Номинальные нагрузки на подшипники
В насосах и компрессорах применяются и шариковые, и роликовые, и игольчатые подшипники, однако в этой статье основное внимание будет уделено наиболее распространенному типу – шарикоподшипникам.Шариковые подшипники способны работать на высоких скоростях. Рассчитаны, в первую очередь, на радиальные нагрузки, но также могут выдерживать умеренные осевые.
Производители обычно публикуют для каждого подшипника допустимые номинальные нагрузки. Они могу быть как статические, так и динамические.
Номинальная статическая нагрузка или статическая грузоподъемность – это величина нагрузки, которую может выдержать не вращающийся подшипник, не вызывая необратимой деформации его колец или шариков.
Номинальная динамическая нагрузка или динамическая пропускная способность – это величина постоянной радиальной нагрузки, которую вращающийся подшипник может выдержать в течение миллиона оборотов.
Методы, используемые для расчета номинальных нагрузок, различаются у разных производителей. Общие стандарты, касающиеся номинальных нагрузок и срока службы подшипников, закреплены Международной организацией по стандартизации ISO.
ISO-76 – Подшипники качения, номинальные статические нагрузки.
ISO-281 – Подшипники качения, номинальные динамические нагрузки и номинальный срок службы.
Скорости вращения подшипников
Номинальная скорость вращения – это скорость вращения, при которой подшипник может работать без износа и повреждений на протяжении длительного времени. Номинальная скорость обычно является рекомендуемой рабочей скоростью для подшипника.Предельная скорость вращения – это максимальная скорость вращения при превышении которой возможен выход подшипника из строя и его разрушение. Превышение предельной скорости может привести к возникновению вибраций и другим нежелательным эффектам, которые могут стать причиной поломки подшипника или оборудования, в котором он установлен. Предельная скорость рассчитывается с учетом типа сепаратора, материалов уплотнений (при их наличии) и смазочного материала.
Срок службы подшипников
Внутреннее и наружное кольца радиального шарикоподшипника постоянно нагружаются во время вращения. Это приводит к усталости материала и к выходу подшипника из строя. Срок службы отдельных подшипников может значительно различаться, даже если они имеют одинаковый размер, одинаковый материал и подвержены одинаковым условиям эксплуатации. Для статистически большой группы идентичных подшипников, работающих в одинаковых условиях, базовый номинальный ресурс равен числу оборотов, достигнутому 90% подшипников группы до появления первых признаков усталости материала.Насосы и компрессоры часто подвергаются нестандартным нагрузкам и условиям эксплуатации, которые могут потребовать дополнительного рассмотрения коэффициентов регулирования срока службы. Для корректировки учитываются:
- Синусоидальная нагрузка
- Ступенчатая нагрузка
- Реверсивные нагрузки
- Вибрация
- Колебания
- Высокие скорости
- Вращение внутреннего кольца в сравнении с вращением наружного кольца
- Воздействие температуры и окружающей среды
Посадка подшипников
Выбор подходящей посадки на валу и в корпусе имеет решающее значение для оптимизации характеристик и срока службы радиального шарикоподшипника. Неправильная посадка может привести к преждевременному выходу подшипника из строя. Слишком свободная посадка приводит к повреждению посадочного места и колец подшипника, проворотам, фреттинг-коррозии, снижению точности вращения и чрезмерному износу, шуму и вибрации. И наоборот, слишком плотная посадка приведет к уменьшению радиального зазора, перегреву или увеличенной нагрузке. Чрезмерно плотная посадка также требует очень больших усилий для установки подшипника на вал и его снятия.Внутренняя конструкция насоса или компрессора должна обеспечивать опору колец подшипников по всей их ширине и окружности. При этом будет использоваться вся несущая способность подшипника. Посадка корпуса и вала должна быть подобрана таким образом, чтобы между компонентами не возникало проскальзывания. Правильная посадка определяется допусками, указанными в стандарте ISO-286, а также указанными допусками на наружный и внутренний диаметр подшипника.
Материал подшипников
Наиболее распространенным материалом, используемым для изготовления несущих компонентов подшипников, является хромированная сталь 52100. Химический состав этой стали отличается высоким содержанием углерода и включением хрома. Компоненты из этой стали обладают высокой прочностью, однако низкой коррозийной стойкостью. Поверхности подшипников из стали 52100 всегда должны быть защищены покрытием из масла-ингибитора коррозии для предотвращения окисления. Максимальная рабочая температура хромированной стали 120°C.Нержавеющая сталь 440C является распространенной альтернативой для изготовления компонентов подшипников, поскольку она более устойчива к поверхностной коррозии. Однако несущая способность подшипника из нержавеющей стали на 20% ниже, чем у подшипника из хромированной стали тех же размеров.
Смазывание
Надлежащее смазывание подшипников является одним из наиболее важных факторов обеспечения требуемого расчетного срока службы. Диапазон температур, нагрузка и частота вращения являются основными факторами при выборе смазки. Коэффициент регулирования срока службы предполагает, что нагрузки, частота вращения и характеристики смазочного материала способствуют поддержанию постоянной тонкой пленки жидкости между шариками и дорожками качения.Для шарикоподшипников обычно используется пластичная смазка. Производители часто закладывают в подшипники «на весь срок службы» универсальную смазку, которая подходит для большинства применений. В некоторых конструкциях могут быть предусмотрены отверстия, которые позволяют смазывать подшипники с регулярными интервалами технического обслуживания.
Пластичные смазки состоят из базового масла, загустителя и присадки. В продаже имеется множество различных типов базовых масел, загустителей и присадок для различных условий эксплуатации, включая:
- Высокие и низкие температуры
- Высокие скорости
- Высокие нагрузки
- Влажность
- Вакуум
Масляная смазка эффективна при высоких скоростях вращения и высоких температурах. В отличие от консистентной смазки, масло никогда не следует рассматривать как смазку «на весь срок службы» для подшипников. Для масляной смазки требуется непрерывный поток масла, подаваемого к подшипнику. Как и в случае с пластичными смазками, выбор надлежащего масла имеет решающее значение для оптимальной работы подшипников. Системы масляной смазки должны включать фильтрацию и непрерывный контроль как качества, так и количества масла.