Конические роликоподшипники
однорядные, метрической размерности
- Восприятие высоких осевых и радиальных усилий
- Попарная установка
- При предварительном натяге отличаются высокой жесткостью
Однорядные конические роликоподшипники имеют наклонные дорожки качения внутреннего и наружного кольца и соответствующий угол контакта, передающий усилия. В результате этого под действием осевой нагрузки постоянно возникает радиальная нагрузка и наоборот, в связи с чем конические роликоподшипники всегда комбинируются попарно. При попарной установке они способны воспринимать не только радиальные усилия, но также осевые и комбинированные усилия и подходят для средней и высокой частоты вращения. Однорядные конические роликоподшипники являются разборными, что позволяет монтировать внутреннее и наружное кольца независимо друг от друга.
Габаритные размеры и допуски
Однорядные конические роликоподшипники стандартно поставляются компанией KRW в соответствии с DIN 620-2 (допуски для подшипников качения) и ISO 492 (радиальные подшипники: размеры и допуски) с нормальным классом допуска (PN). Все другие — отклоняющиеся от этого или специальные — классы допуска следует указывать при заказе.
Стандарты
Основные габаритные размеры однорядных конических роликоподшипников определены в соответствии с ISO 355 (конические роликоподшипники метрической размерности: размеры и обозначения серий) и DIN 720 (подшипники качения: конические роликоподшипники). Дюймовые подшипники регламентируются стандартом ANSI/ABMA 19.2 (конические роликоподшипники — радиальные подшипники — дюймовая конструкция).
Базовая конструкция конического роликоподшипника, R = вершина роликового конуса
Конструктивное исполнение подшипников
Однорядные конические роликоподшипники представляют собой разборные и разъемные подшипники. Помимо высоких радиальных усилий, они способны воспринимать как односторонние осевые усилия, так и двусторонние осевые усилия (в сочетании со вторым зеркальным коническим роликоподшипником).
В зависимости от геометрии линий контакта в комбинированных комплектах подшипников различают схему установки «O», «X» или параллельно. Комплекты подшипников со схемой установки «O» отличаются высокой жесткостью и благодаря широкой опорной базе прекрасно подходят для восприятия моментов. Зеркальная схема установки «X», как правило, используется с дополнительным радиальным подшипником, выполняющим плавающую функцию и установленным на противоположном конце вала. Подшипники с параллельной схемой установки предполагают распределение нагрузки, что ведет к повышению несущей способности. На практике этот вариант используется крайне редко.
Конические роликоподшипники: схемы установки «X», «O» и параллельно
Профилирование роликов и распределение напряжений в конических подшипниках — сравнительный анализ: без профилирования (слева), с профилированием (справа)
Конические роликоподшипники KRW стандартно рассчитываются с оптимизированными контактными поверхностями между телами и дорожками качения. Логарифмическое профилирование цилиндрических роликов позволяет избежать разрушающих напряжений на кромках даже в условиях очень высоких нагрузок. Предельная допускаемая осевая нагрузка конического роликоподшипника возрастает по мере увеличения угла контакта.
Зазор в подшипнике
Рабочий зазор или предварительный натяг конического роликоподшипника регулируется путем настройки относительно зеркально установленного второго конического роликоподшипника после монтажа.
Сепаратор
В зависимости от типа подшипника однорядные конические роликоподшипники KRW стандартно оснащаются массивным латунным сепаратором оконного типа, центрируемым по борту (дополнительная маркировка: MP) или штампованным стальным сепаратором, центрируемым по телам качения. Другие варианты конструктивного исполнения сепаратора доступны по запросу или выбираются в зависимости от области применения и снабжаются соответствующей маркировкой на подшипнике.
Специальная дополнительная маркировка
| A | Модифицированная внутренняя конструкция |
| B | Модифицированная внутренняя конструкция, угол контакта 20° |
| X | Подшипники, подогнанные по основным габаритным размерам к требованиям стандартов ISO |
Компенсация угловой погрешности
Однорядные конические роликоподшипники лишь в ограниченной степени подходят для компенсации смещений. Допустимое смещение внутреннего кольца и наружного кольца относительно друг друга зависит от размера подшипника, внутренней конструкции подшипника, рабочего зазора, а также действующих сил и моментов.
Смещения ведут к ненадлежащему движению роликов, вызывая дополнительные напряжения в подшипнике, сокращающие срок его службы.
Частота вращения
Компания KRW различает предельную кинематическую частоту вращения nG и термическую контрольную частоту вращения nth. Предельная кинематическая частота вращения — это практическое механическое предельное значение, которое основывается на механической эксплуатационной прочности подшипника качения в зависимости от монтажных условий и смазки. Запрещается превышать предельную частоту вращения даже в оптимальных эксплуатационных условиях без предварительного согласия компании KRW.
Термическая контрольная частота вращения представляет собой параметр равновесия между теплотой, выделяемой в подшипнике вследствие трения, и отводимым тепловым потоком. Это значение указано в стандарте DIN ISO 15312 (подшипники качения: термическая контрольная частота вращения).
Допустимые значения рабочей температуры
Допустимая рабочая температура подшипника определяется в зависимости от материала сепаратора, размерной устойчивости деталей подшипника (колец и тел качения), а также смазочного материала. Подшипники KRW стандартно стабилизированы с расчетом на температуру до 200 °C (S1). По запросу компания KRW поставляет подшипники качения, рассчитанные на более высокие рабочие температуры.
Расчет размеров
Для подшипников, испытывающих динамические нагрузки
Формула расчета срока службы по ISO 281 L10 = (C/P)p для подшипников, испытывающих динамические нагрузки, исходит из эквивалентной нагрузки (P), воздействующей с постоянной направленностью и постоянной силой. Для расчета P необходимы расчетные коэффициенты и отношение осевой и радиальной нагрузки.
Динамическая эквивалентная нагрузка на подшипник P
а) Одинарный подшипник и параллельная схема установки
| P | динамическая эквивалентная нагрузка | [кН] |
| Fr | динамическая радиальная сила | [кН] |
| Fa | динамическая осевая сила | [кН] |
| e | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
| Y | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
б) Схема установки «O» и «X»
Эквивалентный срок службы конических роликоподшипников зависит от отношения Fa/Fr. Динамическая эквивалентная нагрузка на подшипник определяется по следующей формуле:
| P | динамическая эквивалентная нагрузка | [кН] |
| Fr | динамическая радиальная сила | [кН] |
| Fa | динамическая осевая сила | [кН] |
| e | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
| Y | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
Результирующая осевая сила в подшипниках качения со схемой установки «O» и «X»
Из-за наклонных дорожек качения при возникновении радиальной силы конические роликоподшипники генерируют противодействующую осевую силу, которая определяет расчет размеров опоры. Если вал опирается на два однорядных конических роликоподшипника одного или разного размера, радиальная нагрузка одного подшипника инициирует осевую нагрузку в противопоставленном подшипнике. Эта внутренняя результирующая сила учитывается при определении общей осевой нагрузки. Размер общей осевой нагрузки, действующей на отдельный подшипник, рассчитывается по следующим формулам:
| Вариант | Коэффициент нагрузки | Наружная сила | Результирующая осевая сила Fa | |
| Подшипник A | Подшипник B | |||
| 1 | FrA / YA ≤ FrB / YB | Ka ≥ 0 | Fa = Ka + 0,47 ∙ FrB / YB | Fa в расчетах не учитывается |
| 2 | FrA / YA > FrB / YB | Ka > 0,47 · ( FrA / Ya - FrB / YB ) | Fa = Ka + 0,47 ∙ FrB / YB | Fa в расчетах не учитывается |
| 3 | FrA / YA > FrB / YB | Ka ≤ 0,47 ∙ ( FrA /YA - FrB /YB ) | Fa в расчетах не учитывается | Fa = 0,47 ∙ FrA / YA - Ka |
Пояснение к формулам: подшипники, на которые действует внешняя осевая сила Ka, обозначаются буквой A, а противопоставленные подшипники — буквой B. Расчеты исходят из того, что все подшипники не имеют зазора и предварительного натяга.
| FrA | Радиальная сила в подшипнике A | [кН] |
| FrB | Радиальная сила в подшипнике B | [кН] |
| YA | Расчетный коэффициент для подшипника A (см. таблицу со схемой установки «X» и «O») | [-] |
| YB | Расчетный коэффициент для подшипника B (см. таблицу со схемой установки «X» и «O») | [-] |
| Ka | Внешняя осевая сила | [кН] |
| Fa | Результирующая осевая сила | [кН] |
в) Уменьшение динамической допускаемой нагрузки в комплекте подшипников
В случае монтажа одинаковых конических роликоподшипников непосредственно рядом друг с другом по схеме «X», «O» или параллельной схеме необходимо выполнить расчетное уменьшение допускаемой нагрузки для пакета подшипников. Для динамической допускаемой нагрузки справедлива следующая закономерность:
| Cr | динамическая допускаемая нагрузка комплекта подшипников | [кН] |
| Cr, single bearing | динамическая допускаемая нагрузка отдельного подшипников | [кН] |
| i | Количество одинаковых подшипников в комплекте подшипников | [-] |
Для подшипников, испытывающих статические нагрузки
В случае с подшипниками с очень низкой частотой вращения (n x dm ≤ 4.000 мм/мин) расчет динамической нагрузки не применим. Статический коэффициент запаса S0 рассчитывается по:
| S0 | статический коэффициент запаса (из таблицы подшипников) | [-] |
| C0 | статическая допускаемая нагрузка | [кН] |
| P0 | статическая эквивалентная нагрузка на подшипник | [кН] |
| n | частота вращения подшипника | [об/мин] |
| dm | средний диаметр подшипника [dm = (D+d)/2] | [мм] |
Статическая несущая способность
а) Одинарный подшипник и параллельная схема установки
Для однорядных или параллельно расположенных конических роликоподшипников, испытывающих статическую нагрузку, справедливы следующие закономерности:
| F0r | максимальная радиальная статическая сила | [кН] |
| F0a | максимальная осевая статическая сила | [кН] |
| Y0 | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
б) Схема установки «O» и «X»
Для конических роликоподшипников со схемой установки «O» и «X», испытывающих статическую нагрузку, справедливы следующие закономерности:
| F0r | максимальная радиальная статическая сила | [кН] |
| F0a | максимальная осевая статическая сила | [кН] |
| Y0 | Расчетный коэффициент, см. таблицу подшипников | [-] |
в) Уменьшение статической допускаемой нагрузки в комплекте подшипников
В случае монтажа одинаковых конических роликоподшипников непосредственно рядом друг с другом по схеме «X», «O» или параллельной схеме необходимо расчетное уменьшение допускаемой нагрузки для пакета подшипников. Для статической допускаемой нагрузки справедлива следующая закономерность:
| C0 | статическая допускаемая нагрузка комплекта подшипников | [кН] |
| C0 single bearing | статическая допускаемая нагрузка отдельного подшипника | [кН] |
| i | Количество одинаковых подшипников в комплекте подшипников | [-] |
Минимальная радиальная нагрузка
Для надежной эксплуатации подшипника качения требуется параметр минимальной нагрузки. При падении нагрузки ниже минимального значения возможно проскальзывание. Минимальная радиальная нагрузка для конических роликоподшипников ориентировочно составляет 2 % от статической допускаемой нагрузки C0 подшипника. При падении параметра ниже этого значения следует обращаться в инженерно-технологическую службу компании KRW.
