Зазоры в подшипниках скольжения: таблицы по ISO и ГОСТ, радиальный и осевой, измерение
Радиальный и осевой зазор — главные «незаметные» параметры подшипника скольжения, от которых зависит образование масляного клина, отвод тепла, ресурс и тишина узла. У сферических шарнирных подшипников зазор задан группой C2 / CN / C3, у цилиндрических втулок скольжения — посадкой по ГОСТ ИСО 4379 / ГОСТ 28774-90 и относительным зазором ψ. В этой статье — таблицы зазоров по диаметру вала, нормы по ГОСТ ISO 12240 и ГОСТ 3635-78, расчёт рабочего зазора в сборе с учётом натяга и температуры, пример вычисления, а также методы измерения щупом, индикатором и Plastigauge. Материал ориентирован на конструктора и сборщика — без воды.
Что такое зазор подшипника скольжения и зачем он нужен
В подшипнике скольжения зазор — это расстояние между сопряжёнными поверхностями: между валом и втулкой в цилиндрической паре, между внутренним и наружным кольцом в сферическом шарнирном подшипнике. Он измеряется в микрометрах (мкм) или сотых миллиметра. Обслуживаемые подшипники с парой сталь/сталь требуют минимального радиального зазора для прохода смазки — нулевого зазора (заклинивания) допускать нельзя. Зазор обеспечивает образование смазочного клина, отвод тепла, компенсацию погрешностей сборки и теплового расширения.
Четыре функции зазора:
- Формирование масляного клина. В гидродинамических подшипниках при вращении вал смещается из центра отверстия, и в клиновой щели возникает несущее давление масла, разделяющее поверхности. Без зазора клин невозможен.
- Компенсация теплового расширения. Вал и втулка расширяются по-разному. Холодная сборка с нулевым зазором даст заклинивание при нагреве.
- Компенсация погрешностей формы и сборки. Овальность, конусность, нецилиндричность, несоосность — всё это «съедается» зазором.
- Подвижность сферы у шарнирных подшипников. Радиальный зазор обеспечивает свободу поворота и наклона внутреннего кольца относительно наружного — допустимый угол перекоса α задаётся в каталоге производителя для каждого типоразмера.
Виды зазоров
| Зазор | Что измеряется | Где важен |
|---|---|---|
| Радиальный | Смещение внутреннего кольца или вала поперёк оси | Основной параметр всех подшипников скольжения |
| Осевой | Смещение вдоль оси | Шарнирные подшипники, упорные пары, упорные шайбы |
| Диаметральный | Разность диаметров отверстия втулки и вала (= 2 × радиальный) | Цилиндрические втулки, расчёт посадки |
| Относительный ψ | Зазор, отнесённый к диаметру: ψ = S / d (в ‰) | Гидродинамические опоры, расчёт смазочного клина |
| В свободном состоянии | Зазор подшипника до монтажа (по каталогу) | Приёмочный контроль |
| В сборе (рабочий) | Зазор после монтажа с учётом натяга и температуры | Реальная работа узла |
Важно различать зазор в свободном состоянии и в сборе. В каталоге производителя указан зазор до монтажа. После напрессовки на вал и установки в корпус с натягом начальный зазор уменьшается на 20–50%, иногда исчезает полностью. Это нужно учитывать при выборе группы зазора (см. ниже).
Стандарты ISO и ГОСТ для зазоров подшипников скольжения
Зазоры подшипников скольжения в России и СНГ регламентируются комплектом стандартов — российских ГОСТ и адаптаций ISO. Ниже сводная таблица с указанием, какой документ что регулирует.
| Стандарт | Что регулирует | Где применяется |
|---|---|---|
| ГОСТ ISO 12240-1 | Радиальные сферические подшипники скольжения (типа GE..DO, GE..FO, GE..HO). Размеры, допуски, группы зазора C2/CN/C3. | Все радиальные шарниры, гидроцилиндры, тяги |
| ГОСТ ISO 12240-2 | Радиально-упорные сферические подшипники скольжения | Узлы с комбинированной нагрузкой |
| ГОСТ ISO 12240-3 | Упорно-радиальные сферические подшипники скольжения | Опоры с преимущественно осевой нагрузкой |
| ГОСТ ISO 12240-4 | Шарнирные головки (хвостовики со сферой) для тяг и штоков | Шток-наконечники гидро- и пневмоцилиндров |
| ГОСТ 3635-78 | Подшипники шарнирные. Технические условия. Соответствует ИСО 6124/1, ИСО 6124/3, ИСО 6125. Нормирует радиальный и осевой зазор, маркировку, рабочие температуры. | Российские шарниры Ш, ШС, ШМ серий Е, G, С |
| ГОСТ ИСО 4378-1-2001 | Термины, определения и классификация подшипников скольжения | Понятийная база |
| ГОСТ 28774-90 | Свертные втулки с антифрикционным слоем на основе полиацеталя-KX. Посадка H7/d8 для оптимального зазора. | Сухие узлы, шарниры подвески |
| ГОСТ 28773-90 | Свертные втулки с фторопластовым антифрикционным слоем | Необслуживаемые узлы, агрессивные среды |
| ГОСТ 29201-91 (ИСО 4379-78), ГОСТ ИСО 4379-2006 | Цилиндрические втулки из медных сплавов | Бронзовые втулки общего назначения |
| ГОСТ 24833-81 | Втулки подшипников скольжения из спекаемых материалов. Типы и размеры. | Самосмазывающиеся пористые бронзографитовые втулки |
Часть 1. Зазоры сферических (шарнирных) подшипников скольжения
Сферические подшипники скольжения — это шарнирные опоры с парой сталь/сталь или сталь/бронза, у которых внутреннее кольцо имеет сферическую наружную поверхность, контактирующую со сферической внутренней поверхностью наружного кольца. Они компенсируют перекос осей (допустимый угол α указан в каталоге для каждого типоразмера) и широко применяются в гидроцилиндрах, штоках, тягах, мостовых опорах. Маркировка по INA/FAG/SKF — серии GE..DO, GE..FO, GE..HO, GE..LO (сталь/сталь, обслуживаемые) и GE..PB (сталь/бронза). По ГОСТ 3635-78 действуют типы Ш, ШС, ШС...К, ШСШ...К, ШМ в сериях Е, G, С, 2, 7 (подробнее в разделе о маркировке ниже).
Радиальный зазор: группы C2, CN, C3
Для шарнирных подшипников с парой сталь/сталь, требующих смазки, радиальный зазор стандартизирован по трём группам:
- CN — нормальный зазор (без суффикса в обозначении). Оптимален при рекомендованных посадках (j6/J7, k6/K7) и обычных рабочих температурах. По умолчанию все подшипники поставляются с CN.
- C2 — уменьшенный зазор (суффикс -C2). Применяется в узлах с малой подвижностью, при низких температурах, без больших тепловых перепадов между кольцами. Пример обозначения:
GE 60 DO-C2. - C3 — увеличенный зазор (суффикс -C3). Нужен при тугих посадках (m6/M7, n6/N7), при больших перепадах температуры между внутренним и наружным кольцами, при высокой запылённости и интенсивной смазке. Пример:
GE 60 DO-C3.
Таблица радиальных зазоров сферических шарнирных подшипников (пара сталь/сталь)
Значения зазоров в свободном состоянии (до монтажа), мкм. d — диаметр отверстия (вала). Таблица распространяется на радиальные сферические шарнирные подшипники с парой скольжения сталь/сталь, требующие смазки: серии GE..DO, GE..DO-2RS, GE..HO-2RS, GE..LO, GE..FO, GE..FO-2RS. Для бронзовой пары (GE..PB) нормы зазора задаются производителем индивидуально — таблица не применяется.
| d, мм (GE..DO/HO/LO) |
d, мм (GE..FO) |
C2 (уменьшенный) | CN (нормальный) | C3 (увеличенный) | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| min | max | min | max | min | max | ||
| 6 | 6 | 8 | 32 | 32 | 68 | 68 | 104 |
| 8 | 8 | 8 | 32 | 32 | 68 | 68 | 104 |
| 10 | 10 | 8 | 32 | 32 | 68 | 68 | 104 |
| 12 | — | 8 | 32 | 32 | 68 | 68 | 104 |
| — | 12 | 10 | 40 | 40 | 82 | 82 | 124 |
| 15 | 15 | 10 | 40 | 40 | 82 | 82 | 124 |
| 17 | 17 | 10 | 40 | 40 | 82 | 82 | 124 |
| 20 | — | 10 | 40 | 40 | 82 | 82 | 124 |
| — | 20 | 12 | 50 | 50 | 100 | 100 | 150 |
| 25 | 25 | 12 | 50 | 50 | 100 | 100 | 150 |
| 30 | 30 | 12 | 50 | 50 | 100 | 100 | 150 |
| 35 | — | 12 | 50 | 50 | 100 | 100 | 150 |
| — | 35 | 15 | 60 | 60 | 120 | 120 | 150 |
| 40 | 40 | 15 | 60 | 60 | 120 | 120 | 180 |
| 45 | 45 | 15 | 60 | 60 | 120 | 120 | 180 |
| 50 | 50 | 15 | 60 | 60 | 120 | 120 | 180 |
| 60 | — | 15 | 60 | 60 | 120 | 120 | 180 |
| — | 60 | 18 | 72 | 72 | 142 | 142 | 212 |
| 70 | 70 | 18 | 72 | 72 | 142 | 142 | 212 |
| 80 | 80 | 18 | 72 | 72 | 142 | 142 | 212 |
| 90 | — | 18 | 72 | 72 | 142 | 142 | 212 |
| — | 90 | 18 | 85 | 85 | 165 | 165 | 245 |
| 100 | 100 | 18 | 85 | 85 | 165 | 165 | 245 |
| 110 | 110 | 18 | 85 | 85 | 165 | 165 | 245 |
| 120 | 120 | 18 | 85 | 85 | 165 | 165 | 245 |
| 140 | — | 18 | 85 | 85 | 165 | 165 | 245 |
| 160 | 140 | 18 | 100 | 100 | 192 | 192 | 284 |
| 180 | 160 | 18 | 100 | 100 | 192 | 192 | 284 |
| 200 | 180 | 18 | 100 | 100 | 192 | 192 | 284 |
| — | 200 | 18 | 110 | 110 | 214 | 214 | 318 |
| 220 | 220 | 18 | 110 | 110 | 214 | 214 | 318 |
| 250 | 240 | 18 | 125 | 125 | 239 | 239 | 353 |
| 260 | 260 | 18 | 125 | 125 | 239 | 239 | 353 |
| 280 | 280 | 18 | 125 | 125 | 239 | 239 | 353 |
| 300 | — | 18 | 125 | 125 | 239 | 239 | 353 |
Как читать таблицу. Для подшипника GE 50 DO (вал 50 мм, серия DO) с нормальным зазором CN радиальный зазор в свободном состоянии — от 60 до 120 мкм (0,06–0,12 мм). С зазором C2 — 15–60 мкм. С зазором C3 — 120–180 мкм.
Осевой зазор
Осевой зазор шарнирного подшипника — это смещение внутреннего кольца вдоль оси относительно наружного. Он зависит от геометрии сферы и напрямую связан с радиальным: при сжатии радиального зазора уменьшается и осевой. В зависимости от типа подшипника осевой зазор может быть в несколько раз больше радиального — за счёт того, что сфера контактирует с обоймой по криволинейной поверхности, и небольшое радиальное смещение даёт существенный осевой ход. Точные значения приведены в дименсиональных таблицах каталога изготовителя.
В обозначениях по ГОСТ 3635-78 индекс «У» в конце обозначения (например, 1-ЕШС15К У) указывает на узкий ряд осевого зазора. Это отдельный параметр, не аналог группы C2 — у C2 нормируется радиальный зазор, у «У» — осевой. Точные значения осевого зазора по ГОСТ 3635-78 — в таблице ниже (в разделе про маркировку).
Расчёт рабочего зазора в сборе
Каталожный зазор — это «зазор на полке». Реальный зазор в работе всегда меньше из-за натяга при посадке и теплового расширения. Если ошибиться в расчёте, рабочий зазор может уйти в ноль или даже в преднатяг, что вызовет заклинивание и быстрый износ.
Рекомендованные посадки для сферических подшипников
Для нормального рабочего зазора посадки шейки вала и корпуса должны быть подобраны под группу зазора подшипника. Данные таблицы соответствуют каталогу INA/Schaeffler (стр. 37) для пары сталь/сталь с обычными условиями работы.
| Тип подшипника | Группа зазора | Корпус / вал (сталь) | Корпус / вал (лёгкий металл) |
|---|---|---|---|
| Радиальные шарнирные (обслуживаемые) | C2 | K7 / j6 | M7 / j6 |
| CN (нормальный) | M7 / m6 | N7 / m6 | |
| C3 | M7 / m6 | N7 / m6 | |
| Радиально-упорные (GE..SX) | — | M7 / n6 | — |
| Упорные сферические (GE..AX) | — | M7 / n6 | — |
| Цилиндрические втулки (бронзовые) | — | H7 / f7 | — |
Внимание — исключения: рекомендованные посадки выше относятся к типовым сериям. Для серий GE..LO вал берётся на одну ступень туже (r6 вместо m6) — у этой серии увеличенное усилие натяга. Для серии GE..PB (сталь/бронза) — посадка K7/m6. Серии GE..SX (радиально-упорные) с этой таблицей посадок не используются.
Полная формула расчёта рабочего зазора:
Sраб = Sкат − (a + e) ± ΔT
где Sраб — рабочий радиальный зазор; Sкат — каталожный зазор в свободном состоянии; a — расширение внутреннего кольца от натяга на валу; e — обжатие наружного кольца от натяга в корпусе; ΔT — поправка на разницу теплового расширения колец.
Расширение внутреннего кольца на сплошном валу
a = ÜI · b · 0,9
где ÜI — эффективный натяг по валу (мкм), берётся из таблиц посадок; b — коэффициент сечения внутреннего кольца (0,55–0,80 в зависимости от серии и диаметра, см. таблицу 1); 0,9 — поправка на шероховатость, овальность и неровность сопрягаемой поверхности.
Обжатие наружного кольца в корпусе
e = ÜA · c · f · 0,9
где ÜA — эффективный натяг по корпусу (мкм); c — коэффициент сечения наружного кольца (0,7–0,85); f — коэффициент податливости корпуса (зависит от отношения диаметра отверстия к наружному диаметру корпуса DA/DG; для массивного корпуса f → 1, для тонкостенного снижается).
Тепловое влияние: уменьшение зазора при нагреве
Если внутреннее кольцо греется сильнее наружного (типично для гидроцилиндров, опор горячих валов, тормозов), оно расширяется больше и «съедает» зазор. Обратная ситуация — внешний нагрев корпуса при холодном вале — увеличивает зазор. Изменение диаметра рассчитывается по простой формуле:
ΔST = α · Δt · d
где ΔST — изменение зазора (мкм); α — коэффициент линейного расширения материала (для стали 11,5·10⁻⁶ 1/°C); Δt — разница температур между внутренним и наружным кольцом (°C); d — диаметр отверстия подшипника (мм).
Пример. Подшипник GE 50 DO. Внутреннее кольцо греется до 80°C, наружное при 30°C, Δt = 50°C. ΔST = 11,5·10⁻⁶ · 50 · 50 = 28,75·10⁻³ мм ≈ 29 мкм. На столько уменьшится радиальный зазор.
Сводная таблица тепловых поправок ΔST (мкм) для стальной пары
Готовые значения для типовых перепадов температур между внутренним и наружным кольцом. Используйте таблицу, чтобы быстро прикинуть тепловую «потерю» зазора без расчёта.
| d, мм | Перепад Δt между внутренним и наружным кольцом, °C | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 20 | 40 | 60 | 80 | 100 | |
| 20 | 5 | 9 | 14 | 18 | 23 |
| 30 | 7 | 14 | 21 | 28 | 35 |
| 50 | 12 | 23 | 35 | 46 | 58 |
| 80 | 18 | 37 | 55 | 74 | 92 |
| 100 | 23 | 46 | 69 | 92 | 115 |
| 150 | 35 | 69 | 104 | 138 | 173 |
| 200 | 46 | 92 | 138 | 184 | 230 |
Когда тепловая поправка критична: гидроцилиндры с горячим маслом, опоры в зоне работы тормозов, валы рядом с источниками тепла, узлы парогенераторов и компрессоров. Если расчётное ΔST сопоставимо с (a + e) — то есть составляет 30% и более от каталожного зазора — обязательно берите группу C3.
Рабочие температуры серий (по каталогу INA/Schaeffler)
Прежде чем считать тепловую поправку, проверьте, попадает ли рабочая температура в допустимый диапазон для конкретной серии. Уплотнения 2RS ограничивают температуру значительно сильнее, чем сам подшипник.
| Серия | Тип / уплотнение | Рабочая температура | Снижение ресурса от |
|---|---|---|---|
| GE..DO | Сталь/сталь, без уплотнений | −60…+200 °C | +150 °C |
| GE..DO-2RS | Сталь/сталь, с уплотнениями | −30…+130 °C | — |
| GE..FO | Сталь/сталь, без уплотнений | −60…+200 °C | +150 °C |
| GE..FO-2RS | Сталь/сталь, с уплотнениями | −30…+130 °C | — |
| GE..LO | Сталь/сталь, для гидроцилиндров | −60…+200 °C | +150 °C |
| GE..HO-2RS | Сталь/сталь, с уплотнениями | −30…+130 °C | — |
| GE..PB | Сталь/бронза | −60…+250 °C | +150 °C |
| ШС, ШМ по ГОСТ 3635-78 | Сталь/сталь | до +120 °C постоянно | до +150 °C кратковременно |
Практическое следствие: для горячих узлов (выше +130 °C) подшипники с уплотнениями 2RS неприменимы — нужно использовать версии без уплотнений с внешним термостойким уплотнением. Для арктических условий (ниже −60 °C для сталь/сталь без уплотнений) при сборке может потребоваться специальная термообработка колец — структурное превращение стали при таких температурах вызывает увеличение объёма и подшипник «закусывает». Это согласовывается с производителем.
Таблица коэффициентов b и c
| d, мм (от — до) | b (внутреннее кольцо) | c (наружное кольцо) | ||
|---|---|---|---|---|
| GE..DO, HO, LO | GE..FO, FW, PB, PW | GE..DO, HO, LO | GE..FO, FW, PB, PW | |
| 6–10 | 0,65 | 0,55 | 0,70 | 0,81 |
| 12–20 | 0,72 | 0,64 | 0,81 | 0,81 |
| 25–35 | 0,79 | 0,71 | 0,83 | 0,83 |
| 40–70 | 0,79 | 0,71 | 0,85 | 0,85 |
| 80–140 | 0,80 | 0,75 | 0,85 | 0,85 |
| 160–300 | 0,84 | 0,78 | 0,85 | 0,85 |
Пример расчёта рабочего зазора
Дано:
- Подшипник GE 50 DO, сталь/сталь, требует смазки
- Радиальный зазор по каталогу (CN): 60–120 мкм
- Посадка на вал: m6 (ÜI = 23 мкм)
- Посадка в корпус: M7 (ÜA = 9 мкм)
- Корпус: массивный, отношение DA/DG = 50/120 → f ≈ 0,72
- Вал сплошной стальной, температура колец одинаковая
Расчёт расширения внутреннего кольца:
b = 0,79 (для d = 40–70 мм, серия DO)
a = 23 · 0,79 · 0,9 = 16 мкм
Расчёт обжатия наружного кольца:
c = 0,85; f = 0,72
e = 9 · 0,85 · 0,72 · 0,9 ≈ 5 мкм
Уменьшение радиального зазора:
Δ = a + e = 16 + 5 = 21 мкм
Рабочий зазор:
минимум: 60 − 21 = 39 мкм
максимум: 120 − 21 = 99 мкм
В неблагоприятном случае (максимальный натяг по обоим направлениям, минимальный начальный зазор) рабочий зазор может упасть до 15 мкм. Если рабочий зазор близок к нулю или отрицательный — нужно либо ослабить посадку, либо взять подшипник группы C3 (для GE 50 DO-C3 каталожный зазор 120–180 мкм, после монтажа — 99–159 мкм, безопасный диапазон).
Правило практика: в нагреваемых узлах (гидроцилиндры, опоры с горячими валами), при тугих посадках и для тонкостенных корпусов всегда проверяйте остаточный зазор. Если расчётный остаток меньше 20 мкм — переходите на группу C3.
Часть 2. Зазоры цилиндрических втулок скольжения
Цилиндрическая втулка скольжения — это базовая опора скольжения для вращающегося или совершающего возвратно-поступательное движение вала. Втулка запрессована в корпус, вал работает по её внутреннему диаметру с зазором. От правильного зазора зависит образование масляного клина (для смазываемых пар) или просто свобода вращения без заклинивания.
Принцип: относительный зазор ψ
Для цилиндрических втулок зазор удобно нормировать в относительной форме — отношением диаметрального зазора к диаметру вала:
ψ = S / d (в промилле, ‰)
откуда S = ψ · d
где S — диаметральный зазор в сборе (мкм); d — диаметр вала (мм); ψ — относительный зазор (‰, тысячные доли).
Таблица: типовые значения относительного зазора по диаметру вала
| Диаметр вала d, мм | Относительный зазор ψ, ‰ | Пример диаметрального зазора, мкм |
|---|---|---|
| до 80 | ≈ 1,0 | d = 50 → S ≈ 50 |
| 80–120 | ≈ 0,75 | d = 100 → S ≈ 75 |
| 120–200 | ≈ 0,5 | d = 160 → S ≈ 80 |
Это ориентировочные значения для пар «сталь/сталь» и «сталь/бронза» в среднем нагрузочно-скоростном режиме, при производстве с допусками «среднее поле» и качественной отделкой поверхностей. Для маслосмазываемых гидродинамических опор зазор увеличивают, для самосмазывающихся пар с твёрдой смазкой — наоборот, могут уменьшать до нуля.
Зазор через стандартные посадки
В реальной конструкторской практике зазор задаётся не напрямую, а через систему посадок ISO. Это позволяет работать с цеховыми допусками без отдельного контроля зазора. Типовые посадки для пар «вал — втулка скольжения»:
| Посадка | Характер | Применение |
|---|---|---|
| H7/h6 | Минимальный зазор, до нуля | Прецизионные направляющие, низкие скорости |
| H7/g6 | Малый зазор | Аккуратное вращение, средние нагрузки |
| H7/f7 | Стандартный зазор для опор | Обычные опоры валов, маслосмазываемые |
| H8/e8 | Увеличенный зазор | Высокие обороты, большое тепловыделение |
| H7/d8 | Большой зазор | Свертные втулки по ГОСТ 28774-90, ГОСТ 28773-90 — оптимальный зазор после запрессовки |
| H11/c11 | Очень большой зазор | Грубые узлы, тихоходные шарниры |
Пример. Бронзовая втулка с отверстием 50H7 (50,000–50,025 мм), вал 50f7 (49,950–49,975 мм). Зазор: минимум 25 мкм, максимум 75 мкм. Среднее — 50 мкм, что соответствует ψ ≈ 1‰.
Как выбрать посадку под режим работы
Главные факторы выбора — окружная скорость, нагрузка и характер смазки. Чем выше скорость, тем больший зазор нужен для масляного клина и отвода тепла. Чем выше нагрузка — тем меньше зазор, чтобы избежать ударных эффектов. Матрица ниже даёт стартовое значение, которое затем уточняется расчётом pv или каталогом производителя.
| Режим работы | Окружная скорость v, м/с | ||
|---|---|---|---|
| до 1 (тихоходные) | 1–5 (средние) | свыше 5 (быстроходные) | |
| Лёгкая нагрузка p ≤ 2 МПа |
H7/h6 — H7/g6 | H7/f7 | H8/e8 |
| Средняя нагрузка p = 2–10 МПа |
H7/g6 | H7/f7 | H8/e8 |
| Тяжёлая нагрузка p > 10 МПа |
H7/f7 | H8/e8 | H8/d9 — H9/d9 |
| Качающиеся/тихоходные узлы | H8/d9 — H11/c11 | — | — |
Поправки на условия:
- Нагретый узел (рабочая температура выше 80°C) — берите посадку на одну ступень свободнее (H7/f7 → H8/e8).
- Запылённая среда без герметизации — посадку свободнее, плюс смазочные канавки.
- Реверс с ударными нагрузками — посадку плотнее (H7/f7 → H7/g6).
- Полимерные втулки — посадку на одну ступень свободнее металлических из-за теплового расширения и водопоглощения.
- Свертные втулки — посадка задана производителем (обычно H7/d8), не меняется.
Особенности зазора у разных типов втулок
- Бронзовые цельные (ГОСТ ИСО 4379-2006). Стандартная пара «сталь по бронзе», работают с маслом. Зазор по посадке H7/f7 или H8/e8.
- Свертные стальные с антифрикционным слоем (ГОСТ 28774-90, ГОСТ 28773-90). После запрессовки в корпус с натягом по H7 наружный диаметр обжимается, внутренний диаметр получает «правильный» размер. Производитель указывает посадку вала H7/d8 — это даёт оптимальный зазор без дополнительной механической обработки втулки.
- Спекаемые (ГОСТ 24833-81), самосмазывающиеся. Пористая структура с маслонаполнением. Зазоры аналогичны бронзовым, посадка H7/f7.
- Полимерные (капролон, PA66). Зазор увеличивают на 50–100% относительно металлических — учитывается тепловое расширение полимера и водопоглощение.
Методы измерения зазора в подшипнике скольжения
На производстве и при ремонте зазор измеряют несколькими способами — выбор зависит от типа подшипника, доступа, точности и того, разобран ли узел.
Щупы (плоские щупы)
Набор плоских металлических пластин толщиной от 0,02 до 1 мм. Применение: прямой замер радиального зазора в собранном узле при доступе к торцу подшипника. Вал слегка приподнимают рычагом или домкратом, между валом и нижней частью отверстия втулки подкладывают щуп. Толщина наибольшего щупа, который входит с лёгким сопротивлением, = радиальный зазор.
Применимо для: крупных опор валов, ремонта судовых и тяжёлых станков. Ограничения: точность ±0,02 мм, нужен доступ, не подходит для глухих узлов.
Индикатор часового типа (ИЧ-10)
Самый точный способ замера в сборе. Стойка с индикатором ИЧ-10 (цена деления 0,01 мм) или ИЧ-1 (0,001 мм) устанавливается над концом вала. Вал поднимают рычагом или домкратом до упора, фиксируют показание индикатора. Затем опускают вал в нижнее положение — записывают второе показание. Разность = диаметральный зазор (= 2 × радиальный).
Применимо: любые радиальные подшипники скольжения, как смазываемые, так и сухие. Точность: ±0,005 мм. Этот метод — стандарт для приёмочного контроля и диагностики износа.
Нутромер и микрометр (раздельный замер до сборки)
Микрометрический нутромер (например, НМ-50 или индикаторный нутромер с ценой деления 0,01 мм) — для замера внутреннего диаметра втулки в нескольких сечениях и в двух плоскостях (контроль овальности). Микрометр МК — для замера диаметра шейки вала. Диаметральный зазор = Dотверстия − dвала.
Применимо: при сборке, входном контроле, ремонте с заменой втулки. Преимущество: позволяет оценить геометрию (овальность, конусность) ещё до сборки.
Plastigauge (пластиковый калибр)
Калиброванный пластиковый шнур, который укладывается между вкладышем и валом по образующей (по длине, не по окружности!). Узел собирается с штатным моментом затяжки крышки и сразу разбирается — без проворота вала. Ширина расплющенной полоски сравнивается со шкалой на упаковке — это и есть зазор в сборе.
Цвета и диапазоны измерения (по системе SPS / Plastigauge UK):
| Цвет шнура | Маркировка | Диапазон зазора | Типовое применение |
|---|---|---|---|
| Зелёный | PG-1 / PL-A | 0,025–0,076 мм | Прецизионные вкладыши, высокоскоростные опоры |
| Красный | PG-2 / PL-B | 0,051–0,152 мм | Стандартные опоры валов, бронзовые втулки |
| Синий | PG-3 / PL-C | 0,102–0,229 мм | Крупные тихоходные опоры, тяжёлая техника |
| Жёлтый | PR-1 / PL-X | 0,230–0,510 мм | Очень крупные подшипники (судовые, прокатные станы) |
Процедура замера:
- Очистить поверхности вкладыша и шейки вала от масла насухо.
- Отрезать кусок Plastigauge длиной чуть меньше ширины вкладыша.
- Уложить шнур на шейку вала параллельно оси (не по окружности).
- Установить крышку и затянуть болты по схеме «крест» штатным моментом из руководства производителя. Если момента нет в спецификации, ориентируйтесь на ~70% от момента, рассчитанного по классу прочности болта.
- Не проворачивать вал! Сразу же снять крышку.
- Сравнить ширину расплющенного шнура со шкалой на упаковке — она градуирована в мм и дюймах.
Применимо: разъёмные вкладыши (тонкостенные), узлы, где нельзя поставить индикатор. Даёт зазор именно «как в работе» — с учётом затяжки крышки. Точность: ±0,01 мм. Минус: разовое использование, нужен повторный демонтаж, чувствителен к маслу на поверхностях.
Свинцовая выжимка
Старая методика для крупных подшипников: между валом и вкладышем закладывают свинцовую проволоку, узел собирают с затяжкой. Толщина расплющенного свинца после разборки = зазор. Сегодня заменён Plastigauge, но всё ещё применяется на тяжёлых судовых и стационарных установках.
Сводная таблица методов
| Метод | Точность | В сборе / до сборки | Где применяется |
|---|---|---|---|
| Щупы плоские | ±0,02 мм | В сборе | Крупные опоры с доступом к торцу |
| Индикатор ИЧ-10 на стойке | ±0,005 мм | В сборе | Стандарт приёмочного контроля |
| Нутромер + микрометр | ±0,005 мм | До сборки | Замер геометрии и зазора отдельно |
| Plastigauge | ±0,01 мм | В сборе (с разборкой) | Разъёмные вкладыши |
| Свинцовая выжимка | ±0,02 мм | В сборе (с разборкой) | Крупные тяжёлые опоры |
Признаки неправильного зазора
Зазор «не на месте» проявляется в работе узла, и опытный механик читает эти признаки до разборки.
| Признак | Зазор слишком большой | Зазор слишком малый |
|---|---|---|
| Звук | Стук при реверсе, вибрация, биение | Скрип, повышенный гул |
| Температура | Нормальная или даже пониженная | Перегрев, иногда «прихватывание» |
| Износ | Локальный, неравномерный, с забоинами | Равномерный, ускоренный, со следами схватывания |
| Смазка | Утечки, потеря давления масла | Перегрев, изменение цвета, нагар |
| Ходовая | Биение, ослабление, повышенный люфт | Тяжёлое проворачивание, заклинивание |
Предельный зазор износа: когда менять подшипник
Зазор в работе постепенно растёт из-за износа поверхностей. Когда он превышает допустимый предел, подшипник нужно менять — иначе нагрузка концентрируется на узком участке, появляются ударные нагрузки, рушится смазочный клин. Универсального ГОСТ-норматива «зазор не более N мкм» для всех подшипников нет — критерии устанавливает производитель оборудования в регламенте техобслуживания. Но есть три рабочих правила, которыми пользуются механики:
Правило 1 — двукратный каталожный максимум
Самое распространённое практическое правило: предельный зазор = 2 × максимальный каталожный зазор группы CN. Если в работе радиальный зазор превысил это значение — подшипник под замену.
| d, мм | Каталожный CN max, мкм | Предельный износ (2× CN max), мкм |
|---|---|---|
| 20 | 82 | 165 |
| 30 | 100 | 200 |
| 50 | 120 | 240 |
| 80 | 142 | 285 |
| 100 | 165 | 330 |
| 150 | 192 | 385 |
| 200 | 214 | 430 |
Правило 2 — относительный износ для цилиндрических втулок
Для бронзовых и спекаемых втулок скольжения общего назначения: предельный диаметральный зазор не должен превышать 3·S₀, где S₀ — начальный зазор по посадке. Иными словами — тройной начальный.
Пример. Вал 50 мм, втулка по посадке H7/f7. Начальный зазор 25–75 мкм (среднее 50). Предельный — 150 мкм (3 × 50). При его превышении узел заменяется.
Правило 3 — по pv-критерию износа
Для нагруженных узлов, где зазор контролируется по ресурсу: предельный износ радиуса принимается равным 2–3% от диаметра вала. Для вала 100 мм это 2–3 мм по диаметру (1–1,5 мм по радиусу), при этом узел уже задолго до этого порога потеряет работоспособность по другим признакам.
Правило 4 — предельный износ самосмазывающихся подшипников
У самосмазывающихся подшипников с антифрикционными вставками (PTFE-композит, PTFE с бронзовой плёнкой, ELGOGLIDE® и аналоги) исходный зазор близок к нулю, но в процессе работы он растёт по мере износа полимерного слоя. Это и есть основной критерий отказа таких подшипников. Производители нормируют предельный износ зазора, после которого требуется замена:
| Антифрикционный материал | Предельный износ при односторонней нагрузке | Предельный износ при знакопеременной нагрузке |
|---|---|---|
| PTFE-композит (тканевый с фенольным связующим) | 0,15 мм | 0,30 мм |
| PTFE с бронзовой плёнкой | 0,25 мм | 0,50 мм |
| ELGOGLIDE® и аналогичные высокопрочные тканевые | 0,5 мм | 1,0 мм |
| Свертные втулки по ГОСТ 28774-90, ГОСТ 28773-90 | При знакопеременной нагрузке зазор может увеличиться до 0,5–0,8 мм — это нормально и учитывается при проектировании уплотнений | |
Износ замеряется индикатором ИЧ-10 в собранном узле или нутромером после извлечения. Для самосмазывающихся подшипников повторная смазка недопустима — масло мешает переносу полимерных частиц на сопряжённую поверхность и сокращает ресурс. Поэтому в эксплуатации это «одноразовые» элементы: износ дошёл до предела — замена, без обслуживания.
Когда менять без замера зазора
Подшипник идёт под замену независимо от величины зазора, если выявлено:
- Следы заедания, прихватывания, цвета побежалости на дорожках
- Локальный износ (выработка пятном) — даже при допустимом среднем зазоре
- Трещины, сколы, расслоения антифрикционного слоя
- Изменение геометрии (овальность отверстия втулки > 0,03 мм)
- Срабатывание акустических или вибрационных датчиков на оборудовании с мониторингом
Главное правило: регламент производителя оборудования всегда приоритетнее общих норм. Если в паспорте машины указан предельный зазор — пользуйтесь им. Общие правила выше — только когда регламента нет или подшипник заменялся на аналог.
Маркировка по ГОСТ 3635-78 и соответствие FAG/INA
ГОСТ 3635-78 «Подшипники шарнирные. Технические условия» — основной российский (исходно советский) стандарт на шарнирные подшипники скольжения. Действует с 01.07.1979 и полностью соответствует международным стандартам ИСО 6124/1, ИСО 6124/3, ИСО 6125 (это более ранние стандарты, заменённые на международном уровне на ISO 12240 в 1998 году, но для российских ШС-подшипников действующая нормативка — именно ГОСТ 3635-78). Радиальные и осевые зазоры в этом ГОСТ нормируются совместимо со стандартами ISO 12240-1...4 на современные шарнирные подшипники GE..DO.
Структура обозначения по ГОСТ 3635-78
Полное условное обозначение имеет вид:
[класс точности] [серия] [тип] [d] [К] [У] ГОСТ 3635-78
Каждая часть обозначения имеет строго определённое значение по стандарту.
Степень точности
- 1 (слева от обозначения) — первая степень точности. Например:
1-ЕШС15. - Без индекса — вторая степень точности (не указывается в обозначении).
Серии (диаметральные ряды)
| Серия ГОСТ | Диапазон d | Соответствие ISO / FAG-INA |
|---|---|---|
| Е (буква E) | 4–300 мм | ISO 12240-1 dimension series E → серии GE..DO, GE..DO-2RS |
| G | 4–280 мм | ISO 12240-1 dimension series G → серии GE..FO, GE..FO-2RS (с расширенным внутренним кольцом) |
| С | 320–2000 мм | ISO 12240-1 dimension series C → крупногабаритные радиальные шарнирные подшипники |
| 2 | 10–25 мм | Утолщённая, без прямого аналога в современной FAG-классификации |
| 7 | 8–60 мм | Устаревшая, к замене на серию Е по новым изделиям (примечание 3 ГОСТ табл. 3) |
Важно: индекс серии «Е» прячется внутри обозначения (например, ЕШС15), а серий 7 и 2 — выносится в начало (2ШС15) или вообще не указывается, потому что 7 — стандартная.
Типы исполнений
| Тип | Назначение | Смазочные каналы |
|---|---|---|
| Ш | Для подвижных соединений | Без отверстий и канавок |
| ШС | Для подвижных соединений | Отверстия и канавки только во внутреннем кольце |
| ШС...К | Для подвижных соединений | Отверстия и канавки в обоих кольцах (наружном и внутреннем) |
| ШСШ...К | Для подвижных соединений | С широким внутренним кольцом и каналами в обоих кольцах |
| ШМ | Для неподвижных соединений (компенсация несоосности) | Без отверстий и канавок |
Индекс зазора
- Без индекса — нормальный ряд осевого зазора (стандартная поставка).
- У (после диаметра или после К) — узкий ряд осевого зазора. Не путать с группой C2 у GE..DO — там нормируется радиальный зазор, а у «У» — осевой. Пример:
1-ЕШС15К У.
Примеры расшифровки реальных обозначений
1-ЕШ15— первая степень точности, серия Е, тип Ш (без смазочных каналов), d = 15 мм, нормальный осевой зазор.1-ЕШС15— то же, но тип ШС (со смазочными каналами во внутреннем кольце).1-ЕШС15К— серия Е, тип ШС...К (со смазочными каналами в обоих кольцах), d = 15 мм.1-ЕШС15К У— то же, плюс узкий ряд осевого зазора.1-СШМ320— первая степень точности, серия С (крупногабаритный), тип ШМ (для неподвижного соединения), d = 320 мм.ШМ15— вторая степень точности, серия 7 (не указывается), тип ШМ, d = 15 мм.2ШМ15— вторая степень точности, серия 2, тип ШМ, d = 15 мм.1-ШСШ25К— первая степень точности, тип ШСШ...К (широкое внутреннее кольцо с каналами в обоих кольцах), d = 25 мм.
Не верьте интернет-источникам, которые приписывают ГОСТ 3635-78 буквенные индексы И, Л, Р, Т, Э, Ю и другие. В самом тексте ГОСТ 3635-78 (включая изменения №1, 2, 3) таких индексов нет. Если встречаете подшипник с маркировкой типа «ШС-40Л» или «ШС-40Ю» — это либо обозначение производителя, не предусмотренное стандартом, либо устаревшая отраслевая система, либо ошибка переписи. Уточняйте у изготовителя.
Радиальный и осевой зазор по ГОСТ 3635-78
ГОСТ 3635-78 нормирует осевой зазор для типов Ш, ШС, ШС...К и ШМ (таблица 10 стандарта), и радиальный зазор для типа ШСШ...К (таблица 10а). Значения совпадают с CN-зазором по ISO 12240 — это подтверждает совместимость стандартов.
Осевой зазор по ГОСТ 3635-78 (таблица 10): измеряется под нагрузкой Р согласно п. 4.10 стандарта.
| d, мм | Первая степень точности (Ш, ШС, ШС...К) | Вторая степень точности | Нагрузка Р, Н (кгс) | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Узкий ряд (У) | Нормальный ряд | Тип ШМ | |||||
| min | max | min | max | min | max | ||
| 4–40 | 0,02 | 0,05 | 0,05 | 0,10 | 0 | 0,03 | 49 (5) |
| 40–50 | 0,02 | 0,05 | 0,05 | 0,15 | 0 | 0,05 | 49 (5) |
| 50–60 | 0,04 | 0,15 | 0,15 | 0,30 | 0 | 0,15 | 98 (10) |
| 60–90 | 0,05 | 0,18 | 0,18 | 0,35 | 0 | 0,18 | 98 (10) |
| 90–120 | 0,05 | 0,20 | 0,20 | 0,40 | 0 | 0,20 | 98 (10) |
Радиальный зазор для типа ШСШ...К (таблица 10а ГОСТ): данные совпадают с CN-зазором GE..DO по каталогу Schaeffler — это подтверждает прямую совместимость стандартов.
| d, мм | min, мкм | max, мкм |
|---|---|---|
| 12 | 32 | 68 |
| 16 | 40 | 82 |
| 20 | 40 | 82 |
| 25 | 50 | 100 |
| 32 | 50 | 100 |
| 40 | 60 | 120 |
| 50 | 60 | 120 |
| 63 | 72 | 142 |
| 70 | 72 | 142 |
| 80 | 72 | 142 |
| 90 | 72 | 142 |
| 100 | 85 | 165 |
| 110 | 85 | 165 |
| 125 | 85 | 165 |
| 160 | 100 | 192 |
| 200 | 100 | 192 |
| 250 | 110 | 214 |
| 320 | 135 | 261 |
Рабочая температура по ГОСТ 3635-78
Пункт 6.9 стандарта: при твёрдости колец 59...65 HRC₃ постоянно действующая температура не должна превышать 120 °C. Допускается кратковременная работа при 150 °C. Это меньше, чем у современных GE..DO по каталогу INA/FAG (до +200 °C без уплотнений), потому что ГОСТ ориентирован на консервативную оценку с большим запасом по ресурсу. Если подшипник куплен по ГОСТ — ориентируйтесь на нормы ГОСТ; если по каталогу FAG — на нормы каталога.
Шероховатость поверхностей по ГОСТ 3635-78
Пункты 2.4 и 6.6 стандарта нормируют шероховатость колец и посадочных мест:
- Сферическая поверхность внутреннего кольца — Ra ≤ 0,16 мкм
- Сферическая поверхность наружного кольца — Ra ≤ 0,63 мкм
- Посадочная поверхность внутреннего кольца — Ra ≤ 1,25 мкм
- Посадочная поверхность наружного кольца до 80 мм — Ra ≤ 0,63 мкм
- Посадочная поверхность наружного кольца свыше 80 мм — Ra ≤ 1,25 мкм
- Посадочные поверхности вала и корпуса — Ra ≤ 1,25 мкм для d до 80 мм, Ra ≤ 2,5 мкм для d свыше 80 мм
Краткие ответы на частые вопросы
Какой зазор должен быть в подшипнике скольжения?
У сферических шарнирных подшипников (GE..DO, GE..FO с парой сталь/сталь) — по группам: CN (нормальный) для вала 50 мм даёт 60–120 мкм. У цилиндрических втулок скольжения — относительный зазор ψ ≈ 1‰ для валов до 80 мм, 0,75‰ для 80–120 мм, 0,5‰ для 120–200 мм. Конкретное значение — из таблиц каталога или посадки H7/f7.
Что такое радиальный зазор?
Расстояние, на которое внутреннее кольцо (или вал) может быть смещено относительно наружного кольца (или корпуса) в поперечном направлении. Основной параметр всех подшипников скольжения. Связан с диаметральным зазором: радиальный = диаметральный / 2.
Какие группы зазора есть у сферических подшипников скольжения?
Три: C2 — уменьшенный (суффикс -C2), CN — нормальный (без суффикса, стандартная поставка), C3 — увеличенный (суффикс -C3). C2 — для статичных узлов с минимальной подвижностью. CN — стандарт. C3 — для тугих посадок и нагретых узлов. Пример обозначения с увеличенным зазором: GE 60 DO-C3.
Какие ГОСТы регулируют зазоры подшипников скольжения?
ГОСТ ISO 12240-1...4 — сферические подшипники (группы C2/CN/C3). ГОСТ 3635-78 — шарнирные подшипники (российская маркировка). ГОСТ 28774-90 и ГОСТ 28773-90 — свертные втулки (полиацеталь, фторопласт). ГОСТ 29201-91 и ГОСТ ИСО 4379-2006 — бронзовые втулки. ГОСТ 24833-81 — спекаемые втулки. ГОСТ ИСО 4378-1-2001 — термины и определения.
Чем измерить зазор: щупом или индикатором?
Щупы — быстро и просто, точность ±0,02 мм, для оценки. Индикатор часового типа (ИЧ-10) на стойке — стандарт приёмочного контроля, точность ±0,005 мм. Для разъёмных вкладышей и узлов без доступа — Plastigauge (пластиковый калибр) с точностью ±0,01 мм. Для замера отдельно вала и втулки до сборки — микрометр и нутромер.
Как посадка влияет на зазор?
Натяг на валу расширяет внутреннее кольцо: a = Üᵢ · b · 0,9. Натяг в корпусе обжимает наружное: e = Üₐ · c · f · 0,9. Сумма уменьшает каталожный зазор. Для GE 50 DO с посадками m6/M7 потеря зазора около 20 мкм. При тугих посадках и нагретых узлах берут группу C3, чтобы рабочий зазор не ушёл в ноль.
Какой зазор у бронзовой втулки скольжения?
Зависит от посадки. Стандарт для опор валов — H7/f7: для вала 50 мм даёт 25–75 мкм. Для более нагруженных узлов — H7/g6 (зазор 9–34 мкм). Свертные втулки по ГОСТ 28774-90 рассчитаны на H7/d8 (большой зазор) — он становится оптимальным после запрессовки в корпус. Полимерные втулки — увеличенный зазор +50–100% от металлических.
Что делать, если после монтажа подшипник заклинило?
Рассчитать остаточный зазор: каталожный минус натяг по валу и корпусу. Если ушёл в ноль — варианты: ослабить посадку (например, k6 вместо m6, J7 вместо M7), взять подшипник группы C3, увеличить отверстие в корпусе или уменьшить шейку вала. Для тонкостенных корпусов проверить коэффициент податливости f. В нагретых узлах учесть тепловое расширение — оно может «съесть» ещё 10–20 мкм зазора.
Чем осевой зазор отличается от радиального?
Радиальный — смещение поперёк оси. Осевой — смещение вдоль оси. У сферических шарнирных подшипников осевой зазор связан с радиальным геометрически и обычно в несколько раз больше радиального — точные значения берутся из дименсиональных таблиц каталога производителя. В обозначениях по ГОСТ 3635-78 индекс «У» = уменьшенный осевой зазор. У упорных подшипников осевой — основной нормируемый параметр.
Какой предельный зазор износа для замены подшипника?
Универсального норматива нет, ориентируются по правилам. Для шарнирных подшипников с парой сталь/сталь: предельный зазор = 2× максимума группы CN (для d=50 → 240 мкм, для d=100 → 330 мкм). Для бронзовых втулок: 3× начального зазора по посадке (при H7/f7 для d=50 — 150 мкм). Для самосмазывающихся с PTFE/ELGOGLIDE® вставками — предельный износ зазора 0,15–1,0 мм в зависимости от материала и характера нагрузки. Подшипник меняется без замера зазора при следах заедания, локальной выработке, трещинах антифрикционного слоя, овальности отверстия > 0,03 мм. Регламент производителя оборудования всегда приоритетнее общих норм.
Как нагрев влияет на зазор?
Перегрев внутреннего кольца относительно наружного уменьшает радиальный зазор по формуле ΔS = α·Δt·d, где для стали α = 11,5·10⁻⁶ 1/°C. Пример: GE 50 DO, внутреннее 80°C, наружное 30°C, Δt = 50°C → потеря зазора 29 мкм. Если расчётная тепловая потеря составляет 30% и более от каталожного зазора (типично для гидроцилиндров, тормозов, нагретых валов) — обязательно берите группу C3.
Как соотносятся обозначения ШС по ГОСТ 3635-78 и GE..DO по FAG/INA?
Это разные системы обозначений. По ГОСТ 3635-78 тип шарнирного подшипника обозначается буквами Ш, ШС, ШС...К, ШСШ...К, ШМ (зависит от наличия смазочных каналов и назначения), а размерный ряд — серией Е, G, С, 2, 7. Серия Е соответствует ISO 12240-1 series E (GE..DO), серия G — series G (GE..FO), серия С — крупногабаритным радиальным шарнирным подшипникам. Зазоры совместимы: радиальный зазор по ГОСТ совпадает с CN-зазором GE..DO. Пример: 1-ЕШС15К = первая степень точности, серия Е, тип ШС...К (со смазочными каналами в обоих кольцах), d = 15 мм. Индекс «У» в конце (1-ЕШС15К У) — это узкий ряд осевого зазора, не путать с группой C2 у GE..DO, где нормируется радиальный зазор.
Какой Plastigauge использовать?
По диапазону ожидаемого зазора. Зелёный (PG-1) — 0,025–0,076 мм, для прецизионных и высокоскоростных опор. Красный (PG-2) — 0,051–0,152 мм, для стандартных опор и бронзовых втулок (самый ходовой). Синий (PG-3) — 0,102–0,229 мм, для крупных тихоходных опор. Жёлтый (PR-1) — 0,230–0,510 мм, для очень крупных подшипников. Если не угадали с цветом — расплющенная полоска выйдет либо за пределы шкалы, либо неравномерной.