Линейные шариковые подшипники и втулки работают только в паре с валом, подходящим по размеру и качеству. Подобрать вал «примерно» не получится: отклонение даже на несколько сотых миллиметра приводит либо к заеданию, либо к люфту. Разберём, на что смотреть при выборе.

Диаметр

Диаметр вала определяется внутренним диаметром линейного подшипника. Стандартные размеры начинаются от 3 мм и идут до нескольких десятков миллиметров: 8, 10, 12, 16, 20, 25, 30 и далее. Чем больше диаметр, тем выше допустимая нагрузка и жёсткость, но тем выше стоимость и масса.

Допуск и посадка

Для линейных подшипников используют валы с допуском h6 или h7. Посадка должна быть свободной, но без заметного люфта. Слишком плотная посадка увеличит трение и износ, слишком свободная приведёт к стуку и снижению точности. Если вал имеет нестандартный допуск, подшипник может работать некорректно.

Твёрдость и поверхность

Шарики линейного подшипника катятся непосредственно по валу, поэтому поверхность должна быть закалённой и гладкой. Мягкий вал быстро покроется дорожками, и подшипник начнёт шуметь. Поэтому для таких узлов применяют закалённые валы с твёрдостью около 60 HRC.

Длина вала

Длину вала считают как рабочий ход плюс длина подшипников плюс запас на опоры и крепёж. Увеличивать длину без необходимости не стоит: чем длиннее вал, тем больше он прогибается под нагрузкой. Если ход большой, используйте либо вал большего диаметра, либо вал с опорой по всей длине.

Опоры

Вал можно закреплять по концам или по всей длине.

• Концевые опоры (стойки) фиксируют вал в двух точках. Подходят для небольших длин и умеренных нагрузок.
• Опоры по всей длине — вал устанавливается на рельсе или на основании по всей протяжённости. Такая схема жёстче и подходит для длинных ходов.

В обоих случаях опоры должны быть выставлены соосно, а параллельные валы — параллельно друг другу. Если два вала установлены с перекосом, подшипники будут заклинивать.

Что с материалом

Для влажной среды подойдёт нержавеющая сталь, но её твёрдость, как правило, ниже, а ресурс меньше. В большинстве промышленных узлов используют закалённую подшипниковую сталь. Дополнительно поверхность можно защитить хромированием.

Пошаговый подбор

1. Определите нагрузки и необходимый ход.
2. Выберите линейный подшипник нужной серии.
3. Подберите вал по диаметру подшипника.
4. Выберите тип опоры.
5. Рассчитайте прогиб вала под нагрузкой.
6. Проверьте допуск и твёрдость.

Прогиб вала

Для оценки прогиба используют формулы балки на двух опорах. Если расчётный прогиб превышает допустимую погрешность узла, увеличьте диаметр вала, сократите расстояние между опорами или перейдите на рельсовые направляющие. Для длинных ходов и больших нагрузок последний вариант оказывается надёжнее.

Подходящие валы и опоры можно подобрать в каталоге https://ballroll.ru/catalog/valy

Распространённые ошибки

Первая ошибка — использование обычных строительных стержней или арматуры вместо шлифованных валов. Диаметр у них «плавает», а твёрдость поверхности низкая, поэтому шарики быстро вырабатывают дорожки. Вторая — отсутствие запаса по длине: каретка упирается в опору, и ход становится короче расчётного. Третья — неправильная соосность опор. Даже небольшой перекос приводит к тому, что подшипник начинает работать на кромках шариков и выходит из строя гораздо раньше срока.

Нужен ли запас по диаметру

Часто начинающие конструкторы берут вал «потолще, чтобы надёжнее». Но переход на следующий диаметр означает замену подшипников, опор и посадочных плит. Разумнее сначала рассчитать прогиб под реальной нагрузкой и только затем принимать решение.

При сомнениях сообщите менеджеру ход, нагрузку и количество подшипников на оси: по этим данным легко определить диаметр и тип опор.