нагрузка, которую может выдержать подшипник до того, как эта нагрузка вызовет полную, необратимую деформацию шариков подшипника или дорожки качения, равную одной десятитысячной диаметра шарика. Хотя подшипник может выдерживать высокую статическую нагрузку, он будет делать это с потерей точности и плавности хода, что делает его непрактичным для использования в средах с высокой точностью, таких как производство электроники и в роботах, используемых в производстве продуктов питания и напитков. Типичная статическая нагрузка подшипника из нержавеющей стали составляет примерно 75–80 % от номинальной нагрузки подшипников из хромированной стали из-за твердости материала. Номинальная динамическая нагрузка, с другой стороны, представляет собой способность 90% группы идентичных подшипников из хромированной стали с вращающимся только внутренним кольцом выдерживать радиальную нагрузку постоянной величины и размера в течение одного миллиона оборотов перед появляются первые признаки усталости. Чем больше нагрузка, тем выше уровень напряжений, которым будут подвергаться шарики и дорожки качения. Это приведет к более быстрому износу и сокращению срока службы подшипников. Усталостное разрушение приводит к эрозии траектории шарика, что приводит к растрескиванию, когда трещина на поверхности дорожки качения приводит к удалению материала, что в конечном итоге приводит к отказу. Чрезмерная нагрузка также может привести к другим признакам усталости, таким как перегрев, ухудшение качества смазки и истирание, вызванное хлопьями твердых частиц. Выбор подходящего подшипника

Производители могут принять различные меры для обеспечения длительного срока службы подшипников. Первый шаг — ограничить радиальную нагрузку до уровня 6–12 % от номинальной динамической нагрузки подшипника. Хотя подшипник способен выдерживать гораздо более высокие нагрузки, его срок службы при этом сокращается. Следующий шаг – выбор подходящего материала. По опыту компании SMB Bearings, которая является специалистом в области тонкопрофильных, устойчивых к коррозии и миниатюрных подшипников, выбор правильного типа подшипника также может иметь решающее значение. Хотя все радиальные шарикоподшипники обладают некоторой способностью выдерживать осевую нагрузку, часто лучше использовать подшипники для тяжелых условий эксплуатации с глубокими дорожками качения, если присутствуют большие осевые нагрузки, поскольку они могут выдерживать осевые нагрузки до 50% номинальной статической радиальной нагрузки. Хотя подшипники тонкого сечения, в которых разница между внутренним и внешним диаметром подшипника невелика, отлично подходят для компактности и снижения веса, они могут выдерживать осевые нагрузки только в пределах от 10 до 30 % номинальной статической радиальной нагрузки подшипника из-за более мелкие дорожки качения. Дополнительные радиальные нагрузки или моментные нагрузки еще больше снизят допустимую осевую нагрузку. Чрезмерные осевые нагрузки на подшипник с тонким сечением могут привести к тому, что шарики пройдут в опасной близости от верхней части дорожки качения. Выбирая правильный тип подшипника и учитывая ключевые факторы в борьбе за контроль радиальных и осевых нагрузок, инженеры могут быть уверены в том, что они продолжают внедрять инновации, обеспечивая при этом высочайший уровень точности, плавности хода и срока службы подшипников.