Самоустанавливающиеся шарикоподшипники – сфера применения и причины популярности

Область применения самоустанавливающихся шарикоподшипников

Сельскохозяйственная и лесохозяйственная техника

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники используются в оборудовании, где валы длинные, опоры широко расставлены или монтажные поверхности неровные. В сельскохозяйственных машинах, таких как зерноуборочные комбайны, пресс-подборщики сена и почвообрабатывающее оборудование, приводные валы могут прогибаться под нагрузкой или смещаться из-за перекручивания рамы. Например, вал диаметром 30 мм и расстоянием между подшипниками 1,5 метра может прогибаться на 0,5–1,5 градуса при полной нагрузке. Самоцентрирующиеся подшипники компенсируют это отклонение без снижения скорости вращения и увеличения вибрации. Обычно используются серии 1200, 1300 и 2200 (ISO 15). Подшипники обычно герметизируются контактными или бесконтактными уплотнениями (обозначение 2RS или 2Z) для исключения попадания пыли и растительного мусора.

Конвейерные системы и погрузочно-разгрузочные работы

В ленточных конвейерах, роликовых конвейерах и ковшовых элеваторах в качестве натяжных или хвостовых подшипников используются самовыравнивающиеся шарикоподшипники. Рамы конвейеров часто изготавливаются из стальных швеллеров или уголков, которые не могут сохранять идеальное выравнивание после сварки или во время работы. Рама конвейера длиной 20 метров может иметь суммарное смещение 5–10 мм по всей длине. Самоцентрирующиеся подшипники, установленные в опорных блоках (корпусах из чугуна или штампованной стали), компенсируют это несоосность. Подшипники работают на низких и средних скоростях (200–1000 об/мин) и воспринимают радиальные нагрузки, типичные для сыпучих материалов (например, угля, зерна, песка). Для натяжных роликов конвейера самоустанавливающиеся подшипники с увеличенным радиальным зазором (C3 или C4) компенсируют тепловое расширение трубы ролика.

Оборудование для производства текстиля и бумаги

В текстильных прядильных машинах и машинах для намотки бумаги валки и цилиндры должны вращаться плавно, несмотря на незначительное смещение из-за отклонения валков или износа корпуса подшипника. Самовыравнивающиеся шарикоподшипники обеспечивают бесшумную работу (ниже 65 дБ при 3000 об/мин), поскольку сферическое наружное кольцо позволяет шарикам находить центрированное положение под нагрузкой. В сушильных цилиндрах бумагоделательных машин (диаметром 1–3 метра) самоустанавливающиеся подшипники с разъемными корпусами позволяют производить замену без снятия вала цилиндра. Рабочие температуры в секциях сушки бумаги составляют от 80°С до 120°С; В подшипниках этих применений используются термостабилизированные кольца (до 150°C) и высокотемпературная смазка.

Самовыравнивающиеся шарикоподшипники менее распространены в шпинделях прецизионных станков (где доминируют радиально-упорные подшипники) или в очень высоких скоростях, превышающих 10 000 об/мин (где предпочтительны гибридные керамические подшипники). Однако для перечисленных выше применений, где требуются умеренная скорость, умеренная нагрузка и допуск на перекос, самовыравнивающиеся шарикоподшипники представляют собой практичное решение.

Почему самовыравнивающиеся шарикоподшипники популярны?

Преимущества конструкции по сравнению с альтернативными типами подшипников

Компенсация смещения снижает требования к точности установки.

В отличие от радиальных шарикоподшипников (которые допускают смещение всего 0,1–0,3 градуса) или цилиндрических роликоподшипников (которые допускают отклонение 0,05–0,1 градуса), самовыравнивающиеся шарикоподшипники допускают статическое смещение в 2–4 градуса. Этот допуск позволяет производителям использовать более простые конструкции корпусов, избегать дорогостоящей точной механической обработки и сокращать время сборки. Для вала, поддерживаемого двумя подшипниками на расстоянии 1 метр друг от друга, смещение в 2 градуса соответствует смещению 35 мм между центрами подшипников — невозможный допуск для несамоцентрирующихся подшипников, но приемлемый для самовыравнивающихся подшипников. Полевые данные показывают, что затраты на установку самоцентрирующихся подшипников на 20–40 % ниже, чем на согласованные пары радиально-упорных подшипников, требующих прецизионной установки прокладок.

Снижена чувствительность к прогибу вала под нагрузкой.

Длинные валы (соотношение длины к диаметру более 15:1) прогибаются под собственным весом или натяжением ремня. Двухметровый вал диаметром 40 мм, поддерживающий ременную передачу, может прогибаться на 0,5–1,0 мм в середине пролета, создавая наклон 0,1–0,2 градуса в местах расположения подшипников. Несмотря на такой наклон, самовыравнивающиеся подшипники обеспечивают равномерное распределение нагрузки по шарикам. Напротив, радиальный шарикоподшипник, подвергающийся такому же наклону, будет испытывать краевую нагрузку (концентрацию контактного напряжения на краях дорожек качения), снижая расчетную усталостную долговечность на 50–80%. Лабораторные испытания показывают, что самоустанавливающиеся подшипники сохраняют 90–95 % номинального срока службы при перекосе в 1,5 градуса, тогда как подшипники с глубокими канавками сохраняют только 30–50 % при тех же условиях