Подшипники качения во вращающихся машинах выдерживают нагрузку на вал, уменьшают трение с элементами качения и обеспечивают расположение вала и жесткость системы. Будет ли подшипник подходящим для конкретного применения, частично зависит от конкретных требований к подшипнику, а также от конструктивных особенностей подшипника и связанных с ними возможностей. При выборе подшипников проектировщики должны учитывать и оценивать множество факторов, связанных с их применением, чтобы выбрать наиболее подходящий вариант. Ниже приведен обзор некоторых наиболее важных факторов, которые следует учитывать при выборе подшипника качения для конкретного применения.

Доступное пространство (дизайнерская оболочка)
Во многих случаях один из основных размеров подшипника – диаметр отверстия – определяется силовой конструкцией машины и результирующим требуемым диаметром вала. Как правило, валы малого диаметра обычно оснащены шарикоподшипниками всех типов, в то время как типы роликоподшипников обычно указываются для применений с валами большего диаметра. Когда радиальное пространство ограничено, могут подойти подшипники с небольшим поперечным сечением, особенно с низкой высотой поперечного сечения. Когда осевое пространство ограничено, проектировщики захотят указать подшипники, способные выдерживать радиальные, осевые или комбинированные нагрузки.

Приложенные нагрузки
Подшипники всегда должны подвергаться, по крайней мере, заданной минимальной нагрузке, чтобы обеспечить правильное вращение элемента качения и улучшенное образование смазочной пленки в зонах контакта качения. Величина нагрузки является одним из факторов, который обычно определяет тип и размер подшипника для конкретного применения. Как правило, роликоподшипники могут выдерживать более тяжелые нагрузки, чем шарикоподшипники аналогичного размера, а подшипники, включающие полный комплект тел качения, могут выдерживать более тяжелые нагрузки, чем соответствующие подшипники с ячейками. Шарикоподшипники в основном используются там, где нагрузки будут относительно небольшими или умеренными. Для больших нагрузок и при больших диаметрах валов обычно рекомендуются роликоподшипники.

Направление нагрузки также будет играть важную роль при выборе типа и размера подшипника. Некоторые подшипники могут выдерживать только чисто радиальные нагрузки, в то время как все другие радиальные подшипники могут выдерживать некоторые осевые нагрузки в дополнение к радиальным нагрузкам. Другие типы были разработаны для работы с чисто осевыми легкими или умеренными нагрузками.

Скорость вращения
Ограничения частоты вращения для подшипника определяются конкретной конструкцией и материалом компонентов подшипника, а также допустимой рабочей температурой для типа используемой смазки и системы смазки. Тип и размер подшипника, внутренняя конструкция, точность, нагрузки, режимы смазки и охлаждения, а также конструкция сепаратора, точность и внутренний зазор в совокупности определяют быстродействие подшипника. Базовые тепловые эталонные частоты вращения обеспечивают заданные значения (в соответствии со стандартами ISO) для определения допустимой рабочей частоты вращения подшипника при определенной рабочей температуре при определенных нагрузках и условиях смазки. Подшипники потенциально могут работать на скоростях, превышающих контрольную, при снижении трения в подшипниках (с помощью систем смазки, дозирующих небольшие, точно отмеренные количества смазочного материала) или при отводе тепла (с помощью циркулирующей масляной смазки, охлаждающих ребер на корпусе или направленных потоков охлаждающего воздуха). В некоторых случаях изменения в конструкции компонентов и материалах могут привести к еще более высоким допустимым рабочим скоростям.

Жесткость
Жесткость подшипника аналогична жесткости пружины и характеризуется величиной упругой деформации (упругоподатливости) подшипника под нагрузкой. В целом, эта деформация невелика, и ею можно пренебречь. Однако в некоторых случаях (например, в подшипниковых узлах шпинделей для станков или в подшипниковых узлах шестерен в приводах автомобильных осей) жесткость становится критическим фактором. В целом, условия контакта между телами качения и дорожками качения в роликоподшипниках обеспечивают более высокую степень жесткости по сравнению с шарикоподшипниками аналогичного размера. На жесткость подшипника также может влиять предварительный натяг.

Предварительная нагрузка
Предварительный натяг подшипника повышает жесткость системы и обеспечивает другие преимущества за счет снижения шума при работе, повышения точности наведения вала, компенсации процессов износа и оседания (релаксации) в процессе эксплуатации и увеличения срока службы. Для достижения этих преимуществ предварительный натяг, по сути, создает “отрицательный рабочий зазор” в подшипниковом узле. В зависимости от типа подшипника предварительный натяг может быть как радиальным, так и осевым. Когда подшипники работают без какой-либо нагрузки или при небольших нагрузках и на высоких скоростях, следует установить предварительный натяг, чтобы обеспечить минимальную нагрузку на подшипник и предотвратить повреждение подшипника, которое может возникнуть в результате скольжения тел качения. Предварительное натяжение может быть достигнуто несколькими способами, включая использование пружин, шайб, крутящего момента трения или процедур регулировки, среди прочего. При выборе подшипниковых узлов с предварительной нагрузкой необходимо четко понимать параметры применения, поскольку повышенное трение, возникающее в результате установки предварительного натяга, может привести к повышению рабочих температур подшипников.

Подшипниковые узлы
Обычно указанные устройства включают в себя устанавливаемые и не устанавливаемые, регулируемые или плавающие версии.

Установочный подшипник на одном конце вала обеспечивает радиальную опору и одновременно фиксирует вал в осевом направлении в обоих направлениях, перенося любую осевую нагрузку на вал. Установочный подшипник должен быть закреплен в нужном положении как на валу, так и в корпусе. Подходящие типы подшипников включают радиальные подшипники, которые могут выдерживать комбинированную нагрузку, или комбинации радиальных подшипников, которые могут выдерживать чисто радиальную нагрузку. Неподвижный подшипник на другом конце вала обеспечивает радиальную опору, а также должен допускать осевое смещение (не нести осевую нагрузку), чтобы подшипники не подвергались взаимному напряжению (например, при изменении длины вала из-за теплового расширения). Конструкторы могут выбирать из широкого спектра комбинаций фиксирующих/не фиксируемых подшипников для достижения конкретных эксплуатационных характеристик в соответствии с требованиями применения.

При отрегулированных подшипниковых узлах вал расположен в осевом направлении в одном направлении с помощью одного подшипника и в противоположном направлении с помощью другого подшипника. Этот тип расположения называется “поперечно расположенным” и, как правило, используется для коротких валов. Подходящие подшипники включают в себя все типы радиальных подшипников, которые могут выдерживать осевые нагрузки по крайней мере в одном направлении. Плавающие подшипниковые узлы аналогично расположены поперечно и обычно устанавливаются там, где требования к осевому расположению умеренные или где другие компоненты на валу служат для его осевого расположения. В этих конструкциях одно кольцо каждого подшипника должно иметь возможность перемещаться на своем посадочном месте или в нем, предпочтительно наружное кольцо в корпусе.