Как работают радиально-упорные подшипники и угол контакта?

Радиально-упорный шариковый подшипник передаёт усилие между кольцами по наклонной линии контакта. Поэтому он воспринимает одновременно радиальную и осевую нагрузку. Обычный однорядный подшипник этого типа воспринимает осевую силу в одном направлении; для обратного направления и устойчивой работы вала применяют встречную опору или согласованный комплект. Угол контакта помогает выбрать конструкцию под соотношение сил.

Что называют углом контакта

В разрезе мысленно соединяют точки контакта шарика с внутренней и наружной дорожками. Угол между этой линией и плоскостью, перпендикулярной оси подшипника, называют углом контакта. Это угол передачи усилия внутри опоры, а не допустимый перекос вала относительно корпуса. Путать две характеристики опасно: большой угол контакта не делает подшипник самоустанавливающимся.

При прочих сопоставимых условиях увеличение угла контакта связано с большей способностью воспринимать осевое усилие и другой осевой жёсткостью. Но одновременно меняются скоростные и тепловые условия. Для шпинделя, насоса и компрессора соотношения требований различаются, поэтому одного «наилучшего» угла не существует. Его значение и обозначение уточняют по каталогу выбранного изготовителя.

Почему однорядные подшипники объединяют

Из-за наклонного контакта радиальная нагрузка создаёт внутреннюю осевую составляющую. Её необходимо уравновесить конструкцией опор. Если поставить один однорядный подшипник без подходящего осевого противодействия, схема может не обеспечивать требуемое положение колец и вала. Поэтому в каталогах часто показаны пары и комплекты.

Слова «два подшипника» ещё не описывают опору. Важно, как они ориентированы, где расположены эффективные центры приложения сил и какой зазор или преднатяг получается после закрепления. Для оценки моментной жёсткости рассматривают весь комплект, расстояния и жёсткость окружающих деталей.

Три распространённые схемы

Схема	Как работает	На что обратить внимание
DB, «спина к спине», О-образная	Воспринимает осевые силы в обоих направлениях	Большое расстояние между эффективными центрами нагрузки полезно при моменте
DF, «лицом к лицу», Х-образная	Также воспринимает осевые силы в обоих направлениях	Иная геометрия центров нагрузки и меньшая моментная жёсткость по сравнению с сопоставимой DB
DT, тандем	Подшипники совместно воспринимают осевую нагрузку одного направления	Для противоположной силы требуется подходящая встречная опора

О- и Х-образные названия относятся к условным линиям действия сил на схеме. По внешнему виду установленного корпуса ориентацию определять ненадёжно. При монтаже используют обозначения комплекта, заводские метки и инструкцию, а не догадку по положению сепаратора.

Согласованный комплект и универсальное комплектование

Подшипники, поставляемые согласованной парой или комплектом, имеют предусмотренное сочетание геометрии и характеристик. Отдельно существуют исполнения для универсального комплектования, у которых изготовитель задаёт условия получения определённого зазора или преднатяга при сборке. Название этой возможности и суффиксы зависят от производителя.

Два произвольных подшипника с одинаковыми основными размерами не становятся согласованной парой автоматически. Дополнительные обозначения могут различать угол контакта, точность, сепаратор и условия комплектования. Компоненты специального комплекта сохраняют вместе; при замене выясняют, допустима ли замена одной детали или нужен весь комплект.

Зазор и преднатяг: разные состояния опоры

Преднатяг создаёт внутреннюю нагрузку и может повысить жёсткость и точность ведения. Но избыточный преднатяг увеличивает трение и нагрев, а тепловое расширение способно дополнительно изменить его в работе. Поэтому правило «затянуть до исчезновения люфта и ещё немного» не является методикой настройки.

Например, в компактном шпиндельном узле важно ограничить осевое перемещение инструмента, но одновременно сохранить допустимый нагрев на рабочей скорости. Для этого выбирают комплект, схему смазывания и предусмотренную процедуру установки. Перенос затяжки от похожего станка без проверки не обеспечивает тот же результат.

Что указать при подборе

• Радиальную и осевую нагрузку, оба направления осевой силы и момент.
• Частоту вращения, рабочие температуры и требования к точности.
• Схему DB, DF, DT или иной предусмотренный комплект.
• Полные обозначения, характеристики преднатяга или зазора и заводские метки.
• Способ закрепления колец, дистанционные детали и условия смазывания.

У двухрядных и четырёхточечных радиально-упорных подшипников возможности отличаются от обычного однорядного исполнения. Их нужно рассматривать отдельно, без автоматического переноса правил ориентации одиночного ряда.

Частые вопросы

Чем больше угол контакта, тем лучше подшипник?

Нет. Он должен соответствовать соотношению сил, скорости и требуемой жёсткости. Изменение угла меняет набор характеристик опоры.

Тандем воспринимает осевую силу в обе стороны?

Сам по себе обычный тандем DT рассчитан на совместную работу в одном направлении. Обратное направление обеспечивает другая подходящая опора.

Можно поменять местами детали согласованного комплекта?

Только если это прямо допускают его исполнение и инструкция. Заводские метки и условия комплектования сохраняют.

Первичные источники

NSK — радиально-упорные подшипники и схемы комплектов; NTN — Angular Contact Ball Bearings.

Продолжить изучение

• Что такое радиальная и осевая нагрузка на подшипник?
• Как устроены конические роликовые подшипники?
• Как выбрать посадку подшипника на вал и в корпус?
• Как установить подшипник без повреждения колец и дорожек?
• Зачем нужен преднатяг подшипников?

Как разобраться в подшипниках? Учебник от основ до заказа

Предыдущий урок: Где применяют радиальные шариковые однорядные подшипники?. Следующий урок: Для чего нужны упорные подшипники и как их выбирать?.