Как уменьшенное поперечное сечение влияет на несущую способность по сравнению со стандартными подшипниками?

Весы грузоподъемности с подшипниковым сечением. Для двух подшипников с одинаковым диаметром отверстия тонкостенная версия имеет шарики меньшего размера и меньшее количество шариков из-за уменьшенной окружности дорожки качения.

• Статическая нагрузка (C0): Для стандартного подшипника 6204 (отверстие 20 мм, внешний диаметр 47 мм) номинальная статическая радиальная нагрузка составляет примерно 6,65 кН. Тонкостенный подшипник с диаметром отверстия 20 мм и внешним диаметром 37 мм имеет статическую нагрузку 2,8–3,5 кН – снижение на 47–58%. Связь нелинейная; уменьшение сечения на 50% снижает статическую емкость примерно на 70–80%.
• Динамическая нагрузка (Cr): Стандарт 6204 имеет динамическую нагрузку 12,8 кН. Тонкостенный эквивалент (20 × 37 мм) имеет нагрузку 5,0–6,5 кН, что соответствует снижению на 49–61%. Более низкий номинал означает, что тонкостенный подшипник достигает той же расчетной усталостной долговечности (срок службы L10) при более низкой приложенной нагрузке. При данной нагрузке срок службы тонкостенного подшипника L10 короче в раз (Cr_thin / Cr_standard)^Если Cr_thin составляет 50 % от Cr_standard, срок службы составляет 12,5 % от срока службы стандартного подшипника при той же нагрузке.
• Размер и количество мячей: В стандарте 6204 используется 7–8 шариков диаметром 7,94 мм. В тонкостенном подшипнике 20×37 мм используется 9–12 шариков диаметром 3,97–4,76 мм. Меньший диаметр шарика увеличивает контактное напряжение. При данной нагрузке контактное напряжение Герца в тонкостенном подшипнике на 30–60 % выше, чем в стандартном подшипнике, что ускоряет поверхностную усталость.

Какие меры предосторожности при установке характерны для тонкостенных радиальных шарикоподшипников?

Тонкостенные подшипники более чувствительны к ошибкам при установке, чем стандартные подшипники, поскольку более тонкие кольца имеют меньшую жесткость. Следующие меры предосторожности снижают риск искажений.

• Округлость корпуса и вала: Стандартные подшипники допускают отклонение круглости корпуса до класса IT5 (6–9 мкм для диаметра 30–50 мм). Для тонкостенных подшипников требуется класс IT4 (3–5 мкм для того же диаметра). Измерьте отверстие корпуса в трех осевых положениях; овальность, превышающая 3 мкм, деформирует наружное кольцо, создавая изменение предварительного натяга, которое сокращает срок службы подшипника на 30–50%. В случае тонкостенного подшипника, установленного в корпусе некруглой формы (овальность 2 мкм), кольцо упруго отклоняется. Радиальный зазор на узкой оси уменьшается на 30–60% от величины овальности.
• Пределы прессовой посадки: Рекомендуемый натяг подходит для тонкостенные шарикоподшипники составляет 50–60 % от стандартного подшипника. Для подшипника с диаметром отверстия 30 мм на стальном валу стандартный рекомендуемый натяг составляет 8–15 мкм; тонкая стенка уменьшается до 4–8 мкм. Чрезмерное натяг сжимает внутреннее кольцо, уменьшая внутренний радиальный зазор. Тонкостенный подшипник с натягом 12 мкм (вместо 6 мкм) теряет 60–80 % своего первоначального радиального зазора. Если первоначальный зазор составлял 10 мкм (посадка C3), остаточный зазор становится 2–4 мкм, в результате чего подшипник работает с предварительным натягом и выделяет тепло. Повышение рабочей температуры с 25°C до 60°C в таком подшипнике может привести к полному закрытию остаточного зазора, что приведет к заклиниванию.
• Приложение монтажной силы: Усилия прессования должны быть приложены к монтируемому кольцу, но ни в коем случае не через тела качения. Для тонкостенных подшипников рекомендуемое максимальное усилие прессования на 30–40 % ниже, чем для стандартных подшипников. Для тонкостенного подшипника с внешним диаметром 40 мм максимальная сила на наружном кольце составляет 2–3 кН; превышение этого значения может необратимо деформировать кольцо, создавая волнистость амплитудой 0,5–1,0 мм. Деформация снижает равномерность нагрузки шариков, увеличивая пиковое контактное напряжение на 50–100%. Используйте выпрямляющую втулку (размером так, чтобы контактировать с 80–90 % окружности кольца), чтобы равномерно распределить усилие.

Как глубина канавки дорожки качения влияет на осевую нагрузку в тонкостенных конструкциях?

Обозначение «глубокая канавка» указывает на то, что дорожка качения проходит ниже делительной окружности подшипника настолько, чтобы обеспечить возможность углового смещения и восприятия осевой нагрузки. В стандартном подшипнике с глубокими канавками глубина канавки (расстояние от дна дорожки качения до внутренней поверхности наружного кольца) составляет примерно 25–30 % диаметра шарика. Для шара диаметром 7,94 мм глубина канавки составляет 2,0–2,4 мм. В тонкостенных радиальных подшипниках нельзя использовать шарик того же диаметра, поскольку толщина кольца недостаточна. Вместо этого производители используют шарики меньшего размера (диаметром 3–5 мм), но сохраняют то же соотношение глубины канавки к диаметру шарика. Допустимая осевая нагрузка (Fa) относительно допустимой радиальной нагрузки (Fr) подчиняется соотношению Fa_max = 0,5 × Fr_max для подшипников с глубокими канавками. Для тонкостенных подшипников это соотношение сохраняется — подшипник с Cr = 5 кН может выдерживать только осевую нагрузку 2,5 кН. Однако при приложении комбинированных радиальных и осевых нагрузок эквивалентная динамическая нагрузка (P = Fr 0,5 × Fa для радиальных подшипников) рассчитывается одинаково. Ограничивающим фактором становится меньший размер мяча. При чисто осевой нагрузке угол контакта (обычно 15–25 градусов в подшипниках с глубокими канавками) создает радиальную составляющую, которая должна поддерживаться корпусом. Тонкостенные подшипники демонстрируют повышенное осевое отклонение под нагрузкой: при осевой нагрузке 5 кН тонкостенный подшипник отклоняется в осевом направлении на 50–80 мкм по сравнению с 20–30 мкм для стандартного подшипника того же отверстия. Такое более высокое соответствие приемлемо во многих приложениях, но проблематично в системах точного позиционирования, таких как роботизированные манипуляторы или портальные платформы.