Игольчатые подшипники: типы, конструкции, обозначения и применение

Игольчатые подшипники — это подшипники качения с очень длинными и тонкими роликами (иглами). За счёт малого диаметра роликов высота сечения подшипника (D−d) очень мала, а грузоподъёмность остаётся высокой — это идеальный выбор для узлов с ограниченным радиальным пространством. Применяются в автомобильных коробках передач, шатунах поршней, крестовинах карданов, малых редукторах, кулачковых механизмах. Тип огромен и разнороден: в этой обзорной статье — все восемь групп с обозначениями HK, BK, NA, NK, NKI, RNA, NAO, K, NUTR, KR и другими. Детальные таблицы размеров — в отдельных статьях по группам. По ISO 3030. Общий обзор всех типов подшипников — в справочнике по типам подшипников.

Что такое игольчатый подшипник

Игольчатый подшипник — это разновидность роликового цилиндрического подшипника, у которой ролики имеют большое отношение длины к диаметру. По ISO 3030 ролик считается «иглой», если это отношение составляет 3 и более. Типичные размеры иголок: диаметр 1,5–5 мм, длина 10–30 мм и более.

Главные конструктивные особенности по сравнению с обычным роликовым цилиндрическим:

• Очень малая высота сечения (D−d). В отдельных случаях разница составляет всего 2–4 мм против 8–15 мм у обычного роликового подшипника. Это делает игольчатые незаменимыми в компактных узлах.
• Высокая радиальная грузоподъёмность при малых габаритах. За счёт большого числа иголок и линейного контакта по всей длине каждой подшипник держит большие нагрузки.
• Часто без одного или обоих колец. У некоторых исполнений роль дорожек выполняют вал и корпус — это даёт максимально компактную конструкцию.
• Ограниченные обороты по сравнению с шариковыми. За счёт линейного контакта и большого числа иголок трение и тепловыделение выше.
• Только радиальная нагрузка для радиальных исполнений (большинство типов: K, HK, BK, NA, NKI, NK и т.д.). Для совместной радиально-осевой нагрузки есть отдельная группа комбинированных исполнений (NKIB, NKX), а для чисто осевой — упорные игольчатые подшипники (AXK, AXW), у которых иголки расположены в радиальной плоскости. Подробнее обо всех группах — в таблице ниже.

Восемь групп игольчатых подшипников

Игольчатые — самый разнородный тип подшипников качения. Внутри типа существуют принципиально разные конструкции, ориентированные на разные применения. Сводная таблица:

Детальные таблицы размеров по основным группам — в отдельных статьях:

• Drawn cup игольчатые подшипники (HK, BK) — для бытовой техники, малых редукторов
• Игольчатые с обработанными кольцами (NA, NKI, NK) — для нагруженных узлов
• Опорные и кулачковые ролики (NUTR, KR, KRV) — для конвейеров и кулачковых механизмов

Расшифровка обозначений

Игольчатые подшипники имеют самую сложную систему обозначений среди всех типов подшипников качения — из-за разнообразия конструкций. Ниже — основные префиксы.

Префиксы основного обозначения

Префиксы опорных и кулачковых роликов

Суффиксы конструктивных особенностей

Размеры в обозначении

В отличие от шариковых и роликовых цилиндрических подшипников, у игольчатых размеры обычно указываются напрямую в самом обозначении, а не через кодированный диаметр. Это делается потому, что нестандартизированных типоразмеров много, и кодировка через две цифры не покрыла бы все варианты.

Формат обозначения: префикс + Fw × Ew × U, где Fw — посадочный диаметр на вал (внутренний), Ew — наружный диаметр сепаратора (для сборок K) или посадочный наружный (для drawn cup), U — ширина.

Примеры:

• K 8×11×10 TN — сборка иголок с сепаратором, посадочный диаметр на вал 8 мм, наружный 11 мм, ширина 10 мм, сепаратор полиамидный.
• HK 0810 — drawn cup с открытыми торцами, диаметр вала 8 мм, ширина 10 мм (старая нотация); или HK 8×12×10 (новая нотация).
• BK 2030 — drawn cup с закрытым торцом, диаметр вала 20 мм, ширина 30 мм.
• NA 4905 — игольчатый с обработанными кольцами серии 49, внутренний диаметр 25 мм. Здесь используется кодировка как у шариковых: «05» = 25 мм.
• KR 22 — кулачковый ролик с резьбовой шпилькой 22 мм.

В современных каталогах различных производителей нотация может немного отличаться (например, SKF использует одну схему, INA/FAG — другую), но при покупке достаточно указывать основной номер — производитель восстановит размер.

Когда применяются игольчатые подшипники

Игольчатые подшипники выбирают в трёх типичных ситуациях:

1. Ограниченное радиальное пространство

Самый частый повод. Если в узле нужно получить большую грузоподъёмность при минимальной разнице между диаметром вала и наружным размером корпуса, игольчатый — единственный массовый вариант. Шариковый радиальный того же размера будет иметь меньшую грузоподъёмность; обычный роликовый цилиндрический потребует значительно большего наружного диаметра.

Типичные примеры: поршневые шатуны (между поршнем и шатуном, отверстие в поршне очень малое — иголки катятся прямо в поршневом пальце); крестовины карданных шарниров (между крестовиной и проушинами вилки); шарниры рычажных механизмов в подвеске автомобилей.

2. Большая грузоподъёмность при малой ширине

В сборках K (без колец) и многих NA/NKI исполнениях ширина подшипника совпадает с длиной иголок. Можно получить большую радиальную грузоподъёмность при ширине 8–15 мм — это часто конкурентно по сравнению с шариковыми подшипниками той же ширины.

Типичные применения: промежуточные опоры коробок передач, опоры приводных шестерён, малые редукторы с близко расположенными шестернями.

3. Опорные и кулачковые ролики

Здесь игольчатый подшипник используется не как опора вала, а как сам ролик, катящийся по направляющей или кулачку. Толстое наружное кольцо принимает ударные нагрузки.

Типичные применения: конвейерные ленты (опорные ролики на ленте), рольганги, тележки на направляющих, кулачковые механизмы (когда ролик катится по кулачку), копировальные устройства, ткацкие станки, станки с ЧПУ с кулачковыми приводами подачи.

Расчёт нагрузки и грузоподъёмность

Игольчатые подшипники рассчитываются по тем же формулам, что и обычные роликовые цилиндрические:

• Эквивалентная радиальная нагрузка P_r = F_r (для радиальных без осевой составляющей).
• Ресурс L10 = (Cr/P_r)^10/3 × 10⁶ оборотов, где показатель степени 10/3 — для роликовых подшипников (у шариковых 3).
• Динамическая грузоподъёмность Cr и статическая C0r указаны в таблицах размеров.
• Предел усталости P_u — нагрузка, ниже которой усталостных разрушений не происходит. Полезно для проектирования высоконагруженных применений.

Минимальная нагрузка. Как и у роликовых цилиндрических, у игольчатых на высоких оборотах требуется минимальная радиальная нагрузка ~0,02 × Cr, иначе иголки проскальзывают.

Допустимый перекос вала зависит от группы:

• Сборки K, drawn cup HK/BK — типично до 0,5–1 угловой минуты при нагрузке выше 0,1·Cr; до 4 минут при лёгкой нагрузке.
• NA, NKI, NK — до 2 угловых минут.
• Самоустанавливающиеся (RNAO со сферической поверхностью) — до 0,5–1° (значительно больше).
• Опорные ролики NUTR/NATR — до 2 угловых минут.

Типы вала и корпуса для игольчатых подшипников

Особенность игольчатых — у некоторых исполнений вал и корпус выполняют роль дорожек качения. Требования к их обработке:

Сборки иголок K (без колец)

• Закалка вала и корпуса до 58-65 HRC.
• Шлифовка дорожек качения до шероховатости Ra 0,4 мкм или лучше.
• Допуски на размеры — обычно h5/h6 для вала, K6/J6 для корпуса. Точные значения зависят от условий.
• Геометрические допуски на цилиндричность и круглость — на уровне самих подшипников качения.

RNA, NK (без внутреннего кольца, с обработанным наружным)

• Закалка вала до 58-65 HRC.
• Шлифовка до Ra 0,4 мкм или лучше.
• Корпус — обычные требования посадочного места.

Drawn cup HK, BK

• Закалка вала требуется (вал работает как дорожка качения иголок).
• Корпус — точная обработка отверстия с натягом по таблицам производителя. Запрессовка в чугун или сталь.
• Тонкая стенка drawn cup означает, что геометрия подшипника частично определяется геометрией корпуса. Точный круглый и цилиндрический корпус критически важен.

NA, NKI (с внутренним кольцом)

• Обычные требования к посадочным местам — как у других типов подшипников качения.
• Закалка вала и шлифовка не нужны.

Краткие ответы на частые вопросы

Детальные таблицы размеров — в отдельных статьях:
→ Drawn cup игольчатые подшипники (HK, BK)
→ Игольчатые с обработанными кольцами (NA, NKI, NK)
→ Опорные и кулачковые ролики (NUTR, KR, KRV)

Смотрите также:
→ Подшипники качения: типы, таблицы размеров и подбор по конструкции
→ Роликовые цилиндрические подшипники — основной тип, частный случай которого — игольчатые
→ Таблица допусков подшипников качения