Подшипник качения: размеры по ГОСТу, классификация, таблица размеров

Использование в механизмах подшипников качения дает возможность производить машины более высокого класса точности. Машины на этих конструктивных элементах более надежны и имеют больший срок службы. Кроме того, их применение делает ниже эксплуатационные расходы.

Возможности узла, в котором применен подшипник качения, определяется тем, насколько точно установлена эта деталь. Расстояние от базы до оси вращения и от базы до торца вала, а также радиальное и торцовое биение должны быть в определенных пределах точности.

В процессе сборки необходимо стремиться, чтобы обоймы подшипников не деформировались. Форма посадочных мест в корпусе подшипника и на валу должна по форме и шероховатости удовлетворять техническим требованиям, без царапин и заусенцев.

Отличия от подшипников скольжения

В механизмах встречаются два вида подвижных деталей: опоры, основанные на трении скольжения, и опоры, базирующиеся на трении качения.

При использовании первых рабочие поверхности корпуса и вала взаимно перемещаются и взаимодействуют, разделяясь чаще всего смазочными материалами и вкладышем скольжения. Опора работает, когда в деталях, пришедших в соприкосновение, имеет место чистое скольжение.

При втором варианте опор в промежуток между поверхностями, которые взаимно перемещаются, помещаются тела качения (это могут быть ролики или шарики). При этом опоры работают с использованием трения качения. В таких случаях вместо бронзовых, баббитовых или пластиковых вкладышей в опорах, где применяется трение качения, задействованы шариковые или роликовые подшипники из стали.

В соответствии с характером нагрузки опор вращения они бывают радиальные, когда на опору действуют радиальная нагрузка, упорные, когда опора подвергается лишь осевым нагрузкам, и радиально-упорные, когда на опору действуют оба вида нагрузок вместе.

Для каждого типа опоры характерен свой размер, конструкция, технические условия на производство, монтаж и обслуживание.

У подшипников качения и подшипников скольжения различный механизм сопротивления движению и определения изнашивания деталей подвижных опор. Вид необходимого узла определяется на основании оценки порядка эксплуатации механизма или его отдельных узлов.

Преимущества и недостатки

Подшипники качения и скольжения имеют как плюсы, так и минусы. Подшипникам качения можно отдать предпочтение перед подшипниками скольжения благодаря меньшему уровню трения на малых скоростях и при старте с места. Также подшипники качения размеры по осям имеют меньше, что позволяет проще компоновать конструкции самоустанавливающихся опор, не требуя длительного времени на трудную индивидуальную подгонку вкладышей и их приработку. Это особенно важно для цапф, имеющих большие диаметры, работающих под большими нагрузками, с высокими скоростями вращения и температурами.

Когда использован подшипник качения, улучшается качество смазки деталей и узлов машин, качество их обслуживания, продляется срок жизни посадочных поверхностей шеек цилиндров и валов. Таким образом, для подавляющего большинства опор оборудования они подходят наилучшим образом.

Правда, кроме преимуществ, подшипники качения имеют и ряд минусов.

Например, крупные габариты. Такие конструктивные элементы широко представлены в машиностроительном оборудовании, производятся малыми сериями и очень дорого стоят. Подшипник качения уступает конкурентам по таким параметрам как радиальные размеры, вес и жёсткость.

Очень сложно правильно их подобрать, когда высокие скорости вращения сочетаются действием высоких нагрузок. Общеизвестно, что при увеличении нагрузки и скорости вращения узла снижается его долговечность. Допустим, если нагрузку увеличить на четверть по сравнению с прежней, то срок службы уменьшается в два раза, а при увеличении нагрузки в два раза, долговечность становится меньше в 10 раз.

Маркировка и размеры по ГОСТу

Требования к узлам и деталям формулирует ГОСТ. Подшипники качения описывает ГОСТ 520-2002.

В основу условных обозначений легли следующие их параметры:

• диаметр, который имеет отверстие подшипников;
• серии ширин (или высот) и серии диаметров;
• типы подшипников;
• техническая реализация.

Как правильно по маркировке определить размеры подшипников качения? Таблица обозначений поможет справиться с этой задачей.

Все приведенные выше параметры обозначаются знаками (или цифрами). То, из каких цифр состоит маркировка подшипника, зависит от занимаемых ими мест в его условном обозначении, если читать слева направо:

Первая и вторая цифры обозначают диаметр отверстия (если речь идет о диаметре отверстия больше или равном 10 мм).

Третья цифра указывает серию диаметров.

Четвертая цифра определяет тип подшипника.

Пятая и шестая цифры дают представление о конструктивном исполнении.

Седьмая цифра указывает серию ширин (или высот).

Размеры

Узнать, как зависят размеры подшипников от их серий, позволяет таблица размеров подшипников. Она позволяет увязать серию с внешним и внутренним диаметром и шириной.

Размеры подшипников качения. Таблица 1.

Ширина	Внешний диаметр	Внутренний диаметр	Серия
13 мм	55 мм	30 мм	106
10 мм	32 мм	12 мм	201
11 мм	35 мм	15 мм	202
12 мм	42 мм	17 мм	203
14 мм	47 мм	20 мм	204
15 мм	52 мм	25 мм	205
16 мм	62 мм	30 мм	206
12 мм	37 мм	12 мм	301
13 мм	42 мм	15 мм	302
14 мм	47 мм	17 мм	303
15 мм	52 мм	20 мм	304
14 мм	35 мм	15 мм	502
16 мм	40 мм	17 мм	503
18 мм	52 мм	25 мм	505
19 мм	47 мм	17 мм	603
14 мм	40 мм	17 мм	703
15,5 мм	47 мм	17 мм	803

Это таблица подшипников качения, одна из многих таблиц, описывающих данный вид конструктивных элементов.

Классификация

Одним из признаков, по которому происходит классификация подшипников качения, является форма тел качения. В соответствии с ней подшипники могут быть шариковые и роликовые. Шариковые тела качения, как следует из названия, имеют исключительно шарообразную форму. Роликовые тела качения могут быть цилиндрическими, а также иметь форму бочек или форму конусов.

Следующий признак классификации – направление нагрузки, воспринимаемое подшипником качения. По данному признаку различают подшипники:

• радиальные, которые воспринимают лишь радиальные или в основном радиальные нагрузки;
• радиально-упорные, могущие воспринимать и радиальные, и осевые нагрузки.

Следует отметить, что, регулируемые подшипники не в состоянии функционировать без нагрузки на ось. Упорные способны воспринимать лишь осевые силы. Упорно-радиального типа работают как при осевых, так и при небольших радиальных нагрузках.

Существует также классификация подшипников качения в зависимости от того, из какого количества рядов тел качения они состоят. Они бывают однорядные и двухрядные.

В соответствии с такой характеристикой, как чувствительность к перекосам, выделяют самоустанавливающиеся подшипники. Они способны нормально функционировать даже при возникновении перекоса до 3°.

Система допусков и посадок

Подшипники качения получили широкое распространение. Они производятся на специальных заводах и имеют полную взаимозаменяемость по поверхностям, которые определяются диаметрами колец: D - внешним диаметром внешнего кольца и d - внутренним диаметром внутреннего кольца.

Взаимозаменяемость подшипников качения зависит от требований к точности:

• точность ширины кольца В;
• точность диаметров колец d, D;
• точность поверхностей колец;
• радиальное и осевое биение дорожек качения, определяющее точность вращения;
• точность зазора, который образуется при рабочих параметрах между дорожками качения и телами качения.

Точность сборочных единиц задает ГОСТ. Подшипники качения должны соответствовать требованиям к точности ГОСТ 520–89, согласно которому имеется 5 классов их точности: 0; 6; 5; 4; 2. Большая часть механизмов использует узлы класса точности 0. Узлы классов точности выше нуля используют на высоких скоростях вращения и в ситуациях, требующих высокой точности вращения вала (например, в прецизионных станках). Класс точности указывается перед маркировкой через тире.

Чтобы сохранить взаимозаменяемость подшипников качения, средняя конусность и овальность отверстия и поверхности колец не должны быть больше половины допуска на средние диаметры Dc, dc. Эти параметры вычисляют как среднее арифметическое от максимального и минимального диаметров, которые замерены в 2 крайних сечениях кольца.

Поэтому допуски подшипников качения назначаются на размеры:

• D и d;
• Dc и dc;
• В.

Допуски колец определяются лишь классом точности подшипника и его размерами, независимо от свойств соединения с валом и корпусом. Так достигается уменьшение номенклатуры подшипников. Параметры соединения колец с валом и корпусом определяются путем изменения полей допуска вала и отверстия.

Посадки подшипников качения нужно определять таким образом, чтобы кольцо, которое вращается, сидело с натягом, который исключал бы обкатку и проскальзывание кольца вдоль посадочной поверхности в ходе работы в нагруженном режиме.

Посадки зависят от таких факторов:

• класс точности;
• тип и размер нагрузок;
• вид нагружения.

Нагружение может быть местным, циркуляционным и колебательным.

В случае местного нагружения работает только радиальная нагрузка постоянной величины и направления в единственной точке посадочной поверхности подшипника, передающаяся единственной точке поверхности корпуса или вала.

Кольцо, нагруженное таким образом, нужно устанавливать, чтобы был зазор, а затем постепенно проворачивать кольцо, избегая местной выработки кольца, вала и корпуса.

Если имеет место циркуляционное нагружение, воздействие оказывает только радиальная нагрузка, передаваемая всей окружности дорожки подшипника, и она воспринимается последовательно поверхностью корпуса или вала. Кольцо, которое испытывает циркуляционное нагружение, устанавливают на корпус или вал с натягом.

Когда происходит колебательное нагружение, в действие вступают две различные радиальные нагрузки. Одна из них имеет постоянную величину и направление, а другая – вращающаяся. На ограниченный участок беговых дорожек колец влияет равнодействующая этих нагрузок, передаваясь некоторой части на посадочной поверхности корпуса или вала.

Расчет

Расчет подшипников качения на долговечность производится по методу усталостного выкрашивания и на предупреждение пластических деформаций.

Для постоянного режима эти конструктивные элементы рассчитываются по эквивалентной динамической нагрузке с учетом характера и направления сил, действующих на узел. Эквивалентная нагрузка принимается такой, которая обеспечивает тот же срок службы, что и в условиях реальных нагрузок.

Грузоподъемность подшипников характеризуют такие параметры, как базовая динамическая грузоподъемность С и базовая статическая грузоподъемность С0.
Первая - радиальная или осевая нагрузка, выдерживаемая при сроке службы в 1 миллион оборотов. Базовая долговечность – долговечность в условиях надежности 90%.

Расчетную долговечность можно определить как число оборотов в миллионах или часы работы, если в результате на поверхностях 90% деталей партии нет свидетельств усталости металла в виде отслаивания или выкрашивания.

Шарикоподшипники радиальные однорядные

Самая популярная разновидность подшипников качения. Часто используются в конструкциях самой разнообразной аппаратуры. В ее числе валики картонных машин, редукторы, электромоторы. Используются для противодействия радиальным нагрузкам, но могут быть готовы также к восприятию двусторонних осевых нагрузок. Часто их используют исключительно для осевых нагрузок, в особенности если число оборотов вала велико и упорные подшип­ники использовать нельзя. Если радиальный зазор увеличивается, то возможности осевой грузоподъемности подшипника также становятся больше, поскольку в этой ситуации подшипники обретают характеристики радиально-упорных. Возможна работа подшипников, в случае если относительный перекос внутреннего и наружного колец не больше 20°.

Что касается корпуса подшипников качения, то выполняется он чаще всего из серого чугуна. Материалом для сепараторов подшипников однорядных является стальная штамповка или антифрикционные материалы типа текстолита, латуни, бронзы, дюралюминия. В последние время для производства сепараторов используют полиамидные смолы. Если подшипники имеют высокий класс точности и массивные точеные сепараторы, центровка которых происходит по наружному кольцу при использовании эффективных режимов смазки, тогда возможна их работа даже на скоростях вращения, которые превосходят предельные, описанные в справочниках.

Конструктивные виды радиальных подшипников однорядных:

• имеющие одну защитную шайбу;
• имеющие две защитных шайбы;
• имеющие канавку на наружном кольце и уста­новочное кольцо;
• имеющие установочное кольцо и защитную шайбу;
• имеющие одностороннее и двустороннее уплотнение;
• имеющие канавку для ввода шариков без сепаратора.

Шарикоподшипники с одной защитной шайбой

Производятся исключительно с сепараторами, выполненными методом штамповки. Их использование на высоких скоростях нежелательно. При работе с такими подшипниками используются консистентные смазки. Защитная шайба из металла, которая запрессована в канавку на наружном кольце, может удерживать смазку только с од­ной стороны. С обратной стороны смазка, которая заложена в подшипник, ограничена крышкой или уплотнением в узле. Появляющееся пространство отчасти заполняют смазками, выбранными для особых условий работы. Такой вариант конструкции детали всегда дает возможность осмотреть ее (в месте крышки или уплотнения) и по ходу работы провести добавочную смазку.

Шарикоподшипники с двумя защитными шайбами

Обладают такими же сепараторами и скоро­стными параметрами, что и предыдущая деталь, но рабочая смазка подшипников качения, закладывается между шайбами в процессе сборки на заводе. Применяется этот вид сборочного узла в ситуациях, когда невозможно сделать уплотнение в узле. Так конструкция становится проще и уменьшается общий вес узла. Внутренние детали такого подшипника осмотру в ходе работы не поддаются.

Шарикоподшипники с канавкой на наружном кольце

Посредством разрезного установочного кольца, входящего в канавку на кольце с наружной стороны, имеется возможность фиксации подшипника внутри корпуса, не требующего упора наружного кольца, в заплечики корпуса для опоры. Однако их способность к восприятию радиальных нагрузок значительно больше, чем для осевых. Использование установоч­ных колец делает конструкцию проще, уменьшает размеры узлов и дает возможность сквозной расточки отверстий корпусов.

Шарикоподшипники с уплотнением

Широко используются подшипники, имеющие двустороннее уплот­нение. Оно представляет собой резиновую мембра­ну. Узлы, где применено это уплотнение, характеризуются неплохой герметичностью. Как следствие, заводская смазка не вытекает и исключается попадание в нее сторонних частиц. Сепараторы таких шарикоподшипников обычно точеные текстолитовые или бронзовые. Хотя уплотнение их и контактного типа, они имеют возможность работы на повышенных скоро­стях вращения.

Шарикоподшипники с уплотнением часто используются в опорах электродвигателей. В этих узлах щеточная пыль выделяется настолько интенсивно, что способна быстро приводить к поломке шарикоподшипников других типов.

Шарикоподшипники с канавкой для ввода шариков без сепаратора

Их отличие от прочих подшип­ников классической конструкции в наличии профрезерованных канавок в бортах колец. Через эти канавки происходит вставка шариков. Поскольку шариков такой подшипник качения имеет больше, чем сепараторный, это дает выигрыш в грузоподъемности. Их назначение - работа на небольших скоростях вращения из-за чрезмерного трения соприкасающихся тел качения. Там, где имеются осе­вые нагрузки, лучше отказаться от их применения, поскольку под их действием шарики часто смещаются по отношению к осям дорожек качения.

Как конструктивный вариант таких шарикоподшипников встречаются узлы, где есть и канавка для вставки шари­ков, и защитные шайбы.

Данные узлы используются без применения смазки в сушильных камерах и узлах, применяющих качательное движение.