Виды и классификация подшипников качения

Подшипники качения классифицируют по нескольким признакам: форме тел качения (шарики или ролики), направлению воспринимаемой нагрузки (радиальные, упорные, радиально-упорные), числу рядов тел качения и способности самоустанавливаться. Каждый тип подшипника оптимален для своих условий работы — нагрузки, скорости, требований к точности и габаритам узла. Правильный выбор типа подшипника определяет ресурс и надёжность всего оборудования.

Принципы классификации подшипников качения

Единой «главной» классификации подшипников не существует — в разных источниках и стандартах их группируют по разным признакам. На практике удобно использовать несколько пересекающихся признаков классификации.

Шариковые подшипники

Шариковые подшипники — наиболее распространённый тип. Тела качения — стальные или керамические шарики — обеспечивают точечный контакт с дорожками колец. Это даёт минимальное трение и высокую допустимую частоту вращения, но ограниченную радиальную нагрузочную способность по сравнению с роликовыми подшипниками того же размера.

Радиальные однорядные шарикоподшипники

Самый массовый тип подшипников в мире. Воспринимают радиальные нагрузки и умеренные осевые нагрузки в обоих направлениях. Прост по конструкции, дёшев, доступен во всех типоразмерах от d = 0,6 мм до d = 2 000 мм. Стандартные серии диаметров по ГОСТ 3478-79: 0, 1 (особо лёгкая), 2 (лёгкая), 3 (средняя), 4 (тяжёлая). Применение: электродвигатели, насосы, редукторы, бытовая техника, стиральные машины, вентиляторы.

Выпускаются в открытом исполнении, с металлическими защитными щитами (суффикс Z или ZZ) и с резиновыми уплотнениями (RS или 2RS). Подшипники с уплотнениями 2RS поставляются заполненными смазкой на весь ресурс и не требуют обслуживания.

Двухрядные радиальные шарикоподшипники

Конструктивно представляют собой два однорядных подшипника в одном корпусе. Воспринимают значительно более высокие радиальные нагрузки при той же ширине. Применяются там, где требуется высокая жёсткость опоры при ограниченном осевом пространстве: шпиндели станков, колёсные ступицы.

Радиально-упорные шарикоподшипники

Отличаются от радиальных увеличенным углом контакта между шаром и дорожкой: стандартные значения — 15°, 25° и 40°. Чем больше угол контакта, тем выше осевая нагрузочная способность и ниже допустимая частота вращения. Воспринимают комбинированную нагрузку — радиальную и значительную осевую в одном направлении. Чтобы воспринимать осевую нагрузку в обоих направлениях, их устанавливают попарно (навстречу или в тандем).

Применяются в шпиндельных узлах металлообрабатывающих станков, нагнетателях, скоростных редукторах, угловых передачах. Класс точности — до P2 (прецизионные серии).

Самоустанавливающиеся шарикоподшипники

Двухрядные подшипники со сферической дорожкой качения на наружном кольце. Допускают угловой перекос вала относительно корпуса до 2–3°, компенсируя погрешности монтажа и прогиб вала под нагрузкой. Воспринимают радиальные и умеренные осевые нагрузки. Применяются там, где сложно обеспечить точное совмещение осей опор: сельскохозяйственная и текстильная техника, конвейеры, вентиляторы.

Упорные шарикоподшипники

Предназначены исключительно для восприятия осевых нагрузок. Конструктивно состоят из тугого кольца (неподвижного), свободного кольца (вращающегося вместе с валом) и тел качения. Одинарные упорные подшипники воспринимают осевую нагрузку только в одном направлении; двойные — в обоих. Не допускают радиальных нагрузок. Применяются в вертикальных валах, подъёмных механизмах, домкратах, рулевых колонках.

Роликоподшипники

Роликоподшипники используют в качестве тел качения ролики различной формы. Линейный (а не точечный, как у шариков) контакт ролика с дорожкой обеспечивает значительно более высокую нагрузочную способность при том же габаритном размере. Основной недостаток — несколько более высокое трение и более жёсткие требования к соосности (кроме самоустанавливающихся типов).

Цилиндрические роликоподшипники

Тела качения — цилиндрические ролики. Высокая радиальная нагрузочная способность. В зависимости от конструкции бортиков (наличия или отсутствия упорных бортов на кольцах) обозначаются по схемам NU, N, NJ, NF, NUP, NH. Подшипники типа NU и N допускают свободное осевое перемещение вала относительно корпуса — используются как плавающие (нефиксирующие) опоры. Подшипники NJ и NUP воспринимают осевую нагрузку в одном направлении. Применяются как нагруженные опоры в редукторах, прокатных станах, тяговых двигателях.

Игольчатые роликоподшипники

Ролики имеют диаметр не более 5 мм при длине, значительно превышающей диаметр. Отличительная черта — минимальный радиальный габарит: соотношение наружного диаметра к диаметру отверстия значительно меньше, чем у других типов. Высокая нагрузочная способность при очень малой толщине поперечного сечения. Применяются в коробках передач автомобилей, поршневых пальцах, карданных шарнирах, рулевых рейках, строительной технике.

Конические роликоподшипники

Конические ролики, конические дорожки качения и коническая посадочная поверхность сепаратора расположены под углом к оси подшипника. Угол конуса определяет соотношение радиальной и осевой нагрузочной способности: чем больше угол, тем выше осевая составляющая. Конический роликоподшипник воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении — поэтому их устанавливают попарно, навстречу друг другу. Требуют регулировки осевого зазора при монтаже.

Применяются там, где действуют высокие комбинированные нагрузки: ступицы колёс автомобилей и грузовых машин, конические редукторы, буксовые узлы железнодорожного подвижного состава, горно-шахтное оборудование. Конические роликоподшипники — специализация компании Timken, выпускающей их с 1898 года.

Сферические роликоподшипники

Двухрядные подшипники с бочкообразными роликами и общей сферической дорожкой качения на наружном кольце. Допускают угловой перекос до 1–2,5° — это позволяет компенсировать прогиб вала и ошибки монтажа. Очень высокая нагрузочная способность, особенно по радиальной нагрузке. Выпускаются с цилиндрическим и коническим (адаптерная втулка) отверстием. Применяются в тяжёлом машиностроении: прокатные станы, редукторы мощных приводов, вибрационные грохоты, дробилки, горнодобывающее оборудование.

Тороидальные роликоподшипники (CARB)

Разработка SKF. Длинные бочкообразные ролики и изогнутая дорожка качения обеспечивают уникальное сочетание: допускают одновременно угловое смещение (самоустановка, как у сферических) и свободное осевое перемещение (как у цилиндрических NU). Это позволяет использовать CARB как нефиксирующую опору в паре со сферическим роликоподшипником — без необходимости точного осевого позиционирования. Применяются в приводах бумажных машин, конвейерах, редукторах мощных приводов.

Упорные роликоподшипники

Группа подшипников, предназначенных для восприятия осевых нагрузок с телами качения в виде роликов. Включает упорные цилиндрические, упорные конические, упорные игольчатые и упорные сферические роликоподшипники. Последние — упорные сферические — допускают небольшой перекос и применяются в вертикальных редукторах, гидравлических домкратах и опорно-поворотных устройствах.

Сводная таблица основных типов подшипников качения

Однорядные подшипники качения

Однорядные подшипники — самая распространённая конструктивная форма. В них тела качения расположены в один ряд по окружности. Они компактны, просты в монтаже и стоят дешевле многорядных аналогов. Подавляющее большинство стандартных типоразмеров серий 60xx, 62xx, 63xx, 70xx, NU, NJ, 302xx, 303xx — однорядные.

Ограничение однорядных подшипников — меньшая нагрузочная способность по сравнению с двух- или четырёхрядными той же габаритной серии. Если нагрузки или требования к жёсткости опоры превышают возможности одного ряда — применяют двухрядные подшипники или парную установку однорядных.

Радиальные подшипники качения

Радиальные подшипники — те, у которых основная воспринимаемая нагрузка направлена перпендикулярно оси вращения. К ним относятся: радиальные шарикоподшипники, цилиндрические роликоподшипники, игольчатые роликоподшипники, сферические роликоподшипники.

Важно понимать, что «радиальный» не означает «не воспринимает осевую нагрузку». Радиальные шарикоподшипники, например, нормально работают при осевой нагрузке до 70% от нескорректированной динамической грузоподъёмности C при нулевой радиальной нагрузке. Цилиндрические роликоподшипники серий NU и N осевую нагрузку не воспринимают, тогда как NJ и NUP — воспринимают в одном направлении.

Упорные подшипники качения

Упорные подшипники предназначены прежде всего для восприятия осевых нагрузок. Геометрия их дорожек качения оптимизирована под осевую нагрузку. Применение упорных подшипников под радиальной нагрузкой либо не допускается вовсе, либо жёстко ограничено.

Упорные шарикоподшипники (ГОСТ 7872) работают при малых и средних осевых нагрузках и высоких скоростях. Упорные цилиндрические роликоподшипники — при больших осевых нагрузках и низких скоростях. Упорные сферические роликоподшипники допускают небольшой перекос оси и восприятие умеренных радиальных нагрузок.

Корпусные подшипниковые узлы (Y-подшипники)

Отдельная категория — корпусные подшипниковые узлы, в которых подшипник поставляется в сборе с корпусом. Корпус может быть в форме подушки (UCP), фланцевой опоры (UCF, UCFL), натяжного ролика, картриджного узла. Внутри корпусного узла установлен Y-подшипник — двухрядный самоустанавливающийся шарикоподшипник с специальным внутренним кольцом, допускающим закрепление на валу с помощью эксцентриковой втулки или стопорного винта.

Корпусные узлы применяются там, где подшипник испытывает загрязнение, вибрацию и редкое обслуживание: конвейеры пищевой, горнодобывающей, строительной промышленности; приводы вентиляционных систем; насосы для перекачки нечистот; сельхозтехника.

Как выбрать тип подшипника

Выбор типа подшипника начинается с анализа условий работы узла. Ответы на следующие вопросы позволяют сузить выбор до одного-двух подходящих типов.

• Каков характер нагрузки? Если нагрузка только радиальная или комбинированная с умеренной осевой — радиальный шарикоподшипник. Если высокая радиальная — цилиндрический или сферический роликоподшипник. Если преимущественно осевая — упорный подшипник или радиально-упорный.
• Какова частота вращения? Шариковые подшипники допускают более высокие скорости, чем роликовые того же размера.
• Есть ли перекос вала? При возможном перекосе более 0,05° необходим самоустанавливающийся подшипник — сферический роликовый, самоустанавливающийся шариковый или CARB.
• Нужна ли плавающая опора? При тепловом расширении длинных валов одна из опор должна быть нефиксирующей — цилиндрический NU или CARB.
• Каков требуемый ресурс и интенсивность обслуживания? Для редко обслуживаемых узлов — корпусные подшипниковые узлы или подшипники с уплотнениями 2RS и закладной смазкой на весь ресурс.
• Каковы ограничения по габаритам? При малом радиальном пространстве — игольчатые роликоподшипники. При малом осевом пространстве — узкие серии (серия ширин 7 или 9).

Где купить подшипники качения

Заключение

Подшипники качения классифицируются по форме тел качения, направлению воспринимаемой нагрузки, числу рядов и способности к самоустановке. Радиальные однорядные шарикоподшипники — самый массовый и универсальный тип. Роликовые подшипники превосходят шариковые по нагрузочной способности, но уступают по допустимой скорости. Самоустанавливающиеся конструкции (сферические роликоподшипники, CARB) незаменимы там, где невозможно обеспечить идеальную соосность опор. Правильный выбор типа — основа надёжной и долговечной работы подшипникового узла.