Подшипники качения общие сведения. Какими бывают подшипники, и где их применяют Из чего состоит упорный подшипник

Статья написана исключительно для ознакомления интернет-пользователей с основными разновидностями подшипников. Будет полезна студентам ВТУЗов и, возможно, молодым специалистам.

Мы не несем ответственности за непосредственный, опосредственный или непреднамеренный ущерб, нанесенный в результате использования информации представленной в данной статье.

Постоянный адрес статьи:

При любом использовании данного материала ссылка на него обязательна!

Вы также можете принять участие в написание статьи, оставив свои дополнения , замечания и комментарии на электронном адресе: Указание имени автора того или иного изменения гарантируется!

Внимание! Доступна новая версия статьи! Подробнее: http://www.prompk.ru/ntn-snr/e/about_bearings/about_bearing.htm

Обсуждение новой версии статьи: http://www.liveinternet.ru/users/prompk_ru/post205546614/

Основные разновидности подшипников

Подшипники - это технические устройства , являющиеся частью опор вращающихся осей и валов. Они воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу или оси, и передают их на раму, корпус или иные части конструкции. При этом они должны также удерживать вал в пространстве, обеспечивать вращение, качание или линейное перемещение с минимальными энергопотерями. От качества подшипников в значительной мере зависит коэффициент полезного действия, работоспособность и долговечность машины.

В настоящее время широко находят применение подшипники:

контактные (имеющие трущиеся поверхности) - подшипники качени я и скольжения ;

бесконтактные (не имеющие трущихся поверхностей) - магнитные подшипники .

По виду трения различают:

подшипники скольжения , в которых опорная поверхность оси или вала скользит по рабочей поверхности подшипника;

подшипники качения , в которых используется трение качения благодаря установке шариков или роликов между подвижным и неподвижным кольцами подшипника.

Подшипники скольжения

Принципиальная схема опоры с подшипником скольжения

Подшипник скольжения представляет собой корпус, имеющий цилиндрическое отверстие, в которое вставляется вкладыш или втулка из антифрикционного материала (часто используются цветные металлы), и смазывающее устройство. Между валом и отверстием втулки подшипника имеется зазор, который позволяет свободно вращаться валу. Для успешной работы подшипника зазор предварительно рассчитывается.

В зависимости от конструкции, окружной скорости цапфы, условий эксплуатации трение скольжения бывает:

жидкостным, когда поверхности вала и подшипника разделены слоем жидкого смазочного материала , непосредственного контакта между этими поверхностями либо нет, либо он происходит на отдельных участках;

граничным – поверхности вала и подшипника соприкасаются полностью или на участках большой протяженности, причем смазочный материал в виде тонкой пленки ;

сухим – непосредственный контакт поверхностей вала и подшипника по всей длине или на участках большой протяженности , жидкостной или газообразный смазочный материал отсутствует;

газовое – поверхности вала и подшипника разделены слоем газа , трение минимально.

Виды смазки подшипников скольжения

Основные виды смазки	Смазочные материалы и материалы для создания смазочных покрытий. Варианты смазки
	В наноструктурном состоянии: С, BN , MoS 2 и WS 2 ; В виде нанокомпозиционных покрытий: WC / C , MoS 2 / C , WS 2 / C , TiC / C и наноалмаза; В виде алмазных и алмазоподобных углеродистых покрытий: пленок из алмаза, гидрогенизированного углерода (a - C : H ), аморфного углерода (a -С), нитрида углерода (C 3 N 4 ) и нитрида бора (BN ); В виде твердых и сверхтвердых покрытий из VC , B 4 C , Al 2 O 3 , SiC , Si 3 O 4 , TiC , TiN , TiCN , AIN и BN , В виде чешуйчатых пленок из MoS 2 и графита; В виде неметаллических пленок из диоксида титана, фтористого кальция, стекла, оксида свинца, оксида цинка и оксида олово, В виде пленки из мягких металлов: свинца, золото, серебра, индия, меди и цинка, В виде самосмазывающихся композитов из нанотрубок, полимеров, углерода, графита и металлокерамики, В виде чешуйчатых пленок из углеродных составов: фторированного графита и фторид графита; Углерод; Полимеры: PTFE, нейлон и полиэтилен, Жиры, мыло, воск (стеариновая кислота), Керамика и металлокерамика.
Жидкостная	Гидродинамическая смазка: толстослойная и эластогидродинамическая; - гидростатическая смазка; - смазка под высоким давлением.
Тонкопленочная	Смешанная смазка (полужидкостная); Граничная смазка.
	Газодинамическая смазка

Существует большое количество конструктивных типов подшипников скольжения : самоустанавливающиеся, сегментные, самосмазывающиеся и т.д.

г )

а - внешний вид,

б - типичный шарнирный подшипник с поверхностью скольжения типа " металл-металл",

в - типичный шарнирный подшипник с самосмазывающейся поверхностью,

г - благодаря возможности самоустановки и восприятия больших нагрузок шарнирные подшипники находят применение в узлах тяжелой техники (например, в гидроцилиндре экскаватора)

Шарнирные подшипники скольжения - одни из немногих типов подшипников скольжения, которые стандартизированы и выпускаются промышленностью серийно

Подшипники скольжения имеют следующие преимущества:

допускают высокую скорость вращения;

позволяют работать в воде, при вибрационных и ударных нагрузках;

экономичны при больших диаметрах валов;

возможность установки на валах, где подшипник должен быть разъемным (для коленчатых валов);

допускают регулирование различного зазора и, следовательно, точную установку геометрической оси вала.

а - двигатель шпинделя HDD c подшипником качения,

б - двигатель шпинделя HDD c гидродинамическим подшипником скольжения,

в - расположение гидродинамического подшипника скольжения в HDD (Hard Disk Drive)

Использование гидродинамических подшипников скольжения вместо подшипников качения в компьютерных HDD (Hard Disk Drive ) дает возможность регулировать скорость вращения шпинделейв широком диапазоне (до 20 000 об/мин), уменьшить шум и влияние вибраций на работу устройств, тем самым позволив увеличить скорость передачи данных, обеспечить сохранность записанной информации и срок службы устройства в целом (до 10 лет), а также - создать более компактные HDD ( 0,8-дюймовые )

Сравнение типов подшипников используемых в шпинделях HDD (Hard Disk Drive)

Требования к HDD	Требования к подшипнику	Подшипник качения	Гидродинамический подшипник		Типичное применение
			из твердого металла	из пористого материала*
Большой объем хранения данных	Однократные биения				Персональный компьютер, сервер
	Высокие скорости вращения
Низкий уровень шума	Низкий уровень шума				Пользовательский компьютер (нетбуки, SOHO)
Низкое потребление тока	Низкий крутящий момент
Устойчивость к ударам	Устойчивость к ударам				Мобильные компьютеры (ноутбуки)
Безотказность	Устойчивость к заклиниванию				Все компьютеры
Жесткость	Жесткость

Примечание:

* - данные приведены для NTN BEARPHITE;

** - обозначения: ++ - очень хорошо, + - хорошо, о - посредственно.

Недостатки подшипников скольжения:

высокие потери на трение и, следовательно, пониженный коэффициент полезного действия (0,95... 0,98);

необходимость в непрерывном смазывании;

неравномерный износ подшипника и цапфы;

применение для изготовления подшипников дорогостоящих материалов;

относительно высокая трудоемкость изготовления.

Подшипники качения

Принципиальная схема опоры с подшипником качения

Подшипники качения работают преимущественно при трении качения и состоят из двух колец, тел качения , сепаратора, отделяющего тела качения друг от друга, удерживающего на равном расстоянии и направляющего их движение. По наружной поверхности внутреннего кольца и внутренней поверхности наружного кольца (на торцевых поверхностях колец упорных подшипников качения) выполняют желоба – дорожки качения, по которым при работе подшипника катятся тела качения.

а)	б)	в)
г) д)

а - с шариковыми телами качения, б - с короткими цилиндрическими роликами, в - с длинными цилиндрическими или игольчатыми роликами, г - с коническими роликами ,

д - с бочкообразными роликами

Примечание: приведены только некоторые виды тел качения

В подшипниках качения применяются тела качения различных форм

В некоторых узлах машин в целях уменьшения габаритов, а также повышения точности и жесткости , применяются так называемые совмещенные опоры: дорожки качения выполняются непосредственно на валу или на поверхности корпусной детали. Некоторые подшипники качения изготовляют без сепаратора. Такие подшипники имеют большое число тел качения и, следовательно, большую грузоподъемность. Однако предельные частоты вращения бессепараторных подшипников значительно ниже вследствие повышенных моментов сопротивления вращению.

Для сокращения радиальных размеров и массы используются “безобоемные” подшипники

Сравнение подшипников качения по эксплуатационным характеристикам

Тип подшипника	Высокая частота вращения	Восприятие перекоса
			радиальная	осевая	комбинированная
Шариковый радиальный
Шариковый радиальный двухрядный сферический
Радиально-упорный однорядный шариковый
Радиально-упорные шариковые двухрядный и однорядный сдвоенный ("спина к спине")
Шариковый с четырехточечным контактом
С коротким цилиндрическими роликами без бортов на одном из колец
С коротким цилиндрическими роликами с бортами на противоположных сторонах наружного и внутреннего колец
Радиальный игольчатый
Сферический роликовый
Конический роликовый
Упорный шариковый
Упорный с коническими роликами
Упорно-радиальный роликовый сферический

Примечание:

* - обозначения: +++ - очень хорошо, ++ - хорошо, + - удовлетворительно, о - плохо, х - непригодно.

По сравнению с подшипниками скольжения имеют следующие преимущества:

значительно меньше потери на трение, а, следовательно, более высокий КПД (до 0,995) и меньший нагрев;

в 10...20 раз меньше момент трения при пуске;

экономия дефицитных цветных материалов, которые чаще всего используются при изготовлении подшипников скольжения;

меньшие габаритные размеры в осевом направлении;

простота обслуживания и замены;

меньше расход смазочного материала;

невысокая стоимость вследствие массового производства стандартных подшипников;

простота ремонта машины вследствие взаимозаменяемости подшипников.

e )

а - повреждение внутреннего кольца сферического роликового подшипника, вызванное чрезмерным натягом при посадке ;

б - фреттинг-коррозия внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием вибрации ;

в - повреждение внутреннего кольца радиального шарикового подшипника, вызванное действием чрезмерной осевой нагрузки ;

г - повреждение внутреннего кольца радиального роликового цилиндрического подшипника, вызванное действием чрезмерной радиальной нагрузки ;

д - следы ржавчины на поверхности ролика сферического роликового подшипника, вызванные попаданием воды внутрь подшипника ;

e - повреждение сепаратора роликового конического подшипника, вызываемое действием больших нагрузок и/или вибраций , и/или неправильным монтажом, и/ или смазыванием, и/или работойна высоких частотах вращения

Повреждения подшипников качения

Недостатками подшипников качения являются:

ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

повышенная чувствительность к неточности установки;

высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Магнитные подшипники

Принцип работы магнитного подшипника (подвеса) основан на использовании левитации, создаваемой электрическими и магнитными полями. Магнитные подшипники позволяют без физического контакта осуществлять подвес вращающегося вала и его относительное вращение без трения и износа.

Детская игрушка Левитрон наглядно демонстрирует, на что способны электромагнитные поля

Электрические и магнитные подвесы, в зависимости от принципа действия, принято разбивать на девять типов:

Электростатические;

на постоянных магнитах;

активные магнитные;

LC- резонансные;

индукционные;

кондукционные;

диамагнитные;

Сверхпроводящие;

Магнитогидродинамические.

Принципиальная схема типичной системы на основе активного магнитного подшипника (АМП)

Наибольшую популярность в настоящее время получили активные магнитные подшипники. Активный магнитный подшипник (АМП) - это управляемое мехатронное устройство, в котором стабилизация положения ротора осуществляется силами магнитного притяжения, действующими на ротор со стороны электромагнитов, ток в которых регулируется системой автоматического управления по сигналам датчиков перемещений ротора. Полный неконтактный подвес ротора может быть осуществлен с помощью либо двух радиальных и одного осевого АМП, либо двух конических АМП. Поэтому система магнитного подвеса ротора включает в себя как сами подшипники, встроенные в корпус машины, так и электронный блок управления, соединенный проводами с обмотками электромагнитов и датчиками. В системе управления может использоваться как аналоговая, так и более современная цифровая обработка сигналов.

Принципиальная схема управления типичной системы на основе активного магнитного подшипника

Основными преимуществами АМП являются:

относительно высокая грузоподъемность;

высокая механическая прочность;

возможность осуществления устойчивой неконтактной подвески тела;

возможность изменения жесткости и демпфирования в широких пределах;

возможность использования при высоких скоростях вращения, в вакууме, высоких и низких температурах, стерильных технологиях...

а)

а - схема компрессора с подшипниками качения,

б - схема компрессора с магнитными подшипниками

Применение магнитных подшипников дает возможность сделать конструкцию более жесткой, что, например, позволяет уменьшить динамический прогиб вала при высоких частотах вращения

В настоящие время для АМП идет создание международного стандарта, для чего был создан специальный комитет ISO TC108/SC2/WG7.

АМП могут эффективно применяться в следующем оборудовании :

Турбокомпрессоры и турбовентиляторы;

Турбомолекулярные насосы;

Электрошпиндели (фрезерные, сверлильные, шлифовальные);

Турбодетандеры;

газовые турбины и турбоэлектрические агрегаты;

инерционные накопители энергии.

Шпиндели для вакуумных машин с активными магнитными подшипниками

Однако АМП требуют сложную и дорогостоящую аппаратуру управления, внешнего источника электроэнергии, что снижает эффективность и надежность всей системы. Поэтому идут активные работы по созданию пассивных магнитных подшипников (ПМП), которые не требуют сложных систем регулирования: например, на основе высокоэнергетических постоянных магнитов NdFeB (неодим-жедезо-бор).

Пассивный магнитный подшипник на основе высокоэнергетических постоянных магнитов

1 ) Albert Kascak , Robert Fusaro & Wilfredo Morales. Permanent Magnetic Bearing for Spacecraft Applications. NASA/TM-2003-211996;
2) Ball and Roller Bearings. Сat. №2202. NTN, 2001; 3) Care andMaintenanceof Bearings. Сat. № 3017. NTN;
4) Henrik Strand. Design, Testing and Analysis of Journal Bearings for Construction Equipment. Department of Machine Design. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2005;

5) ISO Standardization for Active Magnetic Bearing Technology. Published 2005 ;

6) Kazuhisa Miyoshi. Solid Lubricants and Coatings for Extreme Environments: State-of-the-Art Survey. NASA, 2007 ;
7) Needle Roller Bearings. Cat.№ 2300-VII/E. NTN;
8) Needle Roller Bearing Series General Catalogue. IKO;

10 ) Lei Shi, Lei Zhao, Guojun Yang и др. DESIGN AND EXPERIMENTS OF THE ACTIVE MAGNETIC
BEARING SYSTEM FOR THE HTR-10. 2nd International Topical Meeting on HIGH TEMPERATURE REACTOR TECHNOLOGY . Beijing, CHINA, September 22-24, 2004;
11) Linear Motion Rolling Guide Series General Catalogue , IKO ;
12 ) Precision Rolling Bearings. Cat .№ 2260-II/E. NTN; 13 ) Spherical Plain Bearings. Сat.№5301-II/E. NTN;

14) Torbjorn A. Lembke. Induction Bearings. A Homopolar Concept for High Speed Machines. Electrical Machines and Power Electronics. Department of Electrical Engineering. Royal Institute of Technology. Stockholm, Sweden, 2003 ;
15 ) Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. М.: Машиностроение, 2001;
16) Журавлев Ю. Н. Активные магнитные подшипники: Теория, расчет, применение. - СПб.: Политехника, 2003 ;
17 ) Орлов П.И. Основы конструирования/Справочно-методическое пособие в 2-х книгах. М.: Машиностроение, 1988;

18) Черменский О.Н., Федотов Н.Н. Подшипники качения. Справочник-каталог. М: Машиностроение, 2003.

Шариковые подшипники наиболее распространенный тип подшипников. В них применяются шариковые тела качения, которые катятся в беговых дорожках, выполненных на поверхностях наружных колец (обойм), и заключены в штампованные или механически обработанные или синтетические (полимерные) сепараторы. Благодаря точечному контакту между шариками и беговой дорожкоймомент трения у такого типа подшипников не велик, поэтому они могут развивать большие скорости вращения.

Иллюстрация: SNR

Элементы шарикового подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	штампованный	механически обработанный

По воспринимаемой нагрузки шариковые подшипники классифицируются на:

а - открытый однорядный подшипник стандартной конструкции,

б - открытый однорядный подшипник со сферическим наружным кольцом ,

в - открытый однорядный подшипник с утолщенным наружным кольцом ,

г - открытый двухрядный подшипник стандартной конструкции

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции шариковых радиальных подшипников

а - однорядный радиально-упорный подшипникстандартной конструкции,

б - однорядный подшипник с четырёхточечным контактом ,

в - двухрядный радиально-упорный подшипник ,

г - двухрядный радиально-упорный подшипник типа HUB

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции шариковых радиально-упорных подшипников

П рименение :

радиальные шариковые подшипники - электродвигатели, электробытовая техника, небольшие высокоскоростные редукторы, деревообрабатывающие станки, медицинское оборудование....;

радиально-упорные шариковые подшипники - станочные шпиндели, электродвигатели, насосы...;

с четырёхточечным контактом - редукторы ...

Отличительной особенностью этого типа подшипников является применение в качестве тел качения цилиндрических роликов, заключенных в сепараторы, изготавливаемых из различных материалов. Предназначены для несения высоких радиальных нагрузок при отсутствии осевых. Повышенная несущая способность роликовых цилиндрических подшипников (в 1.5-2 раза большая, чем одинаковых по размерам шарикоподшипников) обусловлена линейным контактом между роликами и беговыми дорожками.

Иллюстрация: SNR

Элементы роликового цилиндрического подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	стальной	латунный

Роликовые цилиндрические подшипники могут содержать один или несколько рядов тел качения (при этом грузоподъемность увеличивается).

а - однорядный роликовый цилиндрический подшипник,

б - двухрядный роликовый цилиндрический подшипник

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции роликовых цилиндрических подшипников

П рименение :

Большие электродвигатели,

гильотины ,

Мощные редукторы,

Насосы;

Шпиндели металлорежущих станков...

Благодаря применению конических роликов расположенных под некоторым углом к оси вращения подшипника, данный тип подшипников воспринимает комбинированные нагрузки (совместное действие радиальных и осевых сил).

Иллюстрация: SNR

Элементы роликового конического подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	стальной

В зависимости от условий применения, конические подшипники выпускаются различной конструкции. К примеру, для несения больших нагрузок применяются двухрядные конические роликоподшипники, а для установки в ступицы автомобилей – специальные узлы типа HUB , полностью отрегулированные и смазанные.

а - однорядный роликовый конический подшипник,

б - двухрядный роликовый конический подшипник,

в - двухрядный роликовый конический подшипниктипа HUB

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции роликовых конических подшипников

П рименение :

Косозубые механические передачи,

Осевые буксы железнодорожного транспорта,

ступицы легкового и коммерческого автотранспорта...

У этих подшипников внутренняя поверхность наружного кольца выполнена по сфере, придавая способность самоустанавливаться, что позволяет им работать при значительном перекосе внутреннего кольца относительно наружного, вызванном несоосностью посадочных мест или прогибом вала от действия нагрузок. Двойной ряд тел качения обеспечивает повышенную грузоподъемность и компенсирует отрицательные конструктивные особенности.

Иллюстрация: SNR

Двухрядный самоустанавливающийся подшипник

Данные подшипники, как правило, поставляются с сепараторами из:

стали – для использования в подшипниках общего применения или при работе в условиях высоких температур;

полимеров – для использования в подшипниках общего применения;

латуни – для работы в условиях вибрации.

Элементы двухрядного самоустанавливающегося подшипника

Наружное кольцо Внутреннее кольцо Тела качения Типы сепараторов полимерный стальной латунный

Выпускаются в двух вариантах:

Двухрядные шариковые – воспринимают радиальные нагрузки и работают при повышенных скоростях вращения;

Двухрядные роликовые – воспринимают большие радиальные и осевые нагрузки.

а - д вухрядный самоустанавливающийся роликовый подшипник,

б - д вухрядный самоустанавливающийся шариковый подшипник

Иллюстрации: SNR

Некоторые конструкции двухрядных самоустанавливающихся подшипников

П рименение :

Бумагоделательные машины,

Металлургические прокатные станы,

Большие вентиляторы;

Опоры ветряных электрогенераторов;

карьерные машины ...

Использование тонких цилиндрических тел качения (иголок) в игольчатых подшипниках, позволяет снизить радиальные размеры по сравнению с обычными роликовыми цилиндрическими подшипниками и уменьшить себестоимость, при сохранении примерно такой же (или даже большей) несущей способности, однако имеют ограничения по скорости вращения.

Иллюстрация: SNR

Элементы игольчатого подшипника

Наружное кольцо	Внутреннее кольцо	Тела качения	Типы сепараторов
			полимерный	стальной

В настоящее время игольчатые подшипники, являясь одним из самых востребованных типов подшипников (уступая по распространенности только шариковым подшипникам), производятся в различных конструктивных исполнениях. К примеру, когда на узел действуют сразу несколько нагрузок, применяются комбинированные подшипники, в которых игольчатый подшипник комбинируется с другим типом подшипников (либо с радиальным шариковым, либо с радиально-упорным шариковым, либо с упорным цилиндрическим).

Иллюстрации: SNR

а - однорядный игольчатый подшипник,

б - комбинированный игольчатый подшипник

Некоторые конструкции игольчатых подшипников

П рименение :

Редукторы,

двигатели внутреннего сгорания ,

системы рулевого колеса,

тормозные системы,

опоры осей,

двигатели для моторных лодок,

электроинструмент,

копировальная техника,

факсовые аппараты,

агрегаты для продвижения бумажного листа,

Подшипники можно классифицировать по самым разнообразным признакам, однако для упрощения понимания вопроса в данном материале рассмотрим самую простую систему классификации, основанную на двух признаках:

• Тип воспринимаемой нагрузки;
• Тела качения, за счет которых работает подшипник (или их отсутствие).

Типы подшипников по характеру действующей нагрузки

По типу воспринимаемой нагрузки подшипники можно разделить на

Подшипники скольжения

Работают за счет скольжения поверхностей относительно друг друга, .

Закрытые подшипники

Кроме указанных особенностей подшипники можно классифицировать также по тому, закрыты ли они дополнительными заглушками или нет. В закрытые смазка вносится заранее и они не нуждаются в дополнительном уходе, открытые обычно работают в жидком масле или даже смазываются при помощи масляного тумана. Заглушки бывают из каучука или металла, установливаются обе сразу или только с одной стороны. Подробнее про закрытые подшипники .

Подшипниковые узлы

Подшипниковые узлы можно выделить в отдельный тип — они представляют собой подшипник, работающий в корпусе. Такая конструкция имеет массу преимуществ. В последнее время они получают все большее распространение из-за ввоза в страну импортного оборудования (наша промышленность их не выпускает). Подробнее про них можно узнать .

По степени точности

Подшипники можно разделить по степени точности изготовления, подшипники более высоких степеней Т, 2 и 4 стоят в разы дороже, чем низких — 5, 6, 0 (нулевая степень точности обычно не указывается в номере).

Материалы для ознакомления

Дополнительно с ознакомлением с различными типами подшипников Вам наверняка будет полезна и следующая информация:

Часто подшипники, имеющие один и тот же номер (ссответственно одинаковую конструкцию и размеры) могут кардинально отличаться друг от друга из-за разницы в применяемых материалах, классе точности, дополнительных требований. Таким образом, цена, казалось бы одного и того же подшипника, даже одного производителя, может отличаться в разы.

Данный материал подробно рассказывает, из чего складывается номер того или иного подшипника, причем не только отечественного, но и импортного производства. Условно говоря — какие цифры кодируют его тип, какие — серию, какие — размер.

В этой статье можно ознакомиться с наиболее распространенными в настоящее время марками подшипников. Разные производители выпускают продукцию настолько разного качества, что тут неуместно будет даже распространенное сравнение Мерседес — Жигули. Разница еще больше. Соответственно, цена и срок службы могут различаться в десятки раз.

Если у вас еще остались вопросы — их можно задать в комментариях к этой записи.

Подшипник качения (жирный) используется в качестве опоры вращающихся частей механизмов или машин.

Конструкция этого типа подшипника включает в себя два кольца – внутреннее, которое надевается на цапфу вала, и наружное, тела качения и сепаратор, который разделяет между собой тела качения и направляет их движение.

По форме тел качения, которые применяются, подшипник качения (жирный) может быть шариковым или роликовым.

Подшипники качения и скольжения имеют между собой принципиальное различие: в подшипнике качения (жирный) (см. рис. 1) работа происходит в условиях трения качения, а в подшипнике скольжения преобладающим видом трения является трение скольжения.

На наружной стороне внутреннего кольца и на внутренней стороне наружного кольца выполнены дорожки качения, при этом их геометрическая форма зависит от типа тел качения, применяемых в данном подшипнике. В некоторых случаях подшипник изготавливается с использованием одного кольца, тогда дорожка качения находится прямо на валу или на поверхности детали. Иногда конструкция подшипников качения не предусматривает наличия сепаратора. Применение подшипников качения без сепаратора (см. рис. 2) предпочтительно в тех случая, когда необходимы малые радиальные габариты.

Такие подшипники имеют большее количество тел качения, за счёт этого сила трения увеличивается, таким образом, происходит снижение предельной частоты вращения и обеспечивается большая грузоподъёмность подшипника качения.

Назначение по типу нагрузки

В зависимости от назначения подшипники качения подразделяются на четыре группы. Подбор подшипников качения должен происходить с учётом типа нагрузки. Радиальные однорядные подшипники используются для восприятия радиальных осевых нагрузок. Радиально-упорные используются в случае комбинированных нагрузок, т. е. радиальных и осевых. Упорно-радиальные используются в тех случаях, когда преобладают в основном осевые нагрузки и присутствуют незначительные радиальные.

Этот вид подшипника качения используется сравнительно редко. Упорный подшипник качения (жирный) применяется только для осевых нагрузок.

Выбор подшипников качения должен проводиться с учётом множества параметров, в числе которых – точность подшипника качения, величина fnp, долговечность и статическая грузоподъёмность.

Наряду со многими другими характеристиками, грузоподъёмность подшипника качения, пожалуй, один из наиболее важных параметров. При выборе подшипников инженерные работники руководствуются обычно специальными изданиями, например, очень полная номенклатура с указанием особенностей применения, множеством характеристик приведена в издании «Подшипники качения. Справочник», издательство «Металлург», год 1984.

Есть ещё один очень хороший каталог подшипников качения авторов Черменского и Федотова. Здесь рассмотрено все характеристики подшипников качения, маркировка подшипников качения, рассмотрены тела качения, особенности проектирования подшипникового узла, рекомендации по выбору подшипника качения, приведены таблицы условных обозначений подшипников качения, рассмотрены новые перспективные направления в разработке, вопросы выбора посадки подшипников качения, в том числе подшипники качения бейзельман. В общем, книга является неоценимым пособием, как для инженеров, так и для тех, перед кем встала необходимость подобрать подшипники качения.

Смазочные материалы

Очень важно учитывать такой момент, как смазка подшипников качения. Недостаточная смазка, или смазка некачественным смазочным материалом может стать причиной того, что любой подшипник качения выйдет из строя очень скоро.

В настоящее время существует очень большой ассортимент смазок для самых разных типов подшипников качения. Применяются как жидкие, так и твёрдые и пластичные смазочные материалы, но наиболее широко применяются пластичные, так как они обеспечивают наиболее благоприятные возможности для работы механизма.

Существуют разные смазки для различных условий работы подшипников:

• Смазки универсальные пластичные;
• Смазки для высоких и экстремально высоких температур;
• Смазки пластичные для низких температур;
• Смазки пластичные для высокооборотных подшипников;
• Смазки, предназначенные для подшипников, работающих в условиях высоких и экстремально высоких нагрузок;
• Смазки для пищевой промышленности;
• Смазки специально для химически агрессивной среды;
• Смазки пластичные противошумные;

Использование правильно подобранных масел обеспечивает хорошее отведение тепла, стабильность работы, способствует очищению подшипника качения (жирный) от продуктов, образующихся в процессе износа.

Классификация

Классификация подшипников качения по точности регламентируется классами. Во всех странах мира для обозначения класса точности подшипников качения используется единый стандарт, при этом класс указывают слева через тире.

Разработанный в нашей стране на подшипники качения ГОСТ 3395 обозначает типы подшипников качения и их конструктивные особенности.

По техническим требованиям роликовые и шариковые подшипники качения должны соответствовать ГОСТу 520.

Допуски и посадки подшипников качения должны соответствовать ГОСТ 3325-85

Таблица 1.

Поля допуска на диаметры отверстий корпусов подшипников качения и посадочных валов

Квалитеты

Поля допусков для отклонений

e

f

g

H

J s

j

K

m

n

p

r

Для вала

3

H 3

J s 3

4

g 4

H 4

J s 4

k 4

m 4

n 4

5

G*5

H*5

J s5

(j*5)

K*5

M*5

N*5

p5

6

f6

G 6

H 6

J s6

(j*6)

K6

M6

N6

P*6

R*6

7

f7

H*7

r7

8

e8

f8

h8

9

(e9)

f9

h9

10

(h10)

Квалитеты

Поля допусков для отклонений

e

f

g

H

J s

j

K

m

n

p

Для отверстия корпуса

3

4

g 4

H 4

J s 4

K* 4

M* 4

5

G*5

H *5

Js5

K*5

M*5

n5

6

F*6

G 6

H 6

J s 6

(j6)

k6

m6

N6

P*6

7

F7

G7

h7

J s 7

(j*7)

K7

M7

N7

P*7

8

E* 8

H*8

9

(e 9)

H*9

10

Диагностика и ремонт

В роторных механизмах подшипники качения (жирный) являются одним из самых уязвимых механизмов (см. рис. 3). Подшипник осуществляет пространственную фиксацию ротора, соответственно, большая часть нагрузок, возникающих в механизме, как статических, так и динамических, воспринимается именно подшипником, поэтому диагностика подшипников качения должна проводиться своевременно, чтобы не допускать снижения работоспособности механизма.

Оценка технического состояния проводится с помощью нескольких методов:

• Метод ПИК-фактора; данный метод заключается в измерении уровня вибрации с помощью виброметра, затем вычисляются значения пиковой амплитуды вибрации и среднеквадратичное значение (СКВ). После вычисляется отношение этих двух значений. Достоинство данного метода заключается в его простоте, недостаток – в необходимости частых измерений в процессе эксплуатации.
• Контроль подшипников качения методом анализа спектра вибросигнала. Данный метод обладает высокой помехозащищённостью, так как маловероятно, что в механизме могут присутствовать источники, создающие вибрации той же частоты, что и дефекты подшипника качения. С помощью спектрального анализа можно диагностировать детали подшипника качения, а не только весь его целиком, так как кольца, тела вращения и сепаратор имеют свои частоты;
• Метод анализа спектра огибающей. Сложный и дорогостоящий метод, основанный на анализе модулирующих низких частот и высокочастотной составляющей. В случае, когда имеется дефект, даже зарождающийся, высокочастотная составляющая будет модулироваться низкочастотным сигналом. Таким образом, осуществляется более своевременный контроль, чем при использовании других методов, и можно вовремя выявить необходимость ремонта подшипника качения.
• Метод измерения ударных импульсов, для которого применяется пьезоэлектрический датчик, основан на измерении и анализе затухающего колебания. Достоинство метода в том, что он не зависит от внешних помех. Подшипниковые узлы после соударения дефектов испускают излучение определённой частоты, которое быстро затухает, на осциллографе колебания выглядят как импульсы, что и дало название методу. Существует один недостаток метода, связанный с особенностями конструкции подшипника качения: необходимо, чтобы между датчиком и наружным кольцом подшипника качения (жирный) присутствовал массив металла.
• Контроль подшипников качения проводится также методом прослушивания. Подшипник, находящийся в идеальном состоянии, обычно издаёт еле слышное жужжание. При наличии инородных частиц в дорожке наружного кольца может возникнуть неравномерный вибрирующий звук. Недостаточный зазор подшипника качения также может вызвать звенящий металлический шум. Причиной шума могут стать и усталостные раковины, и повреждения, возникшие во время монтажа, и недостаточная смазка подшипника качения. В каждом случае звук имеет особый характер, от стучащего или вибрирующего до громкого гула. Метод доступный и простой, но недостаток его в том, что повреждение выявляется слишком поздно, обычно уже тогда, когда требуется не ремонт подшипника качения, а его замена.

Подшипник, согласно ГОСТ 24955-81 - опора, определяющая положение движущихся частей механизма относительно других частей.

В зависимости от характера взаимодействия подвижных и неподвижных элементов подшипника различают и качения.

Рассмотрим подробнее устройство, разновидности, особенности подшипников качения.

Классификация подшипников качения

В зависимости от формы тел качения различают подшипники:

• Шариковые
• Роликовые
  • с цилиндрическими роликами
  • с коническими роликами
  • с бочкообразными роликами
  • с витыми роликами
  • с игольчатыми роликами

По числу рядов различают подшипники:

• однорядные
• двурядные
• четырехрядные

По возможности самоустановки:

• несамоустанавливающиеся
• сферические самоустанавливающиеся

По направлению воспринимаемой нагрузки:

• радиальные
• упорные
• радиально-упорные

Устройство подшипников качения

В общем случае подшипник качения состоит из наружного 1 и внутреннего 1 кольца, на которых могут быть выполнены беговые дорожки (канавки). Между кольцами расположены тела качения 3 (шарики, ролики). Для базирования тел качения внутри подшипника используется сепаратор. Внутренне кольцо устанавливается на валу, наружное - в корпусе (опоре).

Передача усилий от вала на опоры осуществляется через тела качения.

Осевые и радиальные нагрузки

В зависимости от типа, подшипники способны воспринимать радиальные и осевые нагрузки.

Радиальной называют нагрузку, направленную в радиальном направлении, то есть от центра к наружному диаметру.

Осевой называют нагрузку, действующую в направлении оси вала.

Основные типы подшипников

Типы и конструктивные исполнения подшипников стандартизованы в ГОСТ 3395-89.

Шарикоподшипники

Телом качения в подшипниках данного типа являются шарики, их контакт в идеальном случае - точечный. Шариковые подшипники более быстроходны, чем роликовые.

Однорядные радиальные шариковые подшипники

Подшипники этого типа предназначены для восприятия нагрузки в радиальном направлении.

За счет размещения шариков в желобе шариковые подшипники способны воспринимать кратковременную осевую нагрузку.

Благодаря точечному контакту между обоймой е телами качения подшипник обладает наименьшим трением и подходит для высоких частот вращения.

Двухрядные радиальные шариковые подшипники

Обладают повышенной грузоподъемностью по сравнению с однорядными подшипниками, но требуют более точной установки.

Двухрядные шариковые сферические подшипники

Самоустанавливающиеся подшипники, применяют в конструкциях где возможны смещения осей подшипников друг относительно друга или в случае отсутсвия возможности обеспечения соосности подшипников.

Обладают меньшей грузоподъемностью по сравнению с несамоустанавливающимися шариковыми подшипниками.

Шариковые радиально-упорные подшипники

Радиально-упорные подшипники предназначены для восприятия как осевых, так и радиальных усилий.

Одиночную установку шарикового радиально-упорного подшипника применяют редко, только в том случае если осевая нагрузка всегда действует только в одном направлении. Обычно шариковые радиально-упорные подшипники устанавливают парно, с затяжкой внутренних или внешних обойм.

Однорядные шариковые упорные подшипники

Предназначены для восприятия осевой нагрузки, действующей в одном направлении. Радиальную нагрузку воспринимать не могут.

Двухрядные шариковые упорные подшипники

Способны воспринимать осевую нагрузку, действующую в обоих направлениях. Частота вращения ограничена величиной центробежных сил, под действием которых шарики могут смещаться за пределы беговых канавок.

Упорно-радиальные шариковые подшипники

Способны воспринимать, как осевые, так и радиальные нагрузки.

Роликоподшипники

Телом качения в подшипниках этого типа являются ролики, поверхности ролика и обоймы контактируют по линии (если считать их абсолютно твердыми). Роликовые подшипники обладают большей грузоподъемностью, чем шариковые.

Радиальные роликовые подшипники

Роликовые подшипники данного типа способны воспринимать высокую нагрузку в радиальном направлении. Их несущая способность в 1,5 - 2 раза выше, чем у шариковых подшипников тех же размеров.

Подшипники с длинными роликами отличаются меньшими габаритами в радиальном направлении и большей несущей способностью.

Подшипники с витыми роликами обладают меньшей несущей способностью, но повышенной упругостью.

Игольчатые подшипники

Особый вид роликовых подшипников с длинными роликами малого диаметра. Игольчатые подшипники предназначения для восприятия очень высоких радиальных нагрузок при небольших частотах вращения.

Двурядные подшипники с бочкообразными роликами

Самоустанавливающиеся роликовые подшипники. Отличаются от шариковых сферических повышенной грузоподъемностью как в радиальном так и в осевом направлении.

Конические радиально упорные подшипники

Конические подшипники используют при высоких радиальных и осевых нагрузках. Угол конуса наружной беговой дорожки составляет 20-30 градусов. Осевое усилие вызывает высокие нагрузки на ролики.

Частота вращения конических подшипников ограничена, они требуют точно установки, для чего могут использоваться регулировочные шайбы, прокладки.

Увеличение угла конуса наружной беговой дорожки позволяет увеличить допускаемую осевую нагрузку.

Упорные подшипники с цилиндрическими роликами

Состоят из колец, роликов и центрирующего сепаратора. Упорные цилиндрические подшипники применяют при низких частотах вращения и высоких нагрузках.

Упорные с коническими роликами

Телом качения являются ролики, вершины которых сходятся на оси подшипника.

Сфероконические упорные

Самоустанавливающиеся подшипники, предназначенные для работы с большими радиальными и осевыми нагрузками. Профили тел качения - бочкообразные.

Обозначение подшипников качения

Рассмотрим обозначения стандартизированных подшипников.

Обозначение подшипников по ГОСТ

Правила обозначения стандартных подшипников качения указаны в ГОСТ 3189-89. Подшипники шариковые и роликовые. Система условных обозначений .

Обозначение состоит из набора цифр, каждая из которых указывает на ту или иную техническую характеристику.

Для обозначений подшипников с внутренним диаметром до 10 мм используется следующая схема:

Подшипники с внутренним диаметром более 10 мм обозначают следующим образом:

Расшифровку обозначения удобно проводить справа налево.

Первые две цифры справа обозначают внутренний диаметр подшипник. Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм указывается цифра диаметра, разделенная на 5. Для подшипников с диаметром меньше 10 указывается одна цифра , соответствующая внутреннему диаметру.

Для подшипников с внутренним диаметром от 10 до 20 указываются следующие цифры.

Диаметр отверстия подшипника, мм	Обозначение
10	00
12	01
15	02
17	03

Третья цифра для подшипников с диаметром больше 10 указывает на серию диаметров. При внутреннем диаметре меньше 10 третей цифрой указывается 0.

Четвертая цифра обозначает тип подшипника.

• 0 радиальный шариковый однорядный
• 1 радиальный шариковый двурядный сферический
• 2 радиальный с короткими цилиндрическими роликами
• 3 радиальный роликовый двурядный сферический
• 4 роликовый с длинными или игольчатыми роликами
• 5 роликовый свитыми роликами
• 6 радиально-упорный шариковый
• 7 роликовый конический
• 8 упорный шариковый
• 9 упорный роликовый

Пятая и шестая цифра указывает на конструктивные особенности подшипника.

Конструктивные исполнения подшипников указаны в ГОСТ 3395 Подшипники качения. Типы и конструктивные исполнения Седьмая цифра справа обозначают серию по ширине:

• узкие
• нормальные
• широкие
• особо широкие

Нули в левой части обозначения могут опускаться (не указываться).

Примеры обозначения подшипников по ГОСТ

Рассмотрим пример обозначения радиального шарикоподшипника с внутренним диаметром 30 мм, сверхлегкой серии диаметров 9, нормальной серии ширин 1.

• Первые две цифры справа 30/5=06
• Третья цифра - серия диаметров - 9
• Четвертая цифра справа для шарикового радиального однорядного подшипника - 0
• Пятая и шестаяя цифра
• Седьмая цифра справа - серия ширин - 1

Получается, что обозначение данного подшипника - 1000906.

Расшифруем обозначение подшипника 2007108 , расшифровку будем проводить справа налево.

• 08 - цифра указывает на внутренний диаметр подшипника, поделенный на 5, значит диаметр кольца подшипника - 08*5=40мм
• 1 - серия диаметров 1
• 7 - роликовый конический
• 00 - без конструктивных особенностей
• 2 - серия ширин 2

Получается, что обозначение 2007108 имеет роликовый конический подшипник серии диаметров 1, серии ширин 2.

Рассмотрим обозначение подшипника с диаметром меньше 10 - 1000088.

• 8 - диаметр подшипника меньше 10 мм, цифра обозначает внутренний диаметр подшипника 8 мм.
• 8 - серия диаметров 8
• 0 - третья цифра 0, при обозначении подшипников с внутренним диаметром меньше 10
• 00 - без конструктивных особенностей
• 1 - серия ширин 1

Подшипник 107, для расшифровки удобнее записать 0 00 0 107.

• 07 - внутренний диаметр 35
• 1 - серия диаметров 1
• 0 - шариковый радиальный однорядный
• 00 - без конструктивных особенностей
• 0 - серия ширин 0

Обозначение подшипников по ISO/DIN

Обозначение импортных подшипников основано на тех же принципах, что и обознчаение по ГОСТ.

Если расшифровывать обозначение справа налево, первая цифра (или первые две цифры) указывает на внутренний диаметр. Для подшипников с внутренним диаметром от 20 до 495 мм указывается цифра диаметра, разделенная на 5.

Для подшипников с диаметром меньше 10 указывается одна цифра, соответствующая внутреннему диаметру. Соответствие цифр диаметрам подшипников от 10 до 20 указано в таблице.

Вторая справа цифра указывает на серию ширин, третья - серия диаметров, четвертая - тип подшипника:

• 0 - шариковые радиально-упорные
• 1 - шариковые сферические
• 2 - роликовые сферические
• 3 - роликовые конические
• 4 - шариковые радиальные двурядные
• 5 - шариковые упорные
• 6 - шариковые радиальные однорядные
• 7 - шариковые радиально-упорные
• 8 - роликовые цилиндрические упорные
• C - роликовые тороидальные
• N - роликовые цилиндрические
• QJ - шариковые с четырехточечным контактом
• T - роликовые конические по ISO 35

После обозначения может указываться суффикс, свидетельствующий о наличии конструктивных особенностей, например:

• Z - наличие защитного кольца с одной стороны
• ZZ - Наличие защитного кольца с двух сторон

Перед базовым обозначением может находится префикс, указывающий на тип и профиль подшипника, например:

• H - высокоскоростной
• HS - сверхскоростной

Достоинства подшипников качения

• Низкое трение, и как следствие меньший нагрев, и более мягкие требования к смазке, по сравнению с подшипниками скольжения
• Малые габариты в осевом направлении
• Возможность работы в широком диапазоне температур
• Стандартизированы, взаимозаменяемы

Недостатки подшипников качения

• Требуются минимальные
• Большие габариты в радиальном направлении
• Шум при работе
• Долговечность резко снижается при увеличении нагрузки