Как подобрать подшипниковый узел под нагрузку и скорость: формулы и примеры

Ключевые параметры для подбора

Перед расчетами определите:

1. Тип нагрузки:

• Радиальная — действует перпендикулярно оси вращения (например, вес вала).
• Осевая — направлена вдоль оси (упорные усилия в насосах, редукторах).
• Комбинированная — сочетание радиальной и осевой.

2. Скорость вращения (n):

• максимальные обороты вала (об/мин).

3. Условия эксплуатации:

• температура,
• уровень вибраций,
• наличие пыли или влаги.

Формулы для расчета

Номинальный срок службы (L₁₀)

Определяет ресурс узла при переменных нагрузках. Формула срока службы:

L₁₀ = (C / P)^p

Где:

• L₁₀ — ресурс (млн. оборотов),
• С — динамическая грузоподъемность, выражается в Ньютонах,
• P — эквивалентная динамическая нагрузка,
• p — коэффициент (3 для шариковых, 10/3 для роликовых подшипников).

Расчет эквивалентной нагрузки (P):

P = X * F_r + Y * F_a

Где:

• F_r — радиальная нагрузка,
• F_a — осевая нагрузка,
• X – коэффициент радиальной нагрузки,
• Y — коэффициент осевой нагрузки, коэффициенты - из таблиц производителя.

Статическая грузоподъемность (C₀)

Важна для узлов с медленным вращением или ударными нагрузками:

C₀ ≥ S₀ * P₀

Где:

• S₀ — коэффициент безопасности (1,5–2,5 для стандартных условий),
• P₀ — эквивалентная статическая нагрузка.

Учет скорости вращения

Высокие скорости требуют:

• Подшипников с низким моментом трения (шариковые, гибридные).
• Термостойкой смазки (синтетические масла, материалы с добавлением PTFE).
• Прецизионной балансировки для снижения вибраций.

Предельная скорость вращения:

n_max = f * n_кат

Где:

• n_кат — скорость вращения из каталога,
• f — поправочный коэффициент (зависит от типа смазки и охлаждения).

Практические примеры

Насос с осевой нагрузкой

Условия:

• Осевая нагрузка F_a = 8 кН,
• Скорость вращения n = 3000 об/мин.

Решение:

1. Используем упорный шарикоподшипник.
2. Проверяем предельную скорость: для смазки синтетическим маслом n_max = 0,8 * 4500 = 3600 об/мин (подходит).
3. Выбираем узел 51208 (C₀ = 48 кН, C = 32 кН).

Типичные ошибки

• Пренебрежение температурным режимом: перегрев снижает вязкость смазки.
• Неправильный монтаж: перекосы увеличивают локальные нагрузки.
• Использование несовместимых смазок: приводит к коррозии и износу.

Заключение

Подбор подшипникового узла — это баланс между нагрузками, скоростью и условиями работы. Используйте формулы, но не забывайте о практических нюансах: смазке, монтаже и вибрациях.