Почему подшипникам необходима минимальная нагрузка?

Подшипники качения требуют минимальной нагрузки для обеспечения надлежащего контакта между телами качения и дорожками качения. При недостаточной нагрузке шарики или роликовые элементы могут скользить (проскальзывать), а не катиться, что приводит к повреждению от смазывания, повышенному нагреву и преждевременному выходу из строя.

Как определяется коэффициент минимальной нагрузки kr?

Минимальный коэффициент нагрузки kr — это значение, зависящее от типа подшипника и указанное в таблицах изделий производителя. Для радиальных шарикоподшипников глубокого канавочного типа он обычно составляет около 0.025. Роликоподшипники требуют пропорционально более высоких минимальных нагрузок (производители часто указывают Frm примерно 0.02 C0), поэтому в этом калькуляторе для роликовых типов используются более высокие эквивалентные коэффициенты порядка 0.25 to 0.3.

Влияет ли тип смазки на минимальную нагрузку?

Да. Подшипники, смазываемые консистентной смазкой, как правило, требуют более высоких минимальных нагрузок, чем подшипники, смазываемые масляной смазкой, поскольку консистентная смазка обладает более высоким вязким сопротивлением, особенно при запуске. Кинематическая вязкость, используемая в формуле, должна соответствовать фактическим характеристикам смазочного материала при рабочей температуре.

А что, если моя фактическая нагрузка ниже минимальной?

Если фактическая нагрузка ниже минимальной, можно: создать предварительную нагрузку (с помощью осевой пружины), использовать подшипниковую группу большей грузоподъемности, увеличить длину нагруженного участка или перейти на тип подшипника с меньшими требованиями к минимальной нагрузке. В случае вертикальных валов часто применяется установка пружинной шайбы.

Бесплатный инженерный инструмент № 047

Калькулятор минимальной нагрузки на подшипник

Рассчитайте минимальную радиальную нагрузку, необходимую для предотвращения проскальзывания роликов/шариков. Укажите размеры подшипника, скорость и тип смазки.

Предотвращение проскальзывания Консистентная смазка / масло Шариковые & роликовые

Внутренний диаметр подшипника d (мм)

Наружный диаметр подшипника D (мм)

Частота вращения (об/мин)

Кинематическая вязкость ν (mm²/s при рабочей температуре)

Тип подшипника

Тип смазки

Быстрые предустановки

Результаты

Минимальная радиальная нагрузка F_min

—

Средний диаметр dm

—

Коэффициент kr

—

Произведение ν × n

—

Формула минимальной нагрузки (упрощённая)

Минимальная радиальная нагрузка для предотвращения проскальзывания оценивается следующим образом:

k_r — минимальный коэффициент нагрузки из таблицы изделия производителя’s (обычно ≈ 0.025 для радиальных шарикоподшипников глубокого канавочного типа; более высокие эквивалентные значения для роликоподшипников — см. таблицу ниже)
ν — кинематическая вязкость при рабочей температуре (mm²/s)
n — частота вращения (об/мин)
d_m — средний диаметр подшипника = (d + D) / 2 (mm)
Для пластичной смазки этот калькулятор дополнительно умножает результат на консервативный коэффициент 1.5, поскольку подшипникам со смазкой пластичной смазкой требуется более высокая минимальная нагрузка

Средний диаметр

Типичные значения kr

Тип подшипника	k_r
Радиальный шарикоподшипник	≈ 0.025
Радиально-упорный шарикоподшипник	≈ 0.03
Цилиндрический роликовый подшипник	≈ 0.25
Конический роликовый подшипник	≈ 0.25
Сферический роликовый подшипник	≈ 0.3

k для шарикового подшипника_r значения типичны для таблиц изделий производителей (например, SKF указывает k_r для подшипника, обычно примерно 0.02–0.06 для радиальных шарикоподшипников глубокого канавочного типа). Для роликоподшипников производители используют специальные зависимости минимальной нагрузки (например, F_об/мин ≈ 0.02 × C₀ или формулы на основе скорости); приведенные выше коэффициенты для роликовых подшипников являются приблизительными эквивалентами, чтобы эта упрощенная формула воспроизводила тот же порядок величины. Всегда проверяйте точное значение в таблице изделия подшипника.

Практический пример

Пример — шарикоподшипник с глубоким пазом 6208

Дано: d = 40 мм, D = 80 мм, n = 3000 об/мин, ν = 20 мм²/с, k_r = 0,025, масляная смазка

d_m = (40 + 80) / 2 = 60 мм

F_min = 0.025 × (20 × 3000 / 1000)^2/3 × (60 / 100)²

= 0.025 × 15.33 × 0.36 = 0,14 кН (≈ 140 N)

Сверьте с простым правилом F_min ≈ 0.01 × C₀: для подшипника 6208 (C₀ ≈ 17,8 кН) получается ≈ 0,18 кН — тот же порядок величины.

⚠️ Примечание: Это упрощенная оценка. При использовании в критически важных системах следует руководствоваться конкретными рекомендациями производителя подшипников относительно минимальной нагрузки. Фактическая минимальная нагрузка зависит от внутреннего зазора, типа сепаратора и свойств смазочного материала.

Подшипникам качения необходима минимальная нагрузка для обеспечения устойчивого качения без проскальзывания. При недостаточной нагрузке шарики или ролики начинают проскальзывать по дорожкам качения вместо чистого качения, что вызывает схватывание и намазывание металла, перегрев и быстрый выход подшипника из строя.

Проскальзывание (южение / skidding) возникает, когда сила трения в зоне контакта недостаточна для преодоления инерции комплекта тел качения и вязкого сопротивления смазки. Это характерно для высоких скоростей при малых внешних нагрузках, особенно при смазывании пластичной смазкой: тела качения тормозятся в ненагруженной зоне и резко ускоряются при входе в нагруженную зону.

Коэффициент минимальной нагрузки k_r приводится в таблицах каталогов производителей подшипников. Типичные значения составляют около 0.025 для радиальных шарикоподшипников и 0.03 для радиально-упорных шарикоподшипников. Роликоподшипники требуют пропорционально более высокой минимальной нагрузки (производители часто задают критерий F_rm ≈ 0.02 C₀), поэтому в данном калькуляторе для роликовых типов используются повышенные эквивалентные коэффициенты порядка 0.25–0.3.

Да. Подшипники с пластичной смазкой обычно требуют более высокой минимальной нагрузки (примерно в 1.5 раза выше), чем подшипники с масляным смазыванием, поскольку пластичная смазка создаёт большее вязкое сопротивление движению тел качения, особенно при пуске и пониженных температурах.

Если фактическая радиальная нагрузка меньше минимально допустимой, возможны следующие решения: создать осевой предварительный натяг (например, пружинными шайбами), применить подшипник меньшей серии грузоподъёмности, увеличить натяжение приводного ремня в допустимых пределах или перейти на тип подшипника, менее чувствительный к недогрузке. Пружинный преднатяг широко применяется на вертикальных валах.

Процедуры, описанные на этой странице, были разработаны и опробованы в полевых условиях командой Vibromera с использованием Balanset-1A — портативного двухканального балансировочного прибора и анализатора вибрации для балансировки роторов на месте эксплуатации.