Как определить нагрузку на подшипник?

Часто клиенты хотят знать: «Как посчитать нагрузку на подшипник?». Обычно клиенты думают только о том, какой вес компонента приходится на подшипник (вес вала, например), и игнорируют множество других нагрузок, влияющих на подшипник. Поэтому, когда мы говорим о нагрузках на подшипник, мы говорим ещё и о реактивной нагрузке в данном положении.

Вот у нас есть вал и шариковый подшипник, и радиальная нагрузка, то есть, нагрузка, которая перпендикулярна смещению. Неважно, работает ли вал вертикально или наклонно, радиальная нагрузка всегда будет перпендикулярна вращению вала. Осевая нагрузка будет параллельна оси. А если смотреть в реальной ситуации, то мы будем иметь и радиальную, и осевую нагрузку.

Как пример можно привести промышленный вентилятор — это очень большой вентилятор для перемещения воздуха. В отелях, больницах, школах, в любом большом здании, где нужно перемещать воздух для отопления, охлаждения или вентиляции, вы найдете промышленные вентиляторы. В большой полой части – улитке – находятся лопасти вентилятора, а в верхней части — проем, в который вставляется буфер для выхода нагнетаемого через вентилятор воздуха. Лопасти работают от электродвигателя. Электродвигатель приводит вал вентилятора в движение через ремённую передачу, поэтому шкив и ремень укрыты защитным буфером. Этого не видно снаружи, но, привод - это целая система из шкивов, ремня и 2 подшипников, поддерживающих вал вентилятора.

Ниже представлена схема вентилятора: вентилятор находится с левой стороны, дальше — вал с двумя поддерживающими подшипниками, справа — приводной шкив. Итак, на схеме синие стрелки — это направления приложения нагрузок.

Внешние нагрузки и реактивные нагрузки на подшипники

Розовые стрелки — это реактивные нагрузки, действующие на подшипники от опор и от работы вентилятора. Таким образом, мы должны учитывать три различных компонента нагрузки для данного приложения. Центральные стрелки — вес вала в сборе. Вал, уплотнительный буртик и система шкивов весят определенное количество килограммов. Для примера, допустим, вес составляет 68 кг. Итак, этот вал весит 68 кг и опирается на два подшипника. Когда вы приводите в движение ремень, ремень, натянутый на шкив, создает нагрузку на вал в сторону, куда он натянут. Обычно есть какое-то отверстие для контроля натяжения, которое создает эту радиальную нагрузку на шкив.

Последняя нагрузка исходит от работы лопастей. Вентилятор пропускает через воздуховоды большое количество воздуха с огромной силой, чтобы заставить его циркулировать по всему зданию. Воздух, ещё не вышедший из улитки, давит на лопасти и, очевидно, что такая же сила противодействия действует на подшипники внутри этой системы.
Это три основных вида нагрузки на подшипник. Мы должны учитывать вес конструкции, усилие и приводные силы. В данном примере это был ремень, но передача может быть цепной или зубчатой. А ещё есть расчёт потока воздуха. Если мы знаем размеры, мы можем использовать статистику для определения нагрузки на подшипник. Мы можем оценить, являются ли они существенными.

Также существуют необязательные для учета нагрузки. В примере с вентилятором — это дисбаланс нагрузок. Если вентилятор не сбалансирован при первоначальной установке, или ожидается, что со временем его балансировка начнет ухудшаться, и дисбалансы увеличивают нагрузку на подшипник, а затем и на любую несоосную часть системы. Если шкив был неправильно отрегулирован или ремень был неправильно натянут во время первоначальной настройки, это вызывает несоосность и увеличивает нагрузку на подшипник.

Об этих нагрузках мы и говорим. Именно на это мы обращаем внимание при выборе размера подшипника. Важно думать не только о весе, потому что многие клиенты думают только в категориях «Какой вес?». Есть и другие моменты, которые должны быть учтены.