Радиальный и упорный подшипник: в чём разница?
Оба названия описывают направление нагрузки, а не конструкцию. Радиальный (опорный) подшипник охватывает вал и несёт нагрузку поперёк него; упорный подшипник обращён к торцу вала или его бурту и несёт нагрузку вдоль оси. Большинству реальных узлов нужны оба — для того и существуют фланцевые втулки и упорные шайбы.
Радиальный подшипник (в англоязычной литературе journal bearing) поддерживает цилиндрическую шейку вращающегося вала и несёт радиальную нагрузку — перпендикулярную оси. Упорный подшипник (thrust bearing) удерживает вал от осевой нагрузки — направленной вдоль оси — плоской или конической поверхностью. Оба существуют как подшипники скольжения и как подшипники качения. В исполнении скольжения радиальный подшипник — это цилиндрическая втулка, упорный — упорная шайба или фланец втулки.
- Радиальный подшипник: цилиндрическое отверстие, радиальная нагрузка, расчёт по проекции отверстие × длина.
- Упорный подшипник: плоская кольцевая поверхность, осевая нагрузка, расчёт по площади кольца π/4 (D² − d²) за вычетом канавок.
- Фланцевая втулка: одна деталь, несущая радиальную нагрузку гильзой и небольшую осевую — фланцем.
- Упорная шайба: отдельное кольцо из бронзы, биметалла или композита с PTFE между буртом и корпусом.
Что такое радиальный подшипник?
Шейка — участок вала, работающий внутри подшипника. Радиальный, или опорный, подшипник — это любой подшипник, который охватывает этот участок и несёт нагрузку, действующую поперёк оси: вес ротора, натяжение ремня на шкиве, реакцию пальца в рычажном механизме. В простейшем исполнении скольжения это цилиндрическая втулка: гильза из бронзы, биметалла, композита с PTFE или закалённой стали, запрессованная в корпус, с рабочим зазором к валу и, как правило, плёнкой смазки между ними.
Радиальные подшипники скольжения нормируются по удельной нагрузке — радиальной силе, делённой на проекцию отверстия (диаметр × длина), — и по скорости скольжения. Бронза C93200 с консистентной смазкой рассчитана на 45 Н/мм² статически и 25 Н/мм² в движении при скорости до 0,5 м/с; композитная втулка с PTFE — на 250 Н/мм² статически, но только на малой скорости всухую; втулка из закалённой стали JBM-ST — на 250 Н/мм² при 0,1 м/с. Радиальный подшипник качения выполняет ту же работу шариками или роликами между кольцами, а нормируется по динамической грузоподъёмности и ресурсу.
Что такое упорный подшипник?
Упорный подшипник несёт нагрузку, стремящуюся сдвинуть вал вдоль собственной оси: реакцию косозубого колеса, давление на рабочее колесо насоса, вес вертикального вала, боковую нагрузку на палец шарнира от перекошенного рычага. Он подставляет плоскую поверхность, перпендикулярную оси, а вал опирается на неё буртом, уступом или торцом.
Исполнение скольжения — упорная шайба: плоское кольцо из бронзы, биметалла на стальной основе, композита с PTFE или бронзы с графитовыми вставками, часто с радиальными канавками, чтобы смазка проходила по поверхности, а нагрузка ложилась на отдельные площадки. Нормируется она по осевой силе, делённой на площадь площадок. Поскольку скорость скольжения меняется от внутреннего края кольца к наружному, а на плоской поверхности нет клина для образования гидродинамической плёнки, упорные шайбы несут меньшую удельную нагрузку, чем тот же материал во втулке, и первыми выходят из строя при неравномерном распределении нагрузки. Для высоких скоростей альтернативы — упорные подшипники качения (шариковые и цилиндрические роликовые) и гидродинамические упорные подшипники с самоустанавливающимися сегментами.
Радиальный и упорный подшипник: отличия
В таблице оба подшипника сопоставлены в исполнении скольжения — именно о нём идёт речь в большинстве запросов на втулки.
| Радиальный (опорный) подшипник | Упорный (осевой) подшипник | |
|---|---|---|
| Направление нагрузки | Перпендикулярно оси вала | Вдоль оси вала |
| Геометрия | Цилиндрическое отверстие вокруг шейки | Плоская кольцевая поверхность напротив бурта или уступа |
| Исполнение скольжения | Цилиндрическая втулка, вкладыш | Упорная шайба, фланец втулки, упорная пластина |
| Исполнение качения | Радиальный шариковый, цилиндрический роликовый, игольчатый подшипник | Упорный шариковый, цилиндрический или конический роликовый упорный подшипник |
| База расчёта | Проекция d × L | Площадь кольцевых площадок |
| Плёнка смазки | Гидродинамический клин легко образуется в зазоре | Нужны канавки или площадки; плёнка образуется хуже |
| Типичный отказ | Овальный износ отверстия, задиры, заедание | Износ поверхности, неравномерный износ от перекоса, стирание канавок |
| Продукция Bushing MFG | Цилиндрические втулки из бронзы, биметалла, PTFE, POM, стали | Упорные шайбы из бронзы, биметалла, PTFE и POM; фланцевые втулки |
Большинству узлов нужны оба
Палец шарнира в рычаге погрузчика — радиальный подшипник до тех пор, пока рычаг не толкнут вбок; тогда торец втулки становится упорной поверхностью. Вал насоса несёт собственный вес радиально, а гидравлический упор рабочего колеса — вдоль оси. Валы редукторов с косозубыми колёсами постоянно нагружены и так, и так. Конструкторы решают это тремя способами.
- Фланцевая втулка. Гильза с фланцем на одном конце. Гильза несёт радиальную нагрузку; фланец — небольшую или эпизодическую осевую и фиксирует втулку в корпусе. Выпускается из бронзы, биметалла, композита с PTFE и POM. Фланец — упорная поверхность ограниченной площади; не рассчитывайте его как упорную шайбу.
- Цилиндрическая втулка плюс упорная шайба. Две детали, каждая рассчитана под свою нагрузку. Шайба может быть из другого материала, чем втулка, легко заменяется и может иметь смазочные канавки. Стандартное решение для более тяжёлой или постоянной осевой нагрузки.
- Отдельный упорный подшипник. При большой осевой нагрузке на скорости её берёт упорный подшипник качения или гидродинамический сегментный подшипник, а радиальному подшипнику остаётся только радиальная нагрузка.
В запросе указывайте радиальную и осевую нагрузку отдельно. По одному числу с подписью «нагрузка» подшипник не рассчитать.
Выбор упорного подшипника скольжения
Плоская поверхность — менее терпимый подшипник, чем отверстие, поэтому ресурс упорной шайбы решают четыре детали.
- Нагрузка на поверхность: осевая сила, делённая на площадь площадок, в сравнении с пределом материала для упорной поверхности — он ниже, чем предел того же материала во втулке.
- Плоскостность и перпендикулярность ответного бурта и торца корпуса: перекос в несколько сотых сосредоточивает всю нагрузку на одной кромке.
- Путь смазки: радиальные канавки или карманы, через которые смазка проходит по поверхности; шайба без канавок при непрерывном вращении работает всухую в середине.
- Фиксация: шайбу нужно застопорить штифтом, выступом или углублением, чтобы она не проворачивалась относительно корпуса и не изнашивала не ту поверхность.
Часто задаваемые вопросы
Радиальный подшипник и втулка — это одно и то же?
Цилиндрическая втулка — радиальный подшипник в исполнении скольжения. «Радиальный подшипник» называет функцию — несение радиальной нагрузки на шейке вала, — а «втулка» называет деталь. Функцию радиального подшипника выполняют и подшипники качения — шариковые и роликовые.
Может ли радиальный подшипник нести осевую нагрузку?
Гладкая втулка — нет: её торец слишком мал и не рассчитан как рабочая поверхность. Добавьте фланец (фланцевая втулка) для небольшой осевой нагрузки или упорную шайбу для любой большей. Некоторые подшипники качения, например радиальные шариковые, по конструкции воспринимают умеренную осевую нагрузку.
Что такое упорная шайба?
Плоское кольцо из подшипникового материала — обычно бронзы, биметалла на стальной основе или композита с PTFE, — установленное между вращающимся буртом и неподвижной поверхностью для восприятия осевой нагрузки. Это упорный подшипник в исполнении скольжения.
Почему упорные подшипники нормируются ниже радиальных из того же материала?
У плоской поверхности нет сходящегося зазора для образования гидродинамического масляного клина, скорость скольжения по ней неодинакова, а любой перекос нагружает одну кромку. Материал тот же — геометрия менее выгодная.
Какой подшипник несёт нагрузку в вертикальном насосе?
Упорный: он несёт вес вала и рабочего колеса плюс гидравлический упор. Радиальные подшипники лишь направляют вал и воспринимают неуравновешенность и гидравлические радиальные силы.
Отправьте чертёж — ответим в течение 12 часов.
Размеры, материал или просто описание узла: инженеры пришлют предложение по материалу и КП. Бесплатные образцы стандартных и нестандартных изделий, без минимального заказа.