Навигация по таблицам:
Таблицы зазоров в подшипниковых узлах
Таблица 10.1: Рекомендуемые значения радиальных зазоров подшипников по условиям эксплуатации
| Тип подшипника | Диапазон внутренних диаметров (мм) | Нормальные условия (группа зазора) | Повышенная температура внутреннего кольца (группа зазора) | Повышенная температура наружного кольца (группа зазора) | Высокие скорости вращения (группа зазора) | Точное позиционирование (группа зазора) | Повышенные вибрации (группа зазора) | Тяжелые радиальные нагрузки (группа зазора) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Шариковые радиальные | 10-30 | CN (нормальный) | C3 | C2 | C3 | C2 | C3 | CN |
| Шариковые радиальные | 30-50 | CN | C3 | C2 | C3 | C2 | C3 | CN |
| Шариковые радиальные | 50-80 | CN | C3/C4 | C2 | C3 | C2 | C3 | CN |
| Роликовые цилиндрические | 10-30 | CN | C3 | C2 | C3 | CN | C3 | CN/C3 |
| Роликовые цилиндрические | 30-50 | CN | C3 | C2 | C3 | CN | C3 | C3 |
| Роликовые цилиндрические | 50-80 | CN | C3/C4 | C2 | C3 | CN | C3 | C3 |
| Роликовые сферические | 20-50 | CN | C3 | C2 | C3 | - | C3/C4 | C3 |
| Роликовые сферические | 50-100 | CN | C3/C4 | C2 | C3 | - | C4 | C3 |
| Роликовые конические | 20-50 | Регулируемый | Увеличенный | Уменьшенный | Увеличенный | Минимальный | Увеличенный | Нормальный |
Таблица 10.2: Изменение зазора подшипника после монтажа в зависимости от посадок
| Тип подшипника | Диапазон размеров (мм) | Посадка внутреннего кольца (допуск вала) | Посадка наружного кольца (допуск корпуса) | Среднее уменьшение зазора при монтаже (мкм) | Диапазон разброса уменьшения зазора (мкм) | Рекомендуемый начальный зазор до монтажа | Рекомендуемый окончательный зазор после монтажа |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Шариковые радиальные | 10-30 | j5/k5 | H7 | 5-10 | 2-15 | CN/C3 | CN |
| Шариковые радиальные | 30-50 | k5/m5 | H7 | 10-15 | 5-25 | C3 | CN |
| Шариковые радиальные | 50-80 | m5/n5 | H7/G7 | 15-25 | 10-35 | C3 | CN |
| Роликовые цилиндрические | 10-30 | k5/m5 | H7 | 10-15 | 5-25 | C3 | CN |
| Роликовые цилиндрические | 30-50 | m5/n5 | H7/G7 | 15-25 | 10-40 | C3 | CN |
| Роликовые цилиндрические | 50-80 | n5/p6 | G7 | 25-40 | 15-55 | C3/C4 | CN/C3 |
| Роликовые сферические | 20-50 | m5/n5 | H7 | 15-25 | 10-40 | C3 | CN |
| Роликовые сферические | 50-100 | n5/p6 | H7/G7 | 25-45 | 15-65 | C3/C4 | CN/C3 |
| Роликовые конические | 20-50 | k5/m5 | H7 | - | - | - | Регулируемый при монтаже |
Таблица 10.3: Температурные поправки к зазорам подшипников
| Материал подшипника | Материал вала | Материал корпуса | Коэффициент линейного расширения (10⁻⁶/°C) | Изменение зазора при нагреве внутреннего кольца на 10°C (мкм) | Изменение зазора при нагреве наружного кольца на 10°C (мкм) | Изменение зазора при равномерном нагреве узла на 10°C (мкм) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Подшипниковая сталь | Сталь углеродистая | Чугун серый | 11.5 / 11.0 / 10.0 | -2.3 | +3.0 | +0.7 |
| Подшипниковая сталь | Сталь нержавеющая | Чугун серый | 11.5 / 16.0 / 10.0 | -4.5 | +3.0 | -1.5 |
| Подшипниковая сталь | Сталь углеродистая | Алюминиевый сплав | 11.5 / 11.0 / 23.0 | -2.3 | +11.5 | +9.2 |
| Нержавеющая сталь | Сталь нержавеющая | Нержавеющая сталь | 16.0 / 16.0 / 16.0 | 0 | 0 | 0 |
| Подшипниковая сталь | Сталь углеродистая | Полимер (корпус) | 11.5 / 11.0 / 80.0 | -2.3 | +68.5 | +66.2 |
ΔS — изменение радиального зазора (мкм)
D — диаметр отверстия подшипника (мм)
αh — коэффициент линейного расширения материала корпуса (10⁻⁶/°C)
αs — коэффициент линейного расширения материала вала (10⁻⁶/°C)
ΔTh — изменение температуры корпуса (°C)
ΔTs — изменение температуры вала (°C)
ΔS = 50 × [(10.0 × 10⁻⁶ × 20) - (11.0 × 10⁻⁶ × 30)] = 50 × (0.0002 - 0.00033) = 50 × (-0.00013) = -6.5 мкм
Отрицательное значение означает уменьшение зазора на 6.5 мкм.
Рекомендуемые подшипниковые узлы
Для различных условий эксплуатации мы предлагаем широкий ассортимент подшипниковых узлов, которые уже имеют оптимально подобранные зазоры в зависимости от их назначения:
Полное оглавление
2. Введение
Правильный подбор зазоров в подшипниковых узлах является одним из ключевых факторов, определяющих надежность и долговечность работы механизмов. Зазор в подшипнике — это свободное пространство между телами качения и дорожками качения, которое обеспечивает возможность относительного перемещения колец подшипника, компенсацию температурных деформаций и правильное распределение смазочного материала.
Недостаточный зазор может привести к перегреву подшипника, заклиниванию и преждевременному выходу из строя, в то время как чрезмерный зазор способствует повышенной вибрации, шуму и неравномерному распределению нагрузки, что также сокращает срок службы подшипникового узла. В данной статье мы рассмотрим рекомендуемые значения зазоров для различных типов подшипников и условий эксплуатации, а также методы их измерения и регулировки.
3. Значение правильного подбора зазоров
Оптимальный зазор в подшипниковых узлах имеет решающее значение для обеспечения эффективной работы и длительного срока службы механизмов. Корректно подобранный зазор выполняет несколько важных функций:
- Обеспечивает свободное вращение подшипника с минимальным трением
- Компенсирует температурные расширения колец и других элементов узла
- Предотвращает заедание подшипника при перекосах вала
- Создает оптимальные условия для формирования смазочной пленки между рабочими поверхностями
- Обеспечивает правильное распределение нагрузки между телами качения
По статистике производителей подшипников, около 25% преждевременных отказов подшипниковых узлов связаны с неправильно подобранными зазорами. Это делает данный аспект одним из наиболее важных при проектировании и обслуживании механизмов.
4. Факторы, влияющие на выбор зазора
4.1. Температурный режим работы
Температурный режим работы подшипникового узла является одним из ключевых факторов при выборе зазора. При повышении температуры происходит расширение материалов вала, корпуса и самого подшипника. Поскольку коэффициенты теплового расширения этих элементов могут различаться, а также из-за разницы в их массе и теплоотводе, возникает неравномерный нагрев, который приводит к изменению фактического зазора в подшипнике.
Если внутреннее кольцо нагревается сильнее (что часто происходит при передаче тепла от двигателя или других источников через вал), его диаметр увеличивается больше, чем диаметр наружного кольца, что приводит к уменьшению радиального зазора. В таких случаях рекомендуется подбирать подшипники с увеличенным начальным зазором (группы C3 или C4). Напротив, если наружное кольцо нагревается сильнее (например, при внешнем нагреве корпуса), зазор может увеличиваться, и в этом случае может потребоваться подшипник с уменьшенным зазором (группа C2).
4.2. Скорость вращения
Высокие скорости вращения создают значительные центробежные силы, воздействующие на тела качения и внутреннее кольцо подшипника. Эти силы могут вызывать дополнительное расширение внутреннего кольца и смещение тел качения, что приводит к уменьшению рабочего зазора. Кроме того, высокоскоростная работа часто сопровождается повышенным тепловыделением.
Для высокоскоростных применений обычно рекомендуются подшипники с увеличенным зазором (группа C3). Это особенно важно для шпиндельных узлов станков, высокоскоростных насосов и турбин, где частота вращения может достигать нескольких десятков тысяч оборотов в минуту.
4.3. Нагрузка на подшипниковый узел
Характер и величина нагрузки существенно влияют на выбор оптимального зазора. При тяжелых радиальных нагрузках зазор в подшипнике может привести к неравномерному распределению усилий между телами качения, что снижает нагрузочную способность и срок службы подшипника.
Для роликовых подшипников, работающих под большими радиальными нагрузками, часто рекомендуется выбирать увеличенный зазор группы C3. Это особенно важно для сферических роликовых подшипников, где правильно подобранный зазор обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между двумя рядами роликов.
При значительных осевых нагрузках особое внимание следует уделять регулировке зазора в конических роликовых подшипниках, где изменение осевого положения колец напрямую влияет на радиальный зазор.
4.4. Способ монтажа и посадки
При монтаже подшипника происходит изменение его исходного зазора в зависимости от выбранных посадок. Натяг на внутреннем кольце (посадка на вал) вызывает расширение внутреннего кольца и уменьшение зазора. Натяг на наружном кольце (посадка в корпус) приводит к сжатию наружного кольца и также уменьшает зазор.
Чем больше натяг, тем значительнее уменьшение зазора. Для прецизионных посадок с большими натягами (например, n5/p6 для вала) начальный зазор подшипника должен быть увеличенным (C3 или даже C4), чтобы после монтажа обеспечить требуемый рабочий зазор.
Также важно учитывать метод монтажа. При горячей посадке (нагрев внутреннего кольца или охлаждение наружного) изменение зазора будет меньше, чем при запрессовке с большим натягом.
4.5. Требования к точности
Для механизмов, требующих высокой точности позиционирования или вращения (например, шпиндели прецизионных станков, измерительные механизмы), обычно выбирают подшипники с минимальным возможным зазором или даже с предварительным натягом. Это обеспечивает высокую жесткость подшипникового узла и минимальное радиальное биение.
Для таких применений часто используются подшипники с уменьшенным зазором (группа C2) или специальные прецизионные подшипники с контролируемым зазором. В случае радиально-упорных шарикоподшипников может применяться предварительный натяг, полностью исключающий зазор.
5. Методы регулировки зазоров
5.1. Подбор подшипника с нужной группой зазора
Наиболее простым и распространенным методом обеспечения требуемого зазора является выбор подшипника с соответствующей стандартной группой зазора (C2, CN, C3, C4, C5). Производители подшипников изготавливают изделия с различными группами зазоров, что позволяет подобрать оптимальный вариант для конкретных условий эксплуатации.
Стандартная классификация групп зазоров по ISO 5753 включает следующие категории:
- C2 — зазор меньше нормального
- CN — нормальный зазор
- C3 — зазор больше нормального
- C4 — зазор значительно больше нормального
- C5 — зазор очень значительно больше нормального
5.2. Механическая регулировка
Для некоторых типов подшипников предусмотрена возможность механической регулировки зазора при монтаже или в процессе эксплуатации. Наиболее характерный пример — конические роликовые подшипники, где зазор регулируется осевым смещением колец относительно друг друга.
Регулировка может осуществляться с помощью регулировочных гаек, дистанционных колец или прокладок. Для точной настройки зазора используются измерительные приборы, такие как индикаторы часового типа или щупы.
При регулировке парных радиально-упорных шарикоподшипников или конических роликоподшипников возможно создание предварительного натяга (отрицательного зазора), что особенно важно для высокоточных механизмов.
5.3. Термическая подгонка
В некоторых случаях для обеспечения требуемого зазора используется метод термической подгонки. Он основан на использовании разницы коэффициентов теплового расширения материалов деталей подшипникового узла.
При монтаже подшипников с натягом часто применяется нагрев подшипника или охлаждение вала, что позволяет временно изменить размеры деталей и обеспечить свободную посадку. После выравнивания температур устанавливается расчетный натяг и, соответственно, требуемый зазор.
Для компенсации температурных деформаций при работе в неравномерных температурных условиях могут применяться специальные материалы с подобранными коэффициентами теплового расширения или конструктивные решения, такие как температурные компенсаторы.
6. Методы измерения зазоров
Точное измерение зазоров в подшипниках является важной технологической операцией как при производстве, так и при монтаже подшипниковых узлов. Существует несколько основных методов измерения зазоров:
- Метод щупов — наиболее простой и распространенный метод для измерения радиального зазора. Набор щупов различной толщины вводят между телами качения и наружным кольцом при фиксированном положении внутреннего кольца.
- Индикаторный метод — использование индикатора часового типа для измерения относительного смещения колец подшипника при приложении знакопеременной радиальной нагрузки.
- Осевой сдвиг — для конических роликоподшипников часто измеряют осевое перемещение, которое пропорционально радиальному зазору.
- Специальные приспособления — современные производственные и ремонтные предприятия используют специализированные приборы для автоматизированного измерения зазоров с высокой точностью.
При измерении зазоров важно соблюдать температурный режим (обычно 20°C), так как даже небольшие отклонения температуры могут значительно влиять на результаты измерений, особенно для прецизионных подшипников.
7. Последствия неправильного подбора зазоров
Неправильный подбор зазоров в подшипниковых узлах может привести к серьезным последствиям для работы механизма:
Недостаточный зазор или чрезмерный натяг:
- Повышенное трение и тепловыделение
- Ускоренный износ дорожек и тел качения
- Недостаточная подача смазки к рабочим поверхностям
- Заклинивание подшипника при нагреве
- Повышенное энергопотребление привода
- Деформация сепаратора и повреждение тел качения
Чрезмерный зазор:
- Повышенная вибрация и шум
- Снижение точности вращения и позиционирования
- Неравномерное распределение нагрузки между телами качения
- Ускоренный износ из-за проскальзывания тел качения
- Повышенная нагрузка на сепаратор
- Возможность смещения оси вращения при изменении направления нагрузки
По данным исследований, оптимальный зазор может увеличить ресурс подшипника в 2-3 раза по сравнению с неправильно подобранным зазором при прочих равных условиях эксплуатации.
Специализированные подшипниковые узлы для различных применений
Для специфических условий эксплуатации и монтажа компания Иннер Инжиниринг предлагает различные серии подшипниковых узлов:
Источники информации и отказ от ответственности
Данная статья основана на технических рекомендациях ведущих производителей подшипников, международных стандартах ISO, а также практическом опыте специалистов в области проектирования и обслуживания подшипниковых узлов.
Представленная информация носит ознакомительный характер и может требовать уточнения для конкретных условий эксплуатации. При проектировании ответственных узлов рекомендуется проводить подробные инженерные расчеты или консультироваться со специалистами.
Компания Иннер Инжиниринг не несет ответственности за возможные последствия применения данной информации без дополнительной технической экспертизы и анализа конкретных условий эксплуатации оборудования.
