Радиальные, радиально-упорные и упорные шариковые подшипники: различия и применение

23

Шариковые подшипники применяются в электродвигателях, станках, насосах, редукторах, вентиляционном оборудовании и других механизмах. Несмотря на внешнее сходство, разные типы подшипников рассчитаны на определённое направление нагрузки. Ошибка при выборе может привести к перегреву, повышенному шуму, люфту и преждевременному износу узла.

Подобрать изделие по конструкции, размерам и назначению можно в разделе каталог шариковых подшипников. Перед заказом необходимо определить направление нагрузки, скорость вращения, размеры посадочных мест и условия эксплуатации оборудования.

Какие нагрузки действуют на подшипник

Чтобы правильно выбрать конструкцию, сначала нужно понять, в каком направлении на подшипниковый узел действует усилие.

Различают три основных вида нагрузки:

• радиальная — направлена перпендикулярно оси вала;

• осевая — действует вдоль оси вала;

• комбинированная — одновременно включает радиальную и осевую составляющие.

Например, масса вращающегося ротора обычно создаёт радиальную нагрузку. Давление на вал вдоль его оси относится к осевой нагрузке. В насосах, станках и приводных механизмах нередко одновременно возникают оба типа усилий.

Именно направление и величина нагрузки определяют, какой подшипник следует использовать: радиальный, радиально-упорный или упорный.

Радиальные шариковые подшипники

Радиальные шариковые подшипники — один из наиболее распространённых типов. Их конструкция включает внутреннее и наружное кольца, тела качения и сепаратор, удерживающий шарики на заданном расстоянии.

Основная задача такого подшипника — воспринимать радиальную нагрузку. При этом радиальные модели с глубокими дорожками качения могут выдерживать и умеренные осевые усилия в обоих направлениях. Для них характерны сравнительно низкое трение, возможность работы на высоких скоростях и широкий выбор размеров.

Где используются радиальные модели

Радиальные шариковые подшипники устанавливают в:

• электродвигателях;

• генераторах;

• вентиляторах;

• бытовой и промышленной технике;

• насосах;

• транспортёрах;

• редукторах;

• сельскохозяйственном оборудовании;

• различных приводных механизмах.

Они подходят для узлов, где основная нагрузка направлена поперёк оси вала, а осевая составляющая отсутствует или остаётся небольшой.

Открытые и закрытые исполнения

Радиальные подшипники выпускаются в нескольких вариантах:

• открытые;

• с металлическими защитными шайбами;

• с контактными или бесконтактными уплотнениями;

• с канавкой под стопорное кольцо;

• с увеличенным внутренним зазором;

• в высокоточных и высокотемпературных исполнениях.

Закрытые модели лучше защищены от пыли и загрязнений. Они часто поставляются с заложенной смазкой и не требуют регулярного обслуживания в течение расчётного срока работы.

Открытые изделия применяются в узлах с централизованной системой смазки или там, где конструкция корпуса уже обеспечивает необходимую защиту.

Радиально-упорные шариковые подшипники

Радиально-упорный подшипник предназначен для одновременного восприятия радиальной и осевой нагрузки. Его дорожки качения смещены относительно друг друга, поэтому линия контакта между шариками и кольцами расположена под углом к плоскости, перпендикулярной оси вала.

Чем больше угол контакта, тем выше способность подшипника воспринимать осевую нагрузку. При этом допустимая скорость вращения и другие рабочие параметры зависят от конкретной конструкции.

Однорядные радиально-упорные подшипники

Однорядная модель обычно воспринимает осевую нагрузку только в одном направлении. Поэтому в механизмах с двусторонними усилиями такие подшипники часто устанавливают парами.

Распространены три варианта парной установки:

• схема «О» — подшипники обращены широкими сторонами наружу;

• схема «Х» — широкие стороны направлены друг к другу;

• тандем — оба подшипника ориентированы в одном направлении.

Схемы «О» и «Х» позволяют воспринимать осевые нагрузки в обе стороны. Тандемное расположение используется, когда требуется увеличить допустимую осевую нагрузку в одном направлении.

Двухрядные радиально-упорные подшипники

Двухрядная конструкция по принципу работы напоминает пару однорядных подшипников. Она способна воспринимать радиальную нагрузку, осевые усилия в обоих направлениях и опрокидывающие моменты, занимая при этом меньше места по ширине, чем отдельная парная установка.

Такие модели применяют в узлах, где важны компактность, жёсткость и точная фиксация вала.

Области применения

Радиально-упорные подшипники используются в:

• шпинделях станков;

• насосах;

• компрессорах;

• редукторах;

• электродвигателях;

• вентиляторах и воздуходувках;

• приводах с комбинированной нагрузкой;

• оборудовании, где требуется точное положение вала.

При выборе важно учитывать направление осевой нагрузки. Неправильная ориентация однорядного подшипника может привести к тому, что он не сможет воспринимать действующее усилие.

Упорные шариковые подшипники

Упорные шариковые подшипники предназначены преимущественно для осевых нагрузок. Их конструкция обычно включает кольцо, устанавливаемое на вал, кольцо для установки в корпус и комплект шариков с сепаратором.

Такие подшипники могут быть односторонними или двусторонними. Односторонние модели воспринимают осевое усилие в одном направлении, двусторонние — в обоих. Элементы конструкции некоторых упорных подшипников устанавливаются раздельно, что упрощает монтаж.

Где применяются упорные модели

Упорные шариковые подшипники встречаются в:

• вертикальных валах;

• винтовых механизмах;

• домкратах;

• поворотных устройствах;

• металлообрабатывающих станках;

• приводах подач;

• различных механизмах с выраженной осевой нагрузкой.

Стандартный упорный шариковый подшипник не следует использовать как полноценную радиальную опору. Если в механизме присутствует заметная поперечная нагрузка, необходимо предусмотреть дополнительный радиальный подшипник или выбрать комбинированную конструкцию.

Основные отличия трёх типов

Таблица показывает общее различие между конструкциями. Точный выбор выполняется по техническим характеристикам конкретной модели и требованиям оборудования.

Как выбрать подходящий подшипник

Перед покупкой необходимо определить не только конструктивный тип, но и рабочие параметры узла.

Направление нагрузки

Если основное усилие действует поперёк вала, чаще всего рассматривают радиальный подшипник. При одновременном воздействии радиального и осевого усилия требуется радиально-упорная модель. Для преимущественно осевой нагрузки подходит упорная конструкция.

Величина нагрузки

Следует сравнить расчётную нагрузку с динамической и статической грузоподъёмностью подшипника. Изделие должно иметь достаточный запас с учётом режима работы, возможных ударов и вибрации.

Скорость вращения

Для высокооборотного оборудования особенно важны:

• допустимая частота вращения;

• тип смазки;

• конструкция сепаратора;

• класс точности;

• уровень внутреннего зазора;

• качество балансировки узла.

Радиальные шариковые подшипники благодаря точечному контакту тел качения обычно подходят для высоких скоростей, но окончательное решение принимается по характеристикам конкретной позиции.

Размеры посадочных мест

Необходимо проверить:

• внутренний диаметр;

• наружный диаметр;

• ширину;

• размеры заплечиков;

• радиусы галтелей;

• требуемую посадку на вал и в корпус.

Даже небольшое несоответствие может сделать монтаж невозможным или привести к перекосу и неправильной работе.

Внутренний зазор и точность

Для оборудования с нагревом, плотной посадкой или высокой скоростью могут потребоваться подшипники с увеличенным внутренним зазором. Для станков, шпинделей и точных механизмов учитывается класс точности.

Нельзя менять специальное исполнение на стандартное только на основании совпадения габаритов.

Условия эксплуатации

На выбор также влияют:

• температура;

• влажность;

• запылённость;

• воздействие воды и химических веществ;

• частота технического обслуживания;

• доступность повторного смазывания;

• вероятность ударной нагрузки.

Для загрязнённой среды обычно выбирают подшипники с подходящими уплотнениями или предусматривают дополнительную защиту узла.

Частые ошибки при подборе

Проблемы в работе оборудования нередко возникают из-за того, что подшипник выбирают только по размерам.

К распространённым ошибкам относятся:

• установка радиального подшипника при значительной осевой нагрузке;

• применение стандартного упорного подшипника как радиальной опоры;

• неправильная ориентация радиально-упорной модели;

• замена парной установки одним подшипником;

• игнорирование угла контакта;

• несоответствие внутреннего зазора;

• выбор модели с недостаточной грузоподъёмностью;

• отсутствие защиты от загрязнений;

• превышение допустимой скорости вращения.

Если старый подшипник быстро вышел из строя, недостаточно установить такую же модель. Сначала следует проверить соосность, посадочные поверхности, режим смазки, фактическую нагрузку и состояние связанных деталей.

Какие данные подготовить для подбора

Для поиска нужной модели желательно предоставить:

1. Полную маркировку старого подшипника.

2. Внутренний и наружный диаметры.

3. Ширину изделия.

4. Направление и примерную величину нагрузки.

5. Скорость вращения.

6. Модель оборудования.

7. Условия эксплуатации.

8. Требования к уплотнениям и смазке.

9. Фотографии подшипника и места установки.

Чем точнее исходные сведения, тем ниже риск приобрести деталь, которая подходит по габаритам, но не соответствует рабочим условиям.

Заключение

Радиальные, радиально-упорные и упорные шариковые подшипники различаются прежде всего направлением воспринимаемой нагрузки. Радиальные модели предназначены главным образом для поперечных усилий, радиально-упорные работают при комбинированной нагрузке, а упорные применяются там, где основное давление действует вдоль оси вала.

При подборе необходимо учитывать не только тип и размеры, но также грузоподъёмность, скорость вращения, внутренний зазор, точность, уплотнение и условия работы. Правильно выбранная конструкция помогает обеспечить стабильное вращение, снизить износ и увеличить срок службы оборудования.