Виды подшипников качения (ПШК): характеристики, применение, маркировка, размеры, достоинства и недостатки

Опорный или, как принято называть, упорный подшипник представляет собой особый тип подшипников качения и скольжения, воспринимающих исключительно осевую нагрузку. Также существуют и виды в большей или меньшей степени воспринимающие радиальные усилия — радиально-упорные и упорно-радиальные подшипники.

Навигация по статье

Конструкция опорных подшипников

Назначение опорных подшипников

Виды и особенности опорных подшипников

Особенности обслуживания опорных подшипников

Что такое подшипники качения и для чего они нужны

Изделия представляют собой две кольца, являющиеся внешней и внутренней обоймой, или опорной частью, компонентов качения, сепаратора, который их разделяет, удерживает на одинаковом расстоянии и направляет.

По верхней поверхности малой и внутренней части большой обоймы проточены специальные канавки или дорожки. У упорных ПШК желобки выполнены на торцах. Для снижения габаритов, увеличения точности и степени жесткости, в ряде узлов механизмов применяются специально разработанные совмещенные опоры. В этом случае желобки для шариков или роликов протачиваются на валу или на поверхности корпуса, в который планируется установка.

Есть типы, которые функционируют без сепаратора. У них увеличенное количество деталей, повышенная грузоподъемность, но значительно ниже предельные параметры частоты вращения из-за увеличенного момента сопротивления, возникающего в трущихся, неразделенных шариках.

Основное отличие подшипников качения от скольжения заключается в пониженном расходовании энергии на трение и уменьшении эксплуатационного износа. В закрытых изделиях практически не требуется замена смазки и другие виды обслуживания, даже при интенсивной эксплуатации. Открытые детали достаточно чувствительны к попаданию мусора и посторонних предметов, это приводит к нарушению работоспособности и преждевременному выходу из строя или полному разрушению.

При работе возникают различные силовые воздействия: радиальные, направленные перпендикулярно, и осевые — действующие параллельно.

Международная система

Таким образом, в России предприятия, изготавливающие подшипники, ГОСТа придерживаться должны в обязательном порядке. Определить, что представляет собой изделие, выпущенное у нас в стране, совершенно не сложно по его маркировке. С импортными устройствами этого типа, к сожалению, все далеко не так просто.

За границей классификация подшипников существует такая же, как у нас, а вот какой-то общепринятой четкой системы обозначений, к сожалению, там не имеется. Зарубежные производители маркируют свою продукцию так, как им заблагорассудится.

Дополнительные обозначения на подшипниках, изготовленных, к примеру, в том же Китае, могут наноситься как до основного блока, так и после него. Сама базовая информация, как и в российской системе, обычно представляется в виде нескольких цифр (3-5). Чаще всего в маркировке импортных подшипников:

• первый символ обозначает тип изделия;
• следующие две цифры представляют серию размера ISO;
• последние две цифры указывают код размера подшипника.

Как и в российской системе, в китайской последние две цифры, если они есть, следует умножать на 5. Таким образом можно определить внутренний диаметр подшипника в миллиметрах.

К примеру, характеристики подшипников, промаркированных как N315-EM/C3, будут такими:

• N — это тип подшипника роликовый радиальный;
• 315 — размеры ISO изделия;
• буквы EM указывают в данном случае на то, что в подшипнике предусмотрен латунный сепаратор;
• С3 — группа радиального зазора.

Классификация подшипников качения, маркировка, преимущества и недостатки, схемы

Группирование на классы производится по ряду отличительных особенностей и технических характеристик:

• форма и количество тел;
• направление рабочих усилий и постоянной нагрузки, габариты;
• возможность самоустанавливаемости
• типу сепаратора, который бывает змейковым, самым распространенным, клепаным и цельным.

Большое значение имеет класс точности подшипника качения, являющийся важным критерием отбора при производстве механизмов и агрегатов с жесткими требованиями нормативов, условий эксплуатации.

По форме тел

1. Шариковые обладают значительной скоростью вращения, за счет меньшего контакта с плоскостью потери на трение ниже, чем у роликовых. У изделий упрощенный монтаж, небольшой уровень шума и бюджетная стоимость.
2. Роликовые детали имеют увеличенную грузоподъемность и износостойкость, изготавливаются с укороченными и длинными телами в виде цилиндров, бочонков, игольчатые, конусообразные, комбинированные и пр. Практически не боятся перегрузок, но требуют большой осторожности при установке, при перетягивании возможна деформация сепаратора.

Отличить детали можно по существующей маркировке на схеме, в основном индексе, состоящем из 7 цифр, пятый обозначает конфигурацию тел. Например: 3 — конические роликовые, 6 — однорядные шариковые, N — цилиндрические с роликами и т.д.

Число рядов

По этому показателю ПШК подразделяются на:

1. однорядные хорошо работают при осевых двухсторонних и радиальных силовых воздействиях, выдерживают перекосы. Возможность использования с увеличенным углом наклона при отсутствии бортового кольца значительно повышает функциональность. При этом грузоподъемность ограничена и пониженная возможность воспринимать моментальную нагрузку. Отличительным обозначением маркировки является: шариковые: 6 — радиальные, 7 — радиальноупорные, роликовые: 2 — сферические, 3 — конические, 8 — упорные и т.д.
2. двухрядные позволяют небольшой перекос только в случае проточенной канавки в обойме, но обладают увеличенной грузоподъемностью, выносливостью и возможностью работы при значительных деформациях вала, хорошо выдерживают разнонаправленное усилие. Обладают гораздо большим ресурсом, но и повышенной стоимостью. Обозначения: 0 — радиальноупорные, 4 -радиальные шариковые.

Способ компенсации перекашивания вала

1. самоустанавливающиеся, к которым относятся сферические детали, применяемые при угловом и не совсем точном осевом расположении вала механизма и корпусного монтажного отверстия. У элементов повышенные скоростные показатели, нет необходимости в регулярном обслуживании, пониженный уровень трения и шума, слабочувствительны к угловым перекосам. Эти детали 2-рядные шариковые с общей канавкой на внешней обойме.
2. требующие тщательного выверенного монтажа, а также соблюдения допусков при посадке. Изделия в основном 1-рядные, достаточно бюджетные, применяются в узлах и механизмах с небольшой нагрузкой. Маркируются соответственно рядности.

Способность восприятия нагрузки в предпочтительном направлении

Отличительные особенности и характеристики элементов в основном различаются способностью выдерживать разные типы давления во всех направлениях, а также моментальные воздействия. Более детальные особенности даны ниже в разделе о назначении. Маркировка обозначена цифрой в скобках.

1. радиальные (6), для возможности осуществления значительных усилий;
2. упорные (8), для комбинированной нагрузки, учитывая отклонение осей роликов;
3. упорнорадиальные (0), способны воспринимать в основном осевые усилия.

Размеры при одинаковом внутреннем диаметре

По этому параметру ПШК распределяются на серии, в индексе маркировки ее обозначает цифра 3, в скобках:

• сверхлегкие (8 и 9), особолегкие (1,7), применяются в небольших механизмах, где не требуется выдерживать значительную нагрузку;
• легкие (2) и широкие облегченные (5), требуется увеличенная грузоподъемность и способность противостоять осевым и радиальным усилиям;
• средние (3) и среднеширокие (6), для сложных устройств, работающих в постоянно нагруженном состоянии;
• тяжелые (4) и особотяжелые, для силовых агрегатов и механизмов больших размеров, требующих спокойно воспринимать разнонаправленное повышенное воздействие.

Ширина при сопоставимом размере внешней обоймы

По этому показателю изделия классифицируются в зависимости от степени грузоподъемности и способности выдерживать осевой прессинг. Более расширенная конструкция выносливее воспринимает вибрацию и биение вала:

• узкие (7);
• нормальные (1);
• широкие (2);
• особоширокие (3-6).

Размеры устройств: внутренний диаметр

На этот параметр указывают первые две цифры с конца в маркировке. Для подшипников с внутренним диаметром свыше 20 мм их нужно умножать на 5. В нашем примере — это цифры 0 и 6. Шесть умножаем на пять, получаем 30 мм.

Конечно же, не только большие могут иметь подшипники размеры. Таблица, представленная ниже, показывает, как маркируется внутренний диаметр маленьких изделий этого типа (до 20 мм). На 5 в данном случае ничего умножать не нужно.
Маркировка подшипников с внутренним диаметром меньше 20 мм

Монтаж подшипников качения

Конструктивные особенности ПШ, валов и корпусных деталей, которые выступают опорной частью сборного узла, должны обеспечивать удобство при монтаже каждого компонента, соблюдение предписанных допусков и технологических зазоров для заданной работоспособности механизма и всего агрегата в целом.

Монтаж производится без необходимости подгонки и дополнительной механической обработки. Если же потребность в корректировке возникает, есть вероятность нарушения должного функционирования в будущем при большой нагрузке.

Когда предусмотрен посадочный натяг, ПШ монтируется на вал и в корпусную деталь предварительно, а полное соединение всего узла выполняется при помощи посадочных поясов с предусмотренными зазорами. Сборка значительно усложняется, когда необходима посадка с натягом одновременно на валу и в корпусном элементе.

Для фиксации часто применяются кольцевые стопоры. Все усилия для установки следует производить при помощи приспособлений или гидравлических прессовых механизмов, оборудованных оправками и устройствами для недопущения перекоса.

Если оправки для монтажа отсутствуют, а необходима установка ПШК с натягом, можно использовать молоток, желательно с медным набалдашником, и обязательно демпфирующую прокладку или направляющую трубу. Удары наносятся равномерно, нельзя допускать осевого перекашивания обойм, может произойти повреждение посадочного места, которое чревато сокращением срока эксплуатации и разрушению детали.

Стандарты устройств скольжения

Подшипники любой разновидности — изделия прежде всего стандартные. В противном случае подобрать подобное устройство для того или иного механизма было бы крайне сложно.

По каким же нормативам изготавливаются подшипники? ГОСТ регулирует не только собственно размеры подобных изделий, но и, к примеру, условные обозначения их конструктивных элементов и многие другие параметры. Какие именно нормативные документы регулируют изготовление устройств скольжения, можно посмотреть в представленной ниже таблице.
ГОСТ для подшипников скольжения

Смазка для подшипников качения, как выбирать перед сборкой

В зависимости от условий эксплуатации и конструкции сборного механизма могут применяться различные составы, от масел до консистентных составов.

Основные требования к смазке:

• физическая и химическая стабильность;
• отсутствие механических и прочих посторонних примесей;
• предохранение от коррозии и окисления поверхностей;
• хорошие пластичные характеристики, способность погашать и нивелировать воздействие центробежных сил;
• сохранение начальной консистенции и степени вязкости на протяжении всего периода эксплуатации.

Все основные рекомендации для каждой серии прописаны подробно в ГОСТ и технологических инструкциях, которые следует тщательно изучить перед началом монтажа.

Гидравлические подпятники

В гидравлических подпятниках осевую нагрузку воспринимает масляная подушка в замкнутой полости, питаемом насосом. Вал поддерживаемся в постоянном вертикальном положении посредством маслораспределительных устройств.

В простейшей конструкции (рис. 724, а) масло подается в кольцевую канавку m подпятника, откуда через лыску n и радиальное отверстие в вале поступает в замкнутое пространство под торцом вала.

Положение, изображенное на рисунке (кромка лыски касается кромки кольцевой канавки), является равновесным: маслоподводящая канавка перекрыта; масло под торец вала не подается. При опускании вала радиальное отверстие сообщается с кольцевой канавкой, масло поступает под торец вала, возвращая его в исходное положение. Таким образом, вал непрерывно колеблется с небольшой амплитудой возле равновесного положения.

Лыска, обеспечивающая открытие сразу больших сечений, способствует уменьшению амплитуды колебаний.

Упорная шайба 1, расположенная с небольшим зазором относительно фланца подпятника, служит для фиксации вала на стоянках.

В конструкции (б) подпитка масляной подушки осуществляется посредством игольчатого клапана, управляемого валом. Равновесным является положение, когда торец вала слегка прикасается к хвостовику клапана, находящегося в закрытом состоянии. При опускании вал открывает клапан, и масло поступает в полость, возвращая вал в исходное положение.

Несущая способность гидравлических подпятников зависит от давления подачи масла и площади сечения вала. При давлении 3—4 МПа нагружаемость сравнима с несущей способностью механических подпятников тех же радиальных размеров.

Если диаметр d = 50 мм, давление подачи р = 3 МПа, то несущая способность P = 0,785·d2·p = 0,785·502·3 = 6 кН.

Трение (имеется в виду трение по масляной подушке) незначительно.

Если масляная подушка питается от насоса с независимым приводом, то в периоды пуска и выбега полужидкостное трение на шайбе 1 отсутствует.

Недостатками гидравлических подпятников являются высокое давление масла, относительно большая затрата мощности на создание масляной подушки и недостаточно точная фиксация вала в осевом направлении.

Гидравлические подпятники применяют для валов небольшого диаметра (в среднем до 50 мм), нагруженных силами до 10 кН. При больших нагрузках целесообразно применять энергетически более выгодные гидростатические подшипники.

Назначение и выбор шариковых подшипников качения

1. Радиальные однорядные хорошо воспринимают 2-х сторонние осевые нагрузки, хорошо функционируют при перекашивании;
2. С 2-мя рядами, радиально-сферические имеют канавку для размещения и движения шариков на поверхности наружной обоймы, которая позволяет перекашивание колец до 4 градусов. Это обстоятельство дает возможность больших деформаций вала и неполного соответствия соосности опорных отверстий в корпусных деталях. П/ш хорошо выдерживает осевые усилия, возникающие с обеих сторон. При скорости вращения, превышающих 10 м/с, необходимо применение достаточно габаритного и мощного сепаратора для недопущения деформирования механического узла;
3. Однорядные радиальноупорные элементы хорошо воспринимают односторонние нагрузки и усилия. Конструктивной особенностью является срезанное кольцо наружного борта с одной стороны, давая возможность установки большего количества шариков сопоставимых параметров и повышения несущей способности до 30%. Увеличение усилий позволяет использование деталей по повышенным углом наклона, что расширяет функциональность;
4. 2-х рядные радиальноупорные способны функционировать при увеличенных всех силовых воздействиях, которые оказываются в различных направлениях. К степени жесткости опор вала, в этом случае, предъявляются повышенные требования;
5. С 4-х точечной опорой востребованы при больших 2-х сторонних усилиях и высоких нагрузках. Грузоподъемность по радиальной оси увеличена на 50% по сравнению с однорядным элементом;
6. Одинарный упорный может работать только при осевом воздействии, двойной при знакопеременных на скоростях вращения в диапазоне от 5 до 10 м/сек.

Особенности и типы роликоподшипников

Хотя роликовые ПШ работают при более низких оборотах вала, чем шариковые, грузоподъемность у них выше на 50-70%.

Основные серии:

1. Радиальные с укороченными цилиндрическими телами способны воспринимать повышенные воздействия, допускают смешение обойм по оси, востребованы в случаях, когда требуется обеспечить работоспособность вала при осевых смещениях;
2. 2-х рядные сферические допускают смещение до 3 градусов, хорошо воспринимают радиальные усилия и 2-х сторонние осевые;
3. Радиальноупорные с коническими телами характеризуются удобством при сборке и монтаже, способны противостоять одностороннему напору при угле контакта от минус 8 до 16 градусов. У элементов увеличенная степень чувствительности к отклонению от заданной оси, перекашиванию корпуса;
4. Игольчатый функционирует только при радиальных усилиях, может монтироваться без одной из обойм, если не позволяют габаритные размеры. Посадочное места вала и корпусной детали следует подвергнуть термической обработке, закаливанию до достижения повышенной твердости, затем шлифовке и полировке до заданных нормативами отклонений. Работают при скорости вращения не более 5 м/сек;
5. Элемент с витыми телами хорошо воспринимает в работе ударные воздействия. Чтобы не допустить осевого смещения верхней и нижней обоймы, ролики чередуются с противоположной навивкой.

Перечень ГОСТов

1. ГОСТ 520—2002 Подшипники качения. Общие технические условия.

2. ГОСТ 831-75 Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные. Типы и основные размеры.

3. ГОСТ 832-78 Подшипники шариковые радиально-упорные сдвоенные. Типы и основные размеры.

4. ГОСТ 2893-82 Подшипники качения. Канавки под упорные пружинные кольца. Кольца упорные пружинные. Размеры.

5. ГОСТ 3189-89 Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений.

6. ГОСТ 3325-85 Подшипники качения. Поля допусков и технические требования к посадочным поверхностям валов и корпусов. Посадки.

7. ГОСТ 3395-89 Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения.

8. ГОСТ 3478-79 Подшипники качения. Основные размеры.

9. ГОСТ 3722-81 Подшипники качения. Шарики. Технические условия.

10. ГОСТ 4252-75 Подшипники шариковые радиально-упорные двухрядные. Основные размеры.

11. ГОСТ 4657-82 Подшипники роликовые радиальные игольчатые однорядные. Основные размеры. Технические требования.

12. ГОСТ 5377-79 Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами без внутреннего или наружного кольца. Типы и основные размеры.

13. ГОСТ 5721-75 Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные. Типы и основные размеры.

14. ГОСТ 6364-78 Подшипники роликовые конические двухрядные. Основные размеры.

15. ГОСТ 6870-81 Подшипники качения. Ролики игольчатые. Технические условия.

16. ГОСТ 7242-81 Подшипники шариковые радиальные однорядные с защитными шайбами. Технические условия.

17. ГОСТ 7634-75 Подшипники радиальные роликовые многорядные с короткими цилиндрическими роликами. Типы и основные размеры.

18. ГОСТ 7872-89 Подшипники упорные шариковые одинарные и двойные. Технические условия.

19. ГОСТ 8328-75 Подшипники роликовые радиальные с короткими цилиндрическими роликами. Типы и основные размеры.

20. ГОСТ 8338-75 Подшипники шариковые радиальные однорядные. Основные размеры.

21. ГОСТ 8419-75 Подшипники роликовые конические четырехрядные. Основные размеры.

22. ГОСТ 8530-90 Подшипники качения. Гайки, шайбы и скобы для закрепительных втулок. Технические условия.

23. ГОСТ 8545-75 Подшипники шариковые и роликовые двухрядные с закрепительными втулками. Типы и основные размеры.

24. ГОСТ 8882-75 Подшипники шариковые радиальные однорядные с уплотнениями. Технические условия.

25. ГОСТ 8995-75 Подшипники шариковые радиально-упорные однорядные с одним разъемным кольцом. Типы и основные размеры.

26. ГОСТ 9592-75 Подшипники шариковые радиальные с выступающим внутренним кольцом. Технические условия.

27. ГОСТ 9942-90 Подшипники упорно-радиальные роликовые сферические одинарные. Технические условия.

28. ГОСТ 13014-80 Втулки стяжные подшипников качения. Основные размеры.

29. ГОСТ 18572-81 Подшипники роликовые с цилиндрическими роликами для букс железнодорожного подвижного состава. Основные размеры.

30. ГОСТ 18854-94 Подшипники качения. Статическая грузоподъемность.

31. ГОСТ 18855-94 Подшипники качения. Динамическая расчетная грузоподъемность и расчетный ресурс (долговечность).

32. ГОСТ 20531-75 Подшипники роликовые игольчатые радиально-упорные комбинированные. Технические условия.

33. ГОСТ 22696-77 Подшипники качения. Ролики цилиндрические короткие. Технические условия.

34. ГОСТ 23179-78 Подшипники качения радиальные шариковые однорядные гибкие. Технические условия.

35. ГОСТ 23526-79 Подшипники роликовые упорные с цилиндрическими роликами одинарные. Типы и основные размеры.

36. ГОСТ 24208-80 Втулки закрепительные подшипников качения. Основные размеры.

37. ГОСТ 24297-87 Входной контроль продукции. Основные положения.

38. ГОСТ 24696-81 Подшипники роликовые радиальные сферические двухрядные с симметричными роликами. Основные размеры.

39. ГОСТ 24810-81 Подшипники качения. Зазоры.

40. ГОСТ 24850-81 Подшипники шариковые радиальные однорядные с двумя уплотнениями, с широким внутренним кольцом и сферической наружной поверхностью наружного кольца. Основные размеры.

41. ГОСТ 24955-81 Подшипники качения. Термины и определения.

42. ГОСТ 25255-82 Подшипники качения. Ролики цилиндрические длинные. Технические условия.

43. ГОСТ 25256-82 Подшипники качения. Допуски. Термины и определения.

44. ГОСТ 25455-82 Подшипники качения. Втулки закрепительные и стяжные. Технические условия.

45. ГОСТ 27057-86 Подшипники упорные роликовые конические одинарные. Основные размеры.

46. ГОСТ 27365-87 Подшипники роликовые конические однорядные повышенной грузоподъемности. Основные размеры.

47. ГОСТ 28428-90 Подшипники радиальные шариковые сферические двухрядные. Технические условия.

48. ГОСТ 9013-59 Металлы. Методы измерения твердости по Роквеллу.

49. ГОСТ 3635-78 Подшипники шарнирные. Технические условия.

50. ГОСТ Р 52545.1-2006 (ИСО 15242-1:2004) Подшипники качения. Методы измерения вибрации. Основные положения.

Материалы для изготовления подшипников качения

Для производства основных компонентов применяются хромистые стальные сплавы с высоким содержанием углерода ШХ15СГ, ШХ15 и пр., и легированные цементируемые стали. Для эксплуатации в условиях повышенных температурных режимов и в агрессивных условиях используют коррозионно-устойчивые и теплостойкие стальные сплавы.

Для сепараторов необходима углеродистая сталь, их производят методом штамповки. Если функционирование происходит при повышенной скорости вращения вала, сепарационные элементы делают из бронзы, латуни и пр.

Содержание

• Отличие между роликовыми и шариковыми подшипниками
• Виды роликовых подшипников

1. Подшипник роликовый цилиндрический однорядный
2. Подшипник роликовый двухрядный
3. Подшипники роликовые сферические
4. Опорные ролики с цапфой
5. Опорные ролики высокой грузоподъёмности
6. Ролико-винтовая передача