01 Введение: понимание основной разницы

В шарикоподшипниках используются сферические тела качения, которые точечно контактируют с дорожками качения, что приводит к снижению трения и увеличению скорости. В роликоподшипниках используются цилиндрические, конические или сферические элементы качения, которые контактируют с дорожками качения, обеспечивая более высокую радиальную грузоподъемность, но более низкие пределы скорости. Выбор между ними зависит от четырех факторов: величины нагрузки, требований к скорости, доступного пространства и рабочей среды.

В промышленном оборудовании, системах передачи энергии, автомобильной технике и погрузочно-разгрузочном оборудовании выбор правильного типа подшипника напрямую влияет на надежность оборудования, частоту технического обслуживания и общую стоимость владения. Подшипник, выбранный для неправильной комбинации нагрузки-скоростей, преждевременно выйдет из строя, приведет к незапланированному простою и увеличит затраты на замену.

В этом руководстве представлено подробное инженерное сравнение типов шариковых и роликовых подшипников, охватывающее принципы конструкции, эксплуатационные характеристики, методологию выбора и схему применения. Независимо от того, являетесь ли вы инженером-конструктором OEM, менеджером по техническому обслуживанию или специалистом по закупкам автомобильных запасных частей или промышленных компонентов, это руководство поможет вам сделать осознанный выбор подшипников.

02 Что такое шарикоподшипник?

Шарикоподшипник – это подшипник-с элементами качения, в котором между внутренним и наружным кольцом используются сферические шарики, позволяющие уменьшить трение и выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки. Точный контакт между шариками и дорожками качения минимизирует сопротивление качению, обеспечивая работу на высоких-скоростях с низким выделением тепла.

Конструкция и компоненты

Стандартный шарикоподшипник состоит из четырех основных компонентов:

Внутреннее кольцо - крепится на вращающийся вал, как правило, с натягом. Дорожка качения внутреннего кольца — это путь, по которому катятся шарики.

Наружное кольцо - устанавливается в корпус, обычно с зазором. Дорожка качения внешнего кольца дополняет внутреннее кольцо и направляет шарики.

Шарики (тела качения) - сферические элементы из высоко-углеродистой хромистой стали (GCr15), нержавеющей стали (440C) или керамики (нитрид кремния, Si3N4), которые передают нагрузку между кольцами.

Клетка (фиксатор) - разделяет шарики, предотвращая контакт между ними, сохраняя равномерное расстояние и направляя движение шариков. Сепараторы изготавливаются из прессованной стали, латуни или полиамида (нейлона).

Типы шарикоподшипников

Компания WXING Bearings производит несколько типов шарикоподшипников, каждый из которых рассчитан на определенные сочетания нагрузок-скорости-сред:

Радиальные шарикоподшипники являются наиболее широко используемым типом шарикоподшипников, способным выдерживать комбинированные радиальные и осевые нагрузки на высоких скоростях. Серии 6200 и 6300 — это отраслевые-стандартные размеры с диаметром отверстия от 10 до 100 мм и более. Доступны в открытой конфигурации, ZZ (экранированной) и 2RS (герметичной).

Основные характеристики продукта WXING

Каталог шарикоподшипников WXING включает радиальные шарикоподшипники серий 6200 (диаметр внутреннего диаметра 10 мм) и серии 6300 (диаметр внутреннего диаметра 17 мм+), радиально-упорные подшипники (серия 3305) и упорные шарикоподшипники. Стандартные модели доступны без минимального количества заказа (MOQ), а нестандартные спецификации поддерживаются со сроком выполнения 30–60 дней.

Варианты уплотнения шарикоподшипников

Конфигурация уплотнения шарикоподшипника определяет требования к его защите от загрязнений и техническому обслуживанию:

Открытый (без уплотнений) - минимальное трение, максимальная скорость, но требует внешней смазки и не обеспечивает защиты от загрязнения. Используется в чистых, смазанных средах, например, в герметичных коробках передач.

ZZ (металлические экраны, двусторонние-сторонние) - бесконтактные металлические экраны, которые уменьшают проникновение загрязнений при сохранении высокой скорости. Подходит для помещений с умеренной пылью.

2RS (резиновые уплотнения, двусторонние-сторонние) резиновые уплотнения - контактного-типа, обеспечивающие максимальную защиту от загрязнения. Предварительно-смазано консистентной смазкой для работы-без обслуживания. Номинальная скорость снижается примерно на 30-40% по сравнению с открытыми типами.

03 Что такое роликовый подшипник?

Роликоподшипник – это подшипник качения-, в котором вместо шариков используются цилиндрические, конические, сферические или игольчатые-ролики. Линейный контакт между роликами и дорожками качения распределяет нагрузку по большей площади поверхности, позволяя роликоподшипникам выдерживать значительно более высокие радиальные нагрузки, чем шарикоподшипники того же размера.

Конструкция и компоненты

Как и шариковые подшипники, роликовые подшипники состоят из внутреннего кольца, наружного кольца, тел качения (роликов) и сепаратора. Критическим отличием является геометрия тела качения: ролики имеют большую площадь контакта с дорожкой качения, что увеличивает грузоподъемность, но также увеличивает трение и выделение тепла.

Типы роликовых подшипников

WXING Bearings производит следующие типы роликовых подшипников:

Линейный контакт против точечного контакта

Фундаментальное инженерное различие между шарикоподшипниками и роликоподшипниками заключается в геометрии контакта:

Точечный контакт (шарикоподшипники): Шарик контактирует с дорожкой качения в одной точке. Площадь контакта мала, что обеспечивает низкое трение, низкое тепловыделение и высокую скорость. Однако небольшая площадь контакта ограничивает максимальную нагрузку, которую может выдержать подшипник.

Линейный контакт (роликоподшипники): Ролик контактирует с дорожкой качения по линии (узкая прямоугольная полоса при нагрузке). Большая площадь контакта распределяет нагрузку на большее количество материала, что значительно увеличивает грузоподъемность. Компромисс- – более высокое трение, больший нагрев и более низкие ограничения скорости.

Как правило, роликоподшипник может выдерживать радиальную нагрузку в 2–3 раза большую, чем шарикоподшипник того же диаметра отверстия. Однако шарикоподшипник обычно может работать со скоростью, в 2–3 раза превышающей скорость роликового подшипника того же размера.

Основные характеристики продукта WXING

Ассортимент роликовых подшипников WXING включает конические роликоподшипники (серии 30203, 32012), сферические роликоподшипники (23022MB, 22312CA-W33), цилиндрические роликоподшипники (серия NU, FC3246168) и варианты игольчатых подшипников (HJ364828). Четырехрядные-цилиндрические роликоподшипники (серия FC) разработаны для прокатных станов с чрезвычайно высокими радиальными нагрузками.

04 Шариковый подшипник и роликовый подшипник: подробное сравнение

Ключевыми различиями между шарикоподшипниками и роликоподшипниками являются грузоподъемность, номинальная скорость, коэффициент трения, жесткость и размерный диапазон. Шарикоподшипники отличаются скоростью и универсальностью; Роликоподшипники превосходны по грузоподъемности и жесткости.

05 Когда выбирать шарикоподшипники

Выбирайте шарикоподшипники, если для вашего применения требуется высокая скорость вращения, низкий уровень шума, низкое трение или комбинированная радиальная-осевая нагрузка с умеренными нагрузками. Шариковые подшипники являются стандартным выбором для электродвигателей, вентиляторов, насосов, бытовой техники, прецизионных инструментов и автомобильных вспомогательных систем.

Конкретные сценарии применения, в которых шарикоподшипники являются правильным выбором:

Электродвигатели (от 1/4 л.с. до 500 л.с.). Радиальные шарикоподшипники являются отраслевым стандартом для валов электродвигателей. Они воспринимают комбинированную радиальную нагрузку от натяжения ремня или зубчатой ​​передачи, а также осевую нагрузку от веса ротора двигателя. Типовые модели: 6203 для двигателей малой мощности, 6304-6308 для двигателей большей мощности. Скорость до 15,000+ об/мин со смазкой консистентной смазкой.

Бытовая техника. В стиральных машинах, пылесосах, блендерах и кондиционерах используются радиальные шарикоподшипники (серии 6200-6204), обеспечивающие бесшумную работу, низкую стоимость и герметичную-конструкцию, рассчитанную на весь срок службы.

Высокоскоростные-вентиляторы и нагнетатели. Для центробежных вентиляторов, нагнетателей HVAC и турбонагнетателей требуются подшипники, способные непрерывно работать со скоростью 3000–10 000 об/мин. Шарикоподшипники обеспечивают запас скорости и низкое тепловыделение, необходимые для этих применений.

Насосы и компрессоры. В центробежных насосах, воздушных компрессорах и холодильных компрессорах используются радиально-упорные шарикоподшипники (серия 3305), когда осевые нагрузки значительны, или радиальные шарикоподшипники, когда нагрузки умеренные.

Вспомогательные автомобильные системы. В автомобильных запасных частях, таких как генераторы переменного тока, водяные насосы, компрессоры кондиционера и натяжители ремней, используются шарикоподшипники миниатюрного и среднего размера (608, 6203-6205) из-за их компактных размеров и герметичной конструкции, не требующей обслуживания.

Прецизионные инструменты. Медицинским приборам, лабораторному оборудованию и измерительным приборам требуются прецизионные шарикоподшипники от ABEC-5 до ABEC-9 из-за их плавного вращения, низкого биения и низкого крутящего момента.

06 Когда выбирать роликовые подшипники

Выбирайте роликоподшипники, если ваша область применения связана с тяжелыми радиальными нагрузками, ударными нагрузками или комбинированными радиальными-осевыми нагрузками на умеренных скоростях. Роликоподшипники являются стандартным выбором для прокатных станов, конвейерных систем, тяжелой техники, горнодобывающего оборудования, сельскохозяйственной техники и строительной техники.

Конкретные сценарии применения, в которых роликовые подшипники являются правильным выбором:

Клети прокатного стана: Четырехрядные-цилиндрические роликоподшипники (FC3246168 и аналогичные) специально-сконструированы для шеек валков прокатных станов, выдерживающих чрезвычайно высокие радиальные нагрузки (50-500+ тонн) на умеренных скоростях. Разборная конструкция позволяет монтировать валок на шейку без снятия подкладки.

Конвейерные системы и погрузочно-разгрузочные работы: в подшипниках вилочных погрузчиков и роликоподшипниках конвейеров используются цилиндрические или конические роликоподшипники для работы с тяжелыми грузами на поддонах, ударными нагрузками при погрузке/разгрузке и непрерывной работе в пыльных условиях.

Тяжелое машиностроение и горнодобывающая промышленность: для подшипников экскаваторов требуются конические и сферические роликоподшипники для поворотных кругов, ходовых двигателей и опорных катков, где ударные нагрузки и загрязнение являются серьезными.

Сельскохозяйственное оборудование: В сельскохозяйственных подшипниках тракторов, комбайнов и орудий используются сферические роликоподшипники (23022MB) и конические роликоподшипники (30203, 32012) для выдерживания тяжелых нагрузок, ударов в полевых условиях и смещения валов из-за изгиба рамы.

Ветровые турбины и краны. В поворотных подшипниках используются сферические или поперечные-роликоподшипники большого диаметра, которые выдерживают комбинированные осевые, радиальные и моментные нагрузки на вращающиеся конструкции.

Редукторы и трансмиссии: конические роликоподшипники (серии 30203, 32208) используются парами для восприятия комбинированных радиальных и осевых нагрузок от косозубых или конических шестерен, с регулируемым преднатягом для оптимального зацепления шестерен.

А как насчет опорных подшипников?

Подшипниковые блоки представляют собой смонтированный подшипниковый узел, который может включать в себя шариковые или роликовые подшипники. Корпус упрощает установку и представляет собой готовое-к-решение для конвейерных систем, сельскохозяйственной техники и погрузочно-разгрузочного оборудования. WXING предлагает опорные подшипники в конфигурациях UCP (подушка), UCF (фланцевая) и UCT (натяжное устройство) с размерами отверстий от 12 мм до 60 мм+.

07 Как рассчитать срок службы подшипника: формула L10

Формула срока службы подшипника L10 рассчитывает количество часов, в течение которых 90% подшипников проживут при заданной нагрузке и скорости. Формула: L10=(C/P)^px (1 000 000 / 60n) часов, где C — базовая номинальная динамическая нагрузка, P — эквивалентная динамическая нагрузка, p — показатель срока службы при нагрузке- (3 для шариковых подшипников, 10/3 для роликовых подшипников), а n — скорость вращения в об/мин.

Формула срока службы подшипника L10:

L10 = (C / P)^p x (1,000,000 / 60n)

Где:

Номинальный срок службы подшипников L10=в часах (надежность 90 %)

C=базовая динамическая нагрузка (Н или кгс)

P=эквивалентная динамическая нагрузка (Н или кгс)

p=показатель нагрузки-срока службы: 3 для шариковых подшипников, 10/3 для роликовых подшипников.

n=скорость вращения (об/мин)

Пример расчета

Рассмотрим радиальный шарикоподшипник 6203 со следующими параметрами:

Базовая динамическая нагрузка (C): 13 500 Н

Эквивалентная динамическая нагрузка (P): 2500 Н

Скорость вращения (n): 3000 об/мин.

Показатель срока службы-(p): 3 (шарикоподшипник)

Пошаговый--пошаговый расчет:

L10 = (13,500 / 2,500)^3 x (1,000,000 / (60 x 3,000))

L10 = (5.4)^3 x (1,000,000 / 180,000)

L10 = 157.46 x 5.556

L10=874.8 часов

Ожидается, что подшипник прослужит около 875 часов при надежности 90% при заданных условиях нагрузки и скорости.

При той же нагрузке и скорости цилиндрический роликоподшипник с p=10/3 будет иметь более длительный расчетный срок службы, поскольку показатель срока службы под нагрузкой- выше, а это означает, что снижение нагрузки оказывает более существенное влияние на срок службы. Это одна из причин, по которой роликовые подшипники предпочитаются при работе с большими-нагрузками.

Важное примечание о сроке службы подшипников

Срок службы L10 представляет собой время, в течение которого 90% группы идентичных подшипников проработают без усталостного разрушения. Это означает, что 10% могут выйти из строя раньше. Для критических применений инженеры используют скорректированные расчеты срока службы, включающие коэффициенты надежности (a1), материальные факторы (a2) и факторы рабочих условий (a3), чтобы определить модифицированный срок службы L10a.

08 Классы и стандарты качества подшипников

Качество подшипников определяется классом точности (P0/P6/P5/P4/P2), уровнем вибрации (от Z1V1 до Z4V4) и стандартами материалов. Подшипники WXING производятся в соответствии с прецизионными допусками ISO 492 и GB/T 307 (китайский национальный стандарт, эквивалентный ISO 492). Более высокие классы точности уменьшают биение, шум и выделение тепла, но увеличивают стоимость.

Прецизионные классы (ISO 492/ABEC)

Уровни вибрации

Стандарты уровня вибрации (обозначения Z/V) указывают на уровень шума и вибрации подшипника:

Z1V1: Стандартный уровень вибрации, подходящий для приложений общего-назначения.

Z2V2: Низкая вибрация, подходит для двигателей и приборов, где уровень шума имеет большое значение.

Z3V3: Очень низкий уровень вибрации, подходит для прецизионных двигателей и бесшумных приборов.

Z4V4: Сверх-низкая вибрация, подходит для прецизионных инструментов и высокоскоростных-шпинделей.

WXING Bearings проводит испытания на вибрацию всех производственных партий, а Z2V2 является уровнем качества по умолчанию для стандартной продукции по каталогу. Марки Z3V3 и Z4V4 доступны для клиентов, которым требуется пониженный уровень шума, например, производители электродвигателей и производители бытовой техники.

Стандарты материалов

GCr15 (SAE 52100 / 100Cr6): подшипниковая сталь с высоким-углеродом хрома, стандартный материал для колец и шариков подшипников. Твердость: HRC 58-62 после термообработки. Рабочая температура: до 120С непрерывно.

Нержавеющая сталь (440C/9Cr18Mo): для агрессивных сред, пищевой промышленности и медицины. Немного меньшая грузоподъемность, чем у GCr15.

Керамика (Si3N4): керамические шарики в гибридных подшипниках для электродвигателей (предотвращает электрическую эрозию), высокоскоростных-шпинделей и агрессивных сред.

09 Часто задаваемые вопросы

Вопрос: В чем основная разница между шарикоподшипником и роликоподшипником?

О: В шарикоподшипниках используются сферические тела качения, которые точечно контактируют с дорожками качения, что приводит к снижению трения и повышению скорости вращения. В роликоподшипниках используются цилиндрические, конические или сферические элементы качения, которые обеспечивают контакт с линией, обеспечивая более высокую грузоподъемность, но более низкие пределы скорости. Выбор зависит от того, является ли основным требованием скорость или грузоподъемность.

Вопрос: Какой тип подшипника лучше подходит для высокоскоростных-приложений?

О: Шариковые подшипники лучше подходят для высокоскоростных-приложений. Радиальные шарикоподшипники могут работать на скоростях до 4 миллионов DN (диаметр отверстия в мм, умноженный на число оборотов в минуту), тогда как роликовые подшипники обычно достигают максимума при 1–2 миллионах DN из-за более высокого трения при контакте с линией. Для электродвигателей, вентиляторов и турбин стандартным выбором являются шарикоподшипники.

Вопрос: Какой тип подшипника выдерживает более тяжелые нагрузки?

Ответ: Роликоподшипники выдерживают более тяжелые нагрузки, чем шарикоподшипники. Линейный контакт между роликами и дорожками качения распределяет нагрузку по большей площади поверхности, позволяя роликоподшипникам выдерживать в 2-3 раза большую радиальную нагрузку, чем шарикоподшипники того же размера отверстия. Для прокатных станов, тяжелого машиностроения и горнодобывающего оборудования роликовые подшипники являются обязательными.

Вопрос: Могут ли шарикоподшипники выдерживать как радиальные, так и осевые нагрузки?

О: Да, шарикоподшипники выдерживают как радиальные, так и осевые нагрузки. Радиальные шарикоподшипники выдерживают осевые нагрузки до 70 % от их номинальной радиальной нагрузки. Радиально-упорные шарикоподшипники специально разработаны для комбинированных нагрузок с более высокой осевой нагрузкой. Напротив, цилиндрические роликоподшипники выдерживают только радиальные нагрузки, а конические роликоподшипники — обе.

Вопрос: Как рассчитать срок службы подшипника по формуле L10?

A: Формула срока службы подшипника L10 равна L10=(C/P)^px (1 000 000 / 60n) часов, где C — базовая номинальная динамическая нагрузка, P — эквивалентная динамическая нагрузка, p — 3 для шариковых подшипников и 10/3 для роликовых подшипников, а n — скорость вращения в об/мин. Эта формула дает время, в течение которого проживут 90% подшипников.

Вопрос: В чем разница между закрытыми и открытыми подшипниками?

О: Открытые подшипники не имеют уплотнений и защитных экранов, требуют внешней смазки и не обеспечивают защиты от загрязнения. В экранированных подшипниках (ZZ) используются металлические экраны для умеренной защиты от загрязнений при сохранении высокой скорости. В подшипниках с уплотнениями (2RS) используются резиновые уплотнения для полной защиты от загрязнения и предварительно -смазываются, что позволяет-работать без обслуживания, но скорость снижается на 30–40 %.

Нужна помощь в выборе правильного подшипника?

WXING Bearings производит полный ассортимент шарикоподшипников, роликовых подшипников и навесных подшипниковых узлов. Наша команда инженеров может помочь вам выбрать оптимальный тип, размер и конфигурацию подшипника для вашего применения.

Свяжитесь с нашими специалистами по подшипникам: cindy@wxingbearing.com

О подшипниках WXING

WXING Bearings (Zhejiang Waxing Electromechanical Co., Ltd.) занимается производством прецизионных подшипников с 1995 года. Имея 52+ производственные машины, 8,000+ квадратных метров производственных площадей и экспортируя в 90+ страны, WXING производит шарикоподшипники, роликовые подшипники, опорные подшипники, игольчатые подшипники, линейные подшипники и специальные подшипники для автомобильного, сельскохозяйственного, строительного и промышленного применения. Стандартные товары из каталога поставляются без минимального заказа; Изготовленные на заказ спецификации поддерживаются со сроком выполнения 30-60 дней.