Производство по чертежам Подбор аналогов Цены производителя Оригинальная продукция в короткие сроки
INNERпроизводство и поставка промышленных комплектующих и оборудования
Отзыв ★★★★★ Будем благодарны за отзыв в Яндексе — это помогает нам развиваться Оставить отзыв →
Правовая информация Условия использования технических материалов и калькуляторов Правовая информация →
INNER
Контакты

Зазоры подшипников: виды, нормы, маркировка C3 и C4

Таблица 1. Радиальные внутренние зазоры однорядных шариковых подшипников по ГОСТ 24810-2013 / ISO 5753-1, мкм

Все значения приведены для несмонтированного подшипника без нагрузки. Группы: C2 — уменьшенный, CN — нормальный, C3 — увеличенный 1, C4 — увеличенный 2, C5 — увеличенный 3.

Диаметр d, мм C2 (гр. 6) CN (норм.) C3 (гр. 7) C4 (гр. 8) C5 (гр. 9)
св. 6 до 100 – 72 – 138 – 2314 – 2920 – 37
св. 10 до 180 – 93 – 1811 – 2518 – 3325 – 45
св. 18 до 240 – 105 – 2013 – 2820 – 3628 – 48
св. 24 до 301 – 115 – 2013 – 2823 – 4130 – 53
св. 30 до 401 – 116 – 2015 – 3328 – 4640 – 64
св. 40 до 501 – 116 – 2318 – 3630 – 5145 – 73
св. 50 до 651 – 158 – 2823 – 4338 – 6155 – 90
св. 65 до 801 – 1510 – 3025 – 5146 – 7165 – 105
св. 80 до 1001 – 1812 – 3630 – 5853 – 8475 – 120
св. 100 до 1202 – 2015 – 4136 – 6661 – 9790 – 140
св. 120 до 1402 – 2318 – 4841 – 8171 – 114105 – 160
св. 140 до 1602 – 2318 – 5346 – 9181 – 130120 – 180
св. 160 до 1802 – 2520 – 6153 – 10291 – 147135 – 200
св. 180 до 2002 – 3025 – 7163 – 117107 – 163150 – 230

Источник: ГОСТ 24810-2013, таблица 1 (шариковые однорядные, цилиндрическое отверстие). Диапазон для каждой группы — от минимального до максимального значения начального зазора.

Таблица 2. Зазоры конкретных типоразмеров шариковых подшипников (начальный радиальный зазор, мкм)

Справочные значения, используются при техническом расчёте рабочего зазора. Подшипники серий 6000, 6200, 6300.

Подшипник d, мм C2, мкм CN, мкм C3, мкм C4, мкм
6204200 – 105 – 2013 – 2820 – 36
6205 / 6305251 – 115 – 2013 – 2823 – 41
6206 / 6306301 – 116 – 2015 – 3328 – 46
6208401 – 116 – 2318 – 3630 – 51
6210 / 6310501 – 116 – 2318 – 3630 – 51
6212 / 6312601 – 158 – 2823 – 4338 – 61
6215 / 6315751 – 1510 – 3025 – 5146 – 71
6218 / 6318901 – 1812 – 3630 – 5853 – 84
6220 / 63201001 – 1812 – 3630 – 5853 – 84
62241202 – 2015 – 4136 – 6661 – 97

Выделены группы CN и C3 — наиболее часто используемые при проектировании и обслуживании. Средние значения зазора (используются в расчётах): CN = (min+max)/2, C3 = (min+max)/2.

Таблица 3. Радиальные зазоры цилиндрических роликоподшипников по ГОСТ 24810-2013, мкм

Роликовые подшипники при аналогичном диаметре имеют зазоры в 1,5–2 раза больше шариковых вследствие линейного контакта ролика с дорожкой качения.

Диаметр d, мм C2 CN C3 C4 C5
св. 24 до 309 – 2015 – 2823 – 3933 – 5044 – 62
св. 30 до 4012 – 2419 – 3529 – 4640 – 5952 – 72
св. 40 до 5014 – 2722 – 3933 – 5245 – 6558 – 79
св. 50 до 6518 – 3227 – 4741 – 6156 – 8073 – 99
св. 65 до 8023 – 3935 – 5750 – 7569 – 9891 – 123
св. 80 до 10029 – 4742 – 6862 – 9084 – 116109 – 144
св. 100 до 12035 – 5650 – 8175 – 108100 – 139130 – 170
св. 120 до 14040 – 6860 – 9890 – 130120 – 165155 – 205
св. 140 до 16045 – 7465 – 110100 – 150140 – 191180 – 240

Источник: ГОСТ 24810-2013, таблицы 6–9 (цилиндрические роликоподшипники с цилиндрическим отверстием). Группы обозначаются по ISO/ГОСТ 24810-2013: C2, CN, C3, C4, C5 аналогично шариковым подшипникам.

Таблица 4. Рекомендуемые осевые зазоры конических роликоподшипников при монтаже, мкм

Для конических подшипников группы C2–C5 не применяются. Осевой зазор регулируется при монтаже. Значения приведены для нормальных условий эксплуатации — умеренные нагрузки, перепад температур до 15 °C.

Диаметр d, мм Минимальный осевой зазор, мкм Максимальный осевой зазор, мкм Рекомендуемое среднее, мкм
до 30205030 – 40
св. 30 до 50307040 – 55
св. 50 до 805010060 – 80
св. 80 до 1207015090 – 120
св. 120 до 180100200130 – 160
св. 180 до 250150280190 – 220

При повышенных рабочих температурах (свыше 80 °C) минимальный осевой зазор следует увеличить на 30–50 % для компенсации теплового расширения. Точные значения устанавливаются производителем оборудования или рассчитываются с учётом конкретных условий.

Таблица 5. Области применения групп зазоров подшипников качения

Группа Посадка на вал (типичная) Перепад темп. ΔT Характерные применения
C2 g5 / h5 / j5 менее 5 °C Прецизионные приводы, тихоходные шпиндели, точные редукторы, узлы с минимальным люфтом
CN j5 / j6 / k5 5 – 10 °C Стандартные условия: умеренные нагрузки, скорости до 3000 об/мин, лёгкие посадки
C3 k5 / k6 / m5 10 – 15 °C Электродвигатели общего назначения, центробежные насосы, вентиляторы, редукторы средних скоростей
C4 m6 / n6 / p6 15 – 30 °C Тяговые двигатели, редукторы ветрогенераторов, горячий прокат, насосы горячих сред, ступичные подшипники
C5 n6 / p6 и более более 30 °C Металлургические печи, сушильные секции, экстремальный нагрев, вибрационное оборудование

ΔT — разница рабочих температур внутреннего и наружного колец. Посадки на вал приведены для сплошных валов средних диаметров. При полых валах или облегчённых конструкциях натяг может быть меньше, что сдвигает выбор в сторону уменьшения группы.

Таблица 6. Допустимые диаметральные зазоры подшипников скольжения по частоте вращения, мм

Значения относятся к установившемуся режиму работы при температуре масла 40–60 °C. При необходимости вводится температурная поправка на разность коэффициентов расширения пары вал–втулка.

Диаметр вала, мм до 1000 об/мин 1000–1500 об/мин 1500–3000 об/мин
30 – 500,050 – 0,1120,075 – 0,1600,17 – 0,34
50 – 800,065 – 0,1350,095 – 0,1950,20 – 0,40
80 – 1200,080 – 0,1600,120 – 0,2350,23 – 0,46
120 – 1800,100 – 0,1950,150 – 0,2850,26 – 0,52
180 – 2600,120 – 0,2250,180 – 0,3000,30 – 0,60

Нижняя граница диапазона — минимально допустимый зазор (риск разрушения масляного клина). Верхняя граница — максимальный зазор (нестабильность вала, повышенный шум). Оптимум — средняя треть диапазона. Источник: рекомендации ВНИИМАШ, технический справочник по подшипникам скольжения (Ряховский О.А., Биргер И.А.).

Таблица 7. Маркировка группы зазора в обозначениях подшипников различных систем

Группа зазора ГОСТ 24810 / ISO 5753 Суффикс SKF Суффикс FAG / Schaeffler Суффикс NSK Обозначение (пример)
C2 Группа 6 /C2 C2 C2 6206/C2 (SKF)
CN (нормал.) Нормальная (без маркировки) — (нет суффикса) — (нет) — (нет) 6206 (по умолчанию)
C3 Группа 7 /C3 C3 C3 6206/C3 (SKF) / 6206C3 (NSK)
C4 Группа 8 /C4 C4 C4 6206/C4 (SKF)
C5 Группа 9 /C5 C5 C5 6206/C5 (SKF)
C3 + точность P6 7 + кл.6 /P63 P63 / 6P P6C3 6206/P63 (SKF)
C4 + точность P5 8 + кл.5 /P54 P54 P5C4 6206/P54 (SKF)

В отечественной системе обозначений (ГОСТ 3189) группа зазора указывается первой цифрой перед знаком класса точности в начале условного обозначения. Нормальная группа CN цифрового символа не имеет.

К основному оглавлению статьи

Введение: почему зазор определяет ресурс подшипника

Внутренний зазор подшипника — параметр, который не виден снаружи и не регулируется в процессе эксплуатации, но именно он решает судьбу узла. Слишком малый рабочий зазор приводит к перегреву вследствие избыточного контактного напряжения между телами качения и дорожками; слишком большой — к неустойчивому положению вала, повышенной вибрации, ударному нагружению сепаратора и в конечном счёте к усталостному разрушению. Между этими двумя крайностями существует узкая рабочая область — небольшое положительное значение рабочего зазора, при котором тела качения свободно перекатываются, смазка равномерно распределяется по дорожкам, а нагрузка воспринимается оптимальным числом тел качения.

Практическая сложность состоит в том, что начальный (паспортный) зазор, измеренный на заводе до монтажа, и рабочий зазор — принципиально разные величины. Монтаж с натягом на вал неизбежно уменьшает зазор; нагрев внутреннего кольца относительно наружного — ещё раз уменьшает. В типичном промышленном электродвигателе суммарное сокращение зазора за счёт посадки и теплового расширения составляет 15–25 мкм. Именно поэтому подшипник, поставляемый в группе CN с паспортным зазором 6–20 мкм, после монтажа и выхода на рабочую температуру может оказаться в состоянии преднатяга — с отрицательным рабочим зазором. Группа C3, напротив, сохраняет рабочий зазор в слабоположительной области, что соответствует оптимальному сроку службы.

Расчёт рабочего зазора — обязательный этап проектирования подшипникового узла наравне с выбором типа подшипника, посадок и системы смазки. Без этого расчёта выбор группы зазора превращается в угадывание.

Виды внутреннего зазора подшипника: начальный, посадочный, рабочий

Радиальный внутренний зазор

Радиальный внутренний зазор (Gr) определён в ГОСТ 24810-2013 (п. 3.12) как среднеарифметическое расстояние, на которое одно кольцо подшипника перемещается относительно другого в радиальном направлении: из одного крайнего эксцентрического положения в диаметрально противоположное без приложения внешней нагрузки. Физически это суммарная «свобода» внутреннего кольца по отношению к наружному в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

Радиальный зазор нормируется для большинства типов подшипников качения с нефиксированным осевым положением: однорядных и двухрядных шариковых, цилиндрических роликоподшипников, сферических роликоподшипников. Для данных типов именно радиальный зазор является основным конструктивным параметром и наносится в виде суффикса группы на маркировку подшипника.

Осевой внутренний зазор

Осевой внутренний зазор (Ga) — перемещение одного кольца подшипника относительно другого вдоль оси при отсутствии нагрузки. Для однорядных шариковых подшипников между радиальным и осевым зазорами существует геометрическая связь, определяемая углом контакта: подшипник с большим радиальным зазором имеет пропорционально больший осевой зазор, который можно использовать для осевой фиксации вала лёгкими усилиями. Эта зависимость описана в каталогах SKF и Schaeffler через т.н. осевую «игру» (axial play) как функцию радиального зазора и диаметра шара.

Для конических и упорных подшипников осевой зазор является основным параметром и регулируется непосредственно при монтаже. Для сферических роликоподшипников осевой зазор геометрически связан с радиальным через угол дорожки наружного кольца.

Три состояния зазора: начальный, посадочный, рабочий

Стандарт ISO 5753-1 и ГОСТ 24810-2013 чётко разграничивают три состояния зазора, которые необходимо различать при инженерных расчётах.

Начальный (свободный, монтажный) зазор — зазор подшипника в состоянии поставки, до установки в узел. Именно это значение табулировано в ГОСТ и каталогах производителей. Оно измеряется по методике ГОСТ 24810-2013 с применением нормированного измерительного усилия. При заказе и поставке указывается как характеристика качества подшипника.

Посадочный зазор — зазор после монтажа подшипника на вал и в корпус, но до нагрева. При посадке внутреннего кольца с натягом на вал кольцо упруго расширяется, уменьшая зазор. При запрессовке наружного кольца в корпус с натягом кольцо упруго сжимается, также уменьшая зазор. Практическое правило, приводимое в технических руководствах SKF и Schaeffler: зазор уменьшается примерно на 70–90 % от величины натяга при посадке внутреннего кольца на вал. Остальные 10–30 % поглощаются упругой деформацией самого вала или корпуса. Математически:

Δs_P = κ · Δ_i + κ_e · Δ_e где: Δs_P — уменьшение зазора от посадки, мкм κ — коэффициент потери зазора от посадки внутреннего кольца (0,7–0,9) Δ_i — натяг посадки внутреннего кольца, мкм κ_e — коэффициент для наружного кольца (0,5–0,7, т.к. корпус менее жёсткий) Δ_e — натяг посадки наружного кольца, мкм

Рабочий (эксплуатационный) зазор — зазор при установившемся тепловом режиме под нагрузкой. Он дополнительно уменьшается из-за того, что внутреннее кольцо, обращённое к горячему валу, всегда нагревается сильнее наружного, которое охлаждается через корпус. Эта разность температур вызывает дополнительное радиальное расширение внутреннего кольца. Рабочий зазор является истинным функциональным параметром, влияющим на долговечность, вибрацию и нагрев подшипника.


Группы зазоров подшипников качения: C2, CN, C3, C4, C5

Нормативная база: ГОСТ 24810-2013 и ISO 5753-1

Действующим российским стандартом, устанавливающим числовые значения внутренних зазоров подшипников качения, является ГОСТ 24810-2013 «Подшипники качения. Внутренние зазоры» (введён в действие 01 января 2015 года; актуальная редакция включает Поправку 2016 года). Стандарт разработан с учётом международных стандартов ISO 5753-1:2009 «Rolling bearings — Internal clearance — Part 1: Radial internal clearance for radial bearings» и ISO 5753-2:2010, степень соответствия — неэквивалентная (NEQ): стандарт содержит отечественную систему нумерации групп зазоров, дополнительные типы подшипников и ряд технических отличий. Числовые значения зазоров для большинства групп и типоразмеров совпадают с ISO 5753-1, что обеспечивает практическую совместимость при подборе и замене подшипников.

ГОСТ 24810-2013 охватывает следующие типы подшипников: однорядные и двухрядные радиальные шариковые (таблицы 1–5), цилиндрические роликовые (таблицы 6–9), сферические роликовые (таблицы 10–13), игольчатые (таблицы 14–17). Стандарт устанавливает как минимальные, так и максимальные значения начального зазора для каждой группы и каждого диапазона диаметров. Допуск на зазор внутри каждой группы примерно одинаков — около 10–20 мкм для малых диаметров и 30–50 мкм для средних.

В международной практике принята буквенная классификация: C2 (уменьшенный), CN (нормальный, соответствует обычным условиям эксплуатации, не обозначается суффиксом), C3 (увеличенный), C4 (больший увеличенный), C5 (наибольший). Граница C5 — максимально стандартизованный зазор; для особых применений производители могут изготавливать подшипники с индивидуально согласованным зазором сверх C5.

Зазор C1 (меньше C2) не является частью ГОСТ 24810-2013 и ISO 5753-1. Ряд производителей использует обозначение C1 для специальных малошумных подшипников с уменьшенным зазором, однако числовые значения устанавливаются внутренней технической документацией, а не межгосударственным стандартом.

Маркировка зазора на подшипнике

В международной суффиксной системе, применяемой SKF, FAG/Schaeffler, NSK, NTN, KOYO и другими производителями, группа зазора прибавляется к основному номеру подшипника после косой черты или без разделителя: 6205/C3 (SKF), 6205C3 (NSK), 6205 C3 (FAG). Нормальная группа CN суффикса не имеет. Это означает, что на корпусе подшипника «6205» без дополнительных суффиксов указана нормальная группа.

В отечественной системе обозначений по ГОСТ 3189-89 группа зазора кодируется первой цифрой полного условного обозначения подшипника перед знаком класса точности. Нормальная группа — без обозначения. Соответствие цифры группы и международного обозначения зависит от типа подшипника: для шариковых подшипников группа 2 = C2, нормальная без цифры = CN, группа 3 = C3, группа 4 = C4; для цилиндрических роликовых — группа 6 = C2, группа 7 = CN, группа 8 = C3, группа 9 = C4. Пример для шарикового подшипника: обозначение 36206 означает: группа зазора 3 (C3), класс точности 6, подшипник серии 6206. При нормальном классе точности (0) цифра «0» в обозначении не указывается: 3-6206. Пример для цилиндрического роликового: 8-N206 — группа 8 (C3), подшипник N206 (источник: ГОСТ 3189-89, ГОСТ 24810-2013).

Совмещённое обозначение класса точности и группы зазора в системе SKF: P63 (точность P6, зазор C3), P54 (точность P5, зазор C4); в системе NSK: P6C3, P5C4. Это удобная запись для подшипников, где одновременно важны и геометрическая точность, и величина зазора.

Зазоры шариковых однорядных подшипников

Для шариковых однорядных подшипников с цилиндрическим отверстием ГОСТ 24810-2013 устанавливает зазоры, зависящие исключительно от диаметра отверстия d и не зависящие от серии (лёгкая, средняя, тяжёлая). Таблицы 1 и 2 данной статьи содержат полные числовые значения для диаметров от 6 до 200 мм. Ключевая закономерность: с ростом диаметра абсолютные значения зазора возрастают, тогда как относительный зазор (в долях диаметра) остаётся примерно постоянным в пределах каждой группы.

Для расчётов удобно использовать среднее значение зазора: s_ср = (s_min + s_max) / 2. Для подшипника 6205 (d = 25 мм) в группе C3: s_ср = (13 + 28) / 2 = 20,5 мкм. Это значение используется как базовое при расчёте рабочего зазора.

Зазоры цилиндрических роликоподшипников

Цилиндрические роликоподшипники серий NU, NJ, NF, N имеют линейный (или близкий к линейному) контакт ролика с дорожкой в отличие от точечного контакта шара. Это влечёт большую чувствительность к неравномерному нагружению при малых зазорах и, как следствие, больший нормируемый зазор при аналогичных диаметрах. При диаметре вала 50 мм нормальный зазор CN шарикового подшипника составляет 6–23 мкм (среднее 14,5 мкм), тогда как для цилиндрического роликового — 27–47 мкм (среднее 37 мкм), то есть примерно в 2,5 раза больше.

Группы зазоров в российской документации для роликовых подшипников нумеруются иначе: группа 1 ≈ C2, группа 6 (нормальная) ≈ CN, группа 2 ≈ C3, группа 3 ≈ C4, группа 4 ≈ C5. В международной документации и каталогах производителей применяется унифицированное обозначение C2–C5 без путаницы.

Конические подшипники: осевой зазор и регулировка

Конические роликоподшипники (серии 302xx, 303xx, 323xx и другие) конструктивно относятся к регулируемым подшипникам — их осевой зазор или преднатяг не задаётся заводской маркировкой, а устанавливается непосредственно при сборке узла. Это принципиальное отличие от радиальных подшипников. Обозначения C2–C5 к коническим подшипникам не применяются.

Стандартный метод регулировки: осевое смещение одного из колец посредством регулировочной гайки, набора прокладок или пружинного нагружения. Контроль осуществляется индикатором часового типа с ценой деления 0,001 мм. Рабочий осевой зазор для большинства применений после выхода на рабочую температуру должен быть близок к нулю или находиться в зоне лёгкого преднатяга (5–15 мкм) — это обеспечивает оптимальное распределение нагрузки между роликами и жёсткость опоры. Монтажный осевой зазор (до нагрева) принимается согласно Таблице 4, то есть заведомо больше, чтобы после теплового расширения рабочий зазор вошёл в расчётную область.


Тепловой зазор подшипника: расчёт и влияние температуры

Формула рабочего зазора подшипника качения

Рабочий радиальный зазор рассчитывается по основной формуле, приводимой в технических руководствах Schaeffler (MH 1 «Wälzlagerpraxis»), SKF (SKF Bearing Maintenance Handbook) и подтверждаемой ГОСТ Р ИСО 281:

s = s_r − Δs_P − Δs_T где: s — рабочий радиальный зазор, мкм s_r — начальный (паспортный) зазор из каталога, мкм Δs_P — уменьшение зазора от посадок с натягом, мкм Δs_T — уменьшение зазора от разности температур колец, мкм

Уменьшение от посадки (Δs_P): при посадке k6 на вал диаметром 25 мм средний натяг составляет около 12–15 мкм. С коэффициентом 0,8 уменьшение зазора: Δs_P ≈ 0,80 × 13 ≈ 10–12 мкм. Наружное кольцо в большинстве случаев посажено в корпус с лёгким натягом или с небольшим зазором (посадка J7 или H7), что практически не влияет на зазор.

Уменьшение от разности температур колец (Δs_T): коэффициент линейного расширения подшипниковой стали 100Cr6 (ШХ15 по ГОСТ 801-78) составляет α ≈ 11,9×10⁻⁶ К⁻¹ при 100 °C (данные Марочника стали и Ovako Steel Navigator). Формула по каталогу SKF и NSK:

Δs_T = 0,012 · ΔT · d_m где: ΔT — разность рабочих температур внутреннего и наружного колец, °C d_m — средний диаметр подшипника: d_m = (d + D) / 2, мм 0,012 — коэффициент = α × 10³ = 11,9·10⁻⁶ × 10³ ≈ 0,012 мкм/(°C·мм) (перевод мм→мкм при α ≈ 12·10⁻⁶ К⁻¹ стали 100Cr6)

Для подшипника 6205 (d = 25 мм, D = 52 мм): d_m = (25 + 52)/2 = 38,5 мм. При ΔT = 10 °C: Δs_T = 0,012 × 10 × 38,5 = 4,6 мкм. При ΔT = 15 °C: Δs_T = 6,9 мкм.

Температурные диапазоны применения групп C3 и C4

На основании формулы рабочего зазора и типичных значений натяга при посадке можно установить практические температурные диапазоны, при которых каждая группа зазора обеспечивает положительный рабочий зазор. Эти рекомендации согласованы с данными каталогов SKF, FAG, NSK:

  • Группа CN — нормальная температура вала до 70 °C, разность температур колец ΔT менее 10 °C, лёгкие посадки j5/j6 на вал. Применима там, где нагрев невелик и посадочный натяг минимален.
  • Группа C3 — умеренный нагрев вала 70–100 °C, ΔT = 10–15 °C, посадки k5/k6/m5 на вал. Это наиболее распространённый вариант для промышленного электрооборудования, насосов и вентиляторов.
  • Группа C4 — высокий нагрев вала 100–150 °C, ΔT = 15–30 °C, плотные посадки m6/n6 на вал. Применяется в тяжело нагруженных приводах, тяговых двигателях, ветрогенераторах и горячих технологических узлах.
  • Группа C5 — экстремальные условия: температура вала свыше 150 °C, ΔT более 30 °C, плотные посадки n6/p6. Требуется термостабилизированная сталь колец (маркировка SKF: S0 — до 150 °C, S1 — до 200 °C, S2 — до 220 °C, S3 — до 250 °C; NSK: X26/X28/X29).

Стандартная подшипниковая сталь 100Cr6 подвергается размерной нестабильности при длительной работе выше +120 °C вследствие необратимого превращения остаточного аустенита в мартенсит. При таких условиях необходимы стали с повышенным содержанием Si или специальная термостабилизирующая обработка колец.

Пример расчёта: электродвигатель 45 кВт, 3000 об/мин

Пример: обоснование выбора C3 для подшипника 6205

Исходные данные: Электродвигатель 45 кВт, 3000 об/мин. Подшипник 6205 (d = 25 мм, D = 52 мм). Посадка на вал k6 — средний натяг Δ_i = 13 мкм. Посадка в корпус J7 (практически нулевой натяг, Δ_e ≈ 0). Установившаяся разность температур колец ΔT = 15 °C.

  1. Средний диаметр: d_m = (25 + 52)/2 = 38,5 мм
  2. Уменьшение от посадки: Δs_P = 0,8 × 13 = 10,4 мкм
  3. Уменьшение от температуры: Δs_T = 0,012 × 15 × 38,5 = 6,9 мкм
  4. Суммарная потеря зазора: 10,4 + 6,9 = 17,3 мкм
  5. С группой CN (s_r = 12,5 мкм средн.): s = 12,5 − 17,3 = −4,8 мкм — отрицательный (преднатяг)
  6. С группой C3 (s_r = 20,5 мкм средн.): s = 20,5 − 17,3 = +3,2 мкм — малый положительный (оптимальный рабочий зазор)

Вывод: При группе CN рабочий зазор уходит в отрицательную область, что при скорости 3000 об/мин означает перегрев, интенсивный износ и сокращение ресурса. Группа C3 обеспечивает малый положительный рабочий зазор, соответствующий оптимальному ресурсу подшипника. Это наглядное подтверждение промышленного стандарта: все электродвигатели с посадкой k5/k6 и скоростью от 1500 об/мин комплектуются подшипниками C3 с завода.


Выбор группы зазора для конкретных применений

Электродвигатели: почему C3 является промышленным стандартом

Стандарт IEC 60034-14 не предписывает напрямую группу зазора, однако большинство ведущих производителей электродвигателей (ABB, WEG, NIDEC/Leroy-Somer, Grundfos Motor) устанавливают подшипники C3 в качестве стандартной комплектации начиная с мощностей 1,5–2,2 кВт и скоростей 1500 об/мин. Обоснование технически сводится к трём факторам: типичная посадка k5/k6 на вал даёт натяг 10–18 мкм; перепад температур между кольцами в рабочем режиме составляет 10–15 °C; в сумме эти факторы поглощают весь запас зазора группы CN и выводят рабочий зазор в отрицательную область.

Специальные случаи в электромашиностроении: подшипники с лёгкой посадкой j6 на пустотелом стальном валу или алюминиевом роторе иногда комплектуются группой CN — из-за меньшего натяга и лучшего теплоотвода. Высокоскоростные двигатели (свыше 6000 об/мин) с принудительным охлаждением могут применять CN или даже C2 в сочетании с лёгкими посадками, поскольку аэродинамический теплоотвод снижает ΔT. Частотно регулируемые приводы с инвертором требуют подшипников с повышенной проводимостью (изолированное наружное кольцо) вне зависимости от группы зазора.

Насосы и вентиляторы

Центробежные насосы и вентиляторы промышленного исполнения работают в условиях, идентичных электродвигателям по тепловому режиму, однако добавляется радиальная нагрузка от ременных передач и консольное расположение рабочего колеса. Это не изменяет рекомендацию по зазору — группа C3 остаётся стандартной, поскольку тепловые факторы доминируют. В погружных насосах с жидкостной смазкой подшипников допустима группа CN вследствие эффективного теплоотвода через перекачиваемую среду.

Тяжёлые и высокотемпературные условия: C4 и C5

Редукторы ветроэнергетических установок — наиболее характерный современный пример применения группы C4. Мощные планетарные редукторы тихоходных ветрогенераторов используют крупногабаритные сферические и цилиндрические роликоподшипники с диаметром отверстия от 200 до 800 мм. Посадки внутренних колец — плотные (m6/n6), перепад температур в рабочем режиме — 15–25 °C. Ресурс по ISO 281 должен превышать 130 000 ч (L10m). Применение C3 в этих условиях дало бы отрицательный рабочий зазор в тёплое время при номинальной нагрузке, что недопустимо.

Тяговые двигатели подвижного состава: посадки n6/p6, ударные нагрузки от неровностей пути, ΔT до 30 °C — требуют C4 или C5. Прокатные станы: чистовые клети с тяжёлыми радиальными нагрузками и нагревом окалиной требуют C4; у черновых клетей с воздушным охлаждением — C3. Вибрационные грохоты применяют C5 из-за ударного режима нагружения в сочетании с нагревом.

Прецизионные узлы: C2 и CN

В прецизионных механизмах — измерительном оборудовании, оптических приводах, малогабаритных серводвигателях — приоритетом является минимальная радиальная погрешность при вращении вала. Здесь применяется группа C2 или специальная CM (промежуточная между C2 и CN), которую ряд японских производителей (NSK, KOYO) ввёл для малошумных двигателей с пластиковым или медным ретейнером. Группа C2 допустима только при лёгких посадках (g5/h5/j5) и минимальном нагреве, иначе рабочий зазор неизбежно уйдёт в отрицательную область с появлением преднатяга.

Преднатяг как управляемое явление: в прецизионных шпиндельных узлах (фрезерные и токарные станки с ЧПУ) угловые контактные подшипники сознательно монтируются с осевым преднатягом для повышения жёсткости шпинделя и точности обработки. Здесь используются подобранные комплекты (DT, DB, DF) с заданным уровнем преднатяга (лёгкий — GL, средний — GM, тяжёлый — GH по классификации SKF). Это принципиально отличается от нежелательного преднатяга радиального подшипника, возникшего из-за неверно выбранной группы зазора.


Зазоры подшипников скольжения

Масляный клин и оптимальный диаметральный зазор

Подшипник скольжения работает по принципиально иному механизму, нежели подшипник качения. Смазочный клин формируется благодаря тому, что цапфа (шейка вала) при вращении увлекает масло в сужающийся зазор между собой и вкладышем. Возникающее гидродинамическое давление приподнимает цапфу и разделяет контактирующие поверхности слоем масла. Зазор между валом и вкладышем одновременно является рабочим пространством для формирования масляного клина: слишком малый зазор — масло вытесняется, происходит граничное трение и перегрев; слишком большой — масляный клин не обеспечивает необходимой подъёмной силы, цапфа «тонет», возникает эксцентриситет и виброустойчивость нарушается.

Основным геометрическим параметром является диаметральный зазор S = D_вт − d_вал (мм) и производный от него относительный зазор ψ = S/d_вал. При проектировании обычно задаётся именно ψ как безразмерный конструктивный параметр. Оптимальное значение ψ в пределах 0,001–0,004 в зависимости от режима работы.

Расчёт зазора подшипника скольжения

Аналитический расчёт оптимального зазора подшипника скольжения основывается на теории гидродинамической смазки Рейнольдса. Одна из практических формул, применяемой по методике ВНИИМАШ:

ψ_опт = K_ф · √(μ · n / p) где: ψ_опт — оптимальный относительный зазор (S/d) K_ф — коэффициент формы подшипника (зависит от l/d и угла охвата) При l/d = 1 и охвате 180°: K_ф ≈ 1,0 μ — динамическая вязкость смазки при рабочей температуре, Па·с n — частота вращения, об/с p — среднее давление: p = R_a / (d · l), Па; R_a — радиальная нагрузка, Н l — длина вкладыша, мм

Оптимальный диаметральный зазор: S_опт = ψ_опт · d. Это значение используется для выбора посадки вал-втулка по ГОСТ 25347 или для прямого указания зазора при изготовлении.

Практический пример. Подшипник скольжения гидравлического насоса: d = 50 мм, l = 60 мм, n = 1500 об/мин (= 25 об/с), R_a = 3000 Н, масло ИГП-30 при 50 °C: μ = 0,032 Па·с. Среднее давление: p = 3000 / (0,05 × 0,06) = 1,0 × 10⁶ Па = 1,0 МПа. ψ_опт = 1,0 × √(0,032 × 25 / 1 000 000) = 1,0 × √(8 × 10⁻⁷) ≈ 0,00089. S_опт = 0,00089 × 50 = 0,045 мм. Это значение попадает в диапазон Таблицы 6 (до 1000 об/мин, d = 30–50 мм: 0,050–0,112 мм) — с небольшим запасом внизу диапазона, что соответствует корректному результату.

Посадки вал–втулка и температурная поправка

Наиболее распространённые посадки для подшипников скольжения по ГОСТ 25347: H7/f7 (стандартная умеренная нагрузка), H7/e8 (увеличенный зазор при более высоких скоростях), H7/d8 и H8/d9 (большой зазор для высокоскоростных малонагруженных узлов). Выбор конкретной посадки определяется режимом нагружения, скоростью и расчётным оптимальным зазором.

Температурная поправка при разных коэффициентах теплового расширения вала и вкладыша важна прежде всего для бронзовых вкладышей в стальных корпусах. Коэффициенты: сталь 45 — α_с = 11–12 × 10⁻⁶ К⁻¹; бронза БрО5Ц5С5 — α_б ≈ 17–18 × 10⁻⁶ К⁻¹; баббит Б83 — α_б ≈ 22–25 × 10⁻⁶ К⁻¹. При нагреве от монтажной температуры (20 °C) до рабочей (например, 80 °C):

ΔS_t = (α_втулки − α_вала) · (t_раб − 20) · d Пример: d = 80 мм, материал вкладыша — бронза (α_б = 17·10⁻⁶), вал — сталь (α_с = 12·10⁻⁶): ΔS_t = (17 − 12) · 10⁻⁶ · (80 − 20) · 80 = 5 · 10⁻⁶ · 60 · 80 = 0,024 мм

Это означает: при нагреве до 80 °C зазор уменьшится на 0,024 мм. Если монтажный зазор равен 0,10 мм, то рабочий зазор составит 0,10 − 0,024 = 0,076 мм. Для баббитового вкладыша разница коэффициентов выше, что приводит к ещё большему сокращению зазора при нагреве — это обстоятельство учитывается при подборе монтажной посадки.


Критерии допустимого износа и выбраковки подшипников

Единого межгосударственного стандарта, устанавливающего предельный зазор для выбраковки подшипников качения в эксплуатации, не существует. Критерии устанавливаются нормативно-технической документацией на конкретное оборудование (ГОСТ, ТУ, руководства по эксплуатации заводов-изготовителей) или рассчитываются в рамках системы технического обслуживания предприятия. Тем не менее ряд ориентиров носит общепринятый характер.

Увеличение радиального зазора относительно начального в 3–4 раза — признак значительного износа дорожек и тел качения, требующий детальной диагностики и решения о замене. Подшипник с радиальным зазором, превышающим начальный в 5 раз и более, однозначно подлежит замене вне зависимости от визуального состояния поверхностей. Для ответственных машин — энергетических агрегатов, компрессоров, прецизионных станков — предельный рабочий радиальный зазор нередко ограничивается значением 0,3–0,5 мм; для менее ответственного оборудования — 0,8–1,0 мм.

Прямое измерение зазора в собранном узле затруднено конструктивно. На практике основными диагностическими методами являются:

  • Вибрационная диагностика (вибрационный мониторинг) — появление характерных дефектных частот подшипника (BSF, BPFI, BPFO, FTF) по методологии ISO 10816 / ISO 20816. Частоты рассчитываются через геометрические параметры подшипника и фактическую скорость вращения.
  • Акустическая эмиссия — чувствительный метод для раннего обнаружения усталостных трещин в кольцах.
  • Тепловизионный контроль — перегрев подшипникового узла относительно соседних узлов при одинаковых условиях охлаждения является косвенным признаком недостаточного рабочего зазора.
  • Визуальный осмотр при вскрытии — следует контролировать питтинг (усталостное выкрашивание), синие или коричневые пятна перегрева, задиры, повреждения сепаратора, бороздки от электроэрозии.

Для подшипников скольжения предельный диаметральный зазор, как правило, в 2–3 раза превышает минимальный допустимый (нижнюю границу Таблицы 6). При достижении максимального предела зазора масляный клин теряет несущую способность при пиковых нагрузках, появляется риск граничного трения и интенсивного износа. Контроль зазора выполняется непосредственным измерением микрометром (вкладыш вынут) или щупом по зазору между валом и вкладышем (приблизительный метод).


Часто задаваемые вопросы по зазорам подшипников

Какой зазор должен быть в подшипниках качения электродвигателей?
Для большинства промышленных электродвигателей мощностью от 1,5 кВт и скоростью 1500–3000 об/мин с посадкой вала k5/k6 стандартной группой является C3. Обоснование: расчёт рабочего зазора с учётом натяга посадки и перепада температур колец 10–15 °C показывает, что группа CN даёт отрицательный рабочий зазор (преднатяг), что ведёт к перегреву и преждевременному разрушению. Группа C3 сохраняет небольшой положительный рабочий зазор, близкий к оптимальному.
Чем отличается тепловой зазор подшипника C3 от C4?
Оба обозначения относятся к увеличенным группам зазора. Группа C3 рассчитана на компенсацию перепада температур между кольцами ΔT = 10–15 °C и посадок k5/k6. Группа C4 предназначена для более тяжёлых условий: ΔT = 15–30 °C и посадок m6/n6/p6. Числовые значения C4 превышают C3 примерно на 15–25 мкм в зависимости от диаметра. Применения C4 — тяговые двигатели, ветрогенераторы, горячий прокат, ступичные узлы.
Что означает C3 в маркировке подшипника?
Суффикс C3 (или /C3 у SKF) обозначает группу радиального внутреннего зазора по ISO 5753-1 / ГОСТ 24810-2013 — увеличенный зазор относительно нормальной группы CN. Например, 6205C3 означает шариковый подшипник 6205 с начальным радиальным зазором 13–28 мкм вместо нормальных 5–20 мкм. Это не означает, что подшипник больших размеров или другой конструкции — диаметры, нагрузочная способность и ресурс идентичны 6205 группы CN.
Какой зазор в подшипниках скольжения считается нормой?
Норма зависит от диаметра вала и частоты вращения. Общее правило: оптимальный диаметральный зазор составляет примерно 0,0018–0,0025 от диаметра вала. Для вала 50 мм при 1500 об/мин нормальный диаметральный зазор — 0,095–0,195 мм. Минимальная граница — риск разрушения масляного клина при пиковых нагрузках; выход за максимальную границу — нарушение устойчивости положения вала и рост вибрации. Точные значения для конкретных условий определяются расчётом по теории гидродинамической смазки с последующим выбором посадки по ГОСТ 25347.
Как влияет посадка подшипника на зазор?
При монтаже подшипника на вал с натягом внутреннее кольцо упруго расширяется, что уменьшает зазор. Практически зазор сокращается на 70–90 % от величины натяга при посадке внутреннего кольца. Например, при натяге 15 мкм (типичная посадка k6 для d = 25 мм) зазор уменьшается примерно на 12 мкм. Это принципиальное обстоятельство при выборе группы: если не учитывать уменьшение зазора от посадки и температуры, рабочий зазор может стать отрицательным даже у подшипника «нормальной» группы CN.
Можно ли заменить подшипник C3 на CN (и наоборот)?
Взаимозаменяемость по габаритам — полная. Однако функциональная замена требует проверочного расчёта рабочего зазора. В подавляющем большинстве промышленных применений с посадкой k5/k6 и нормальным тепловым режимом замена C3 на CN недопустима без анализа: рабочий зазор уйдёт в отрицательную область. Замена CN на C3 в тихоходных и слабонагруженных узлах с лёгкими посадками допустима, но может дать незначительно повышенный шум и вибрацию из-за большего зазора.
Как измерить радиальный зазор подшипника вне узла?
Прямой метод: вертикальное нагружение внутреннего кольца при зафиксированном наружном (или наоборот) с измерением перемещения индикатором часового типа (цена деления 0,001 мм). Нагружающее усилие нормировано ГОСТ 24810-2013 в зависимости от размера подшипника. Разница между показаниями при нагружении вверх и вниз равна суммарному радиальному зазору. Метод щупа применяется только для предварительной оценки и имеет значительную погрешность. Приборные методы (магнитные зазоромеры, пневматические измерительные системы) обеспечивают точность до 0,5 мкм и применяются на заводах-изготовителях.
При какой температуре подшипник разрушается из-за неверного зазора?
Перегрев из-за отрицательного рабочего зазора может начинаться уже при температуре наружного кольца 70–80 °C, что визуально не воспринимается как критическое. По мере развития процесса температура растёт: при 100–120 °C начинается деградация смазки, разрушение сепаратора, синение дорожек. Катастрофическое разрушение подшипника при нарастающем преднатяге и скорости 3000 об/мин обычно происходит в течение нескольких десятков часов после достижения критической температуры. Своевременный мониторинг температуры корпуса и вибрационная диагностика позволяют обнаружить проблему на начальной стадии.

Список использованных источников

  1. ГОСТ 24810-2013 «Подшипники качения. Внутренние зазоры» (с Поправкой). — М.: Стандартинформ, 2015. Введён в действие 01.01.2015 взамен ГОСТ 24810-81.
  2. ISO 5753-1:2009 «Rolling bearings — Internal clearance — Part 1: Radial internal clearance for radial bearings». — Geneva: ISO, 2009.
  3. SKF Group. SKF General Catalogue 6000 EN. — Gothenburg: SKF, актуальное издание. URL: www.skf.com (дата обращения: 2024).
  4. Schaeffler Group Industrial. HR 1 — Technical Principles. Bearing Types. Fitting. Internal Clearance. — Herzogenaurach: Schaeffler, издание 2019.
  5. NSK Ltd. NSK Rolling Bearings Catalogue E1102g. — Tokyo: NSK, 2020. NSK Technical Guide — Internal Clearance.
  6. NSK Americas. Technical Information: Internal Clearance — Types and Norms. — Ann Arbor: NSK, 2017.
  7. NTN Corporation. Bearing Wizard. Bearing clearance, operating clearance and preload. — URL: bearingwizard.com, 2023.
  8. FAG / Schaeffler. Параметры подшипников. Радиальный зазор. Технический справочник HR 1 (русскоязычное издание). — Харцогенаурах: Schaeffler, 2018.
  9. ГОСТ 18855-2013 (ISO 281:2007) «Подшипники качения. Динамическая грузоподъёмность и номинальный ресурс» (введён с 01.07.2015, заменяет ГОСТ 18855-94). — М.: Стандартинформ, 2014.
  10. ГОСТ 25347-2013 «Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Поля допусков и рекомендуемые посадки». — М.: Стандартинформ, 2014.
  11. ГОСТ 18282-88 «Подшипники скольжения. Термины и определения». — М.: Стандартинформ, 1988.
  12. ГОСТ ИСО 4378-1-2001 «Подшипники скольжения. Основные понятия. Часть 1. Классификация, определения и примеры применения». — М.: ИПК Издательство стандартов, 2001.
  13. Ряховский О.А., Биргер И.А. и др. Справочник по муфтам и подшипникам. — М.: Машиностроение, 2-е изд., 2010.
  14. Дунаев П.Ф., Лёликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. — М.: Высшая школа, 12-е изд., 2019.
  15. American Roller Bearing. Bearing Tolerances and Clearances — ISO Bearing Tolerances. — URL: amroll.com, 2023.
  16. ERIKS Group. Bearing clearance: everything you need to know. — URL: shop.eriks.nl, 2023.
  17. Carter Bearings. Coefficient of Thermal Expansion in Bearing Engineering. — URL: carterbearings.co.uk, 2022.
  18. Rost-Holding. Зазоры подшипников — ГОСТ и импортные, таблицы соответствия. — URL: rost-holding.ru, 2023.
Информационный характер и отказ от ответственности. Настоящая статья носит исключительно ознакомительный и справочный характер. Все числовые данные и рекомендации приведены для общего технического ориентирования и не заменяют расчёты, выполненные квалифицированным инженером применительно к конкретному оборудованию с учётом актуальных нормативных документов. Автор не несёт ответственности за последствия технических решений, принятых исключительно на основании настоящей публикации. Перед применением приведённых данных необходима проверка актуальности указанных стандартов и каталогов производителей. Информация об экономических показателях, ценах, торговых операциях, политических аспектах и новостях в статье намеренно отсутствует.

Заказать товар

ООО «Иннер Инжиниринг»