Радиальный подшипник

Подшипники качения составляют абсолютное большинство опор в современном машиностроении. И наиболее массовый и востребованный из них – радиальный подшипник. Он воспринимает радиальные усилия, а для некоторых разновидностей и осевые нагрузки. Представляет собой опору из внешнего, внутреннего кольца с дорожками под перемещение тел качения, разделяемых сепаратором.

По используемым телам качения различают радиальные:

Шариковый, роликовый и игольчатый подшипники

По численности рядов тел качения выделяют:


  • однорядные;
  • двухрядные.

По используемым материалам:

  • из хромистых высокоуглеродистых сталей типа ШХ;
  • цементируемых сталей;
  • стали нержавеющей 95Х18;
  • высокотемпературных сталей для соответствующих подшипников;
  • керамики;
  • полимерных материалов.

Наиболее распространенным материалом являются стали хромистые высокоуглеродистые:

  • для наружных и внутренних колец ШХ15СГ, ШХ15, ШХ9, ШХ4;
  • для тел качения ШХ15, ШХ9, ШХ6.

Необходимая твердость 62…66 HRC достигается:

  • отжигом заготовки с формированием зернистого цементита;
  • сочетанием закалки на 820 град, низкотемпературной обработки до – 30 град,
  • уменьшающей остаточный аустенит, отпуска на 150 градусах.

Для колец крупногабаритных подшипников используются цементируемые стали 20Х2Н4А с глубиной слоя цементации пять, шесть миллиметров. Для создания такого слоя требуется пять, шесть дней при температуре процесса 850…900 градусов. Затем заготовка отжигается при восьмистах градусах, закаливается при 750…800 град и отпускается на 180…200 градусах.

Нержавеющий подшипник

Особые условия пищевой промышленности с возможностью контакта с продуктами и регулярной обработкой агрессивными средствами мойки, дезинфекции требуют применения нержавеющих подшипников радиальных. Они также востребованы в химическом машиностроении. Их материалом служит мартенситная нержавейка 95Х18. Твердость порядка 60…62 HRC достигается закалкой с маслом при температуре 1000…1070 град и отпуском при 150 градусах.

Шарико и роликоподшипники, работающие при особо высоких температурах, изготавливают из стали жаропрочной 80MoCrV42-16 по ISO683-17:1999. Эта сталь обеспечивает работоспособность для температур более 250 градусов. Для обычных подшипников даже с высокотемпературной смазкой допустим диапазон до двухсот градусов.

Керамические подшипники радиальные выполняют из жесткого, легкого, ударопрочного нитрида кремния. В гибридных ролико и шарикоподшипниках из керамики лишь тела качения при пластиковом сепараторе. Их преимуществами являются малый нагрев при работе, диэлектрические свойства, долговечность, пониженное трение, небольшая инерция. А недостатки – хрупкость тел качения, более высокая цена, ограниченность количества типоразмеров.

Композитный полимерный подшипник

Полностью керамические подшипники дополнительно к достоинствам гибридных обладают стойкостью к магнитным полям, высоким температурам, воздействию агрессивных веществ, малым весом, повышенной жесткостью. Но они еще более дорогие, чем гибридные. Сочетание высокой цены и особых свойств определяет области применения:

  • мощные электромоторы;
  • газотурбинная техника;
  • высокооборотные шпиндели;
  • вакуумная техника и насосы;
  • медицинское оборудование;
  • техника для космических исследований.

С постепенным снижением стоимости область применения будет расширяться.

Полимерные шарикоподшипники, уступая по грузоподъемности аналогам из металла, имеют ряд специфических преимуществ, определяющих область применения:

  • немагнитные;
  • устойчивы к высокоагрессивным средам;
  • не нуждаются в смазке;
  • необременительное обслуживание;
  • допускают контакт большинства пищевых продуктов;
  • имеют малый вес;
  • сниженный шум;
  • электроизолирующие свойства;
  • хорошо работают на высоких скоростях.

Поэтому их часто используют в пищевых машинах, оборудовании для медицины, химическом машиностроении, вакуумном оборудовании, электротехнике, текстильных машинах, оборудовании для офисов.

Пластиковые (полимерные) подшипники

Подшипники шариковые радиальные однорядные – массовые и востребованные.

Самыми массовыми стали шарикоподшипники однорядные радиальные. Их высокая применяемость связана со значительными преимуществами:

  • способностью воспринимать достаточно большие радиальные и невысокие осевые нагрузки;
  • относительно небольшая стоимость;
  • очень широкий диапазон допустимых оборотов;
  • простота монтажа при отсутствии сложных регулировок;
  • благодаря возможности воспринимать осевое усилие до 30% неиспользованной радиальной грузоподъемности значительно упрощается конструкция опорных узлов;
  • чрезвычайно большое количество модификаций и типоразмеров, позволяющих решать большинство возникающих задач.

Однорядный радиальный подшипник

Ключевой недостаток – чувствительность к перекосу внутреннего кольца при установке. Допустимый перекос по каталогу FAG-INA составляет 2…3 минуты при невысокой нагрузке, 5…10 минут при больших нагрузках. Для монтажа двух таких подшипников требуется строгая соосность расточек. Поэтому их чаще используют в расточках единого корпуса, выполненных с одной установки, что ограничивает длину валов. Эту проблему решает модификация со сферической поверхностью наружной обоймы. Но для таких шарикоподшипников значительно осложняется обработка поверхности в корпусе. Это решение обычно используется в покупных серийных подшипниковых узлах.

Эскиз однорядного подшипника

Подшипники шариковые радиальные однорядные по грузоподъемности уступают аналогичным роликовым, но по совокупности характеристик в большинстве случаев являются оптимальным решением.

Среди затребованных модификаций шарикоподшипники радиальные однорядные:

  • с одной серия 60000 либо двумя серия 80000 защитными шайбами из металла по ГОСТ 7242-81, упрощающие конструкцию узла за счет отказа от крышек и уплотнений;
  • с одним серия 160000 либо двумя серия 180000 уплотнениями согласно ГОСТ 8882-75;
    имеющие канавку на наружной обойме под упорное кольцо, облегчающую фиксацию, ГОСТ 2893-72;
  • упрощает фиксацию также модификация с фланцем на наружном кольце;
    с датчиком оборотов, перекоса внутреннего кольца, направления вращения производства SKF;
  • с отверстием коническим;
  • высокотемпературные, например SKF типа VA201 до 250 град, VA208, VA228 до 350 градусов.

Подшипники радиальные шариковые однорядные ГОСТ 8338-75 – базовое исполнение. Их устанавливают в распор либо по плавающей схеме.

Установка подшипников враспор

Однорядный закрытый шарикоподшипник

В оборудовании, работающем при небольшой запыленности, могут применяться подшипники с защитными шайбами. Отсутствие необходимости в крышках, уплотнениях позволяет снизить металлоемкость, стоимость, трудоемкость. Такие шарикоподшипники применяют в торговом, упаковочном оборудовании, различных конвейерах.

В обозначении подшипников справа налево пара цифр означают диаметр внутренний. Цифры 00 отвечают диаметру 10 мм, 01 соответствуют 12 мм, 02 указывает на 15 мм, 03 отвечает 17 мм. Начиная с 04 диаметр равен числу, умноженному на 5. Третье число справа – диаметральная серия, четвертая – вид, пятая, шестая исполнение конструктивное, седьмая обозначает серию ширины. Подшипники шариковые радиальные однорядные 204 входят в группу 2 по диаметрам и имеют внутреннее отверстие 20 мм, а 80204 обладают еще двумя защитными металлическими шайбами.

Радиальный подшипник игольчатый

Ключевой недостаток подшипников качения – повышенный внешний диаметр. Нередко конструктивно необходимы опоры качения с небольшим внешним диаметром. Такую задачу выполняет радиальный подшипник игольчатый, в котором телами качения работают закаленные иглы.

Конструкция игольчатого роликового подшипника

Согласно ГОСТ 4657-82 серия 74000 имеет наружную и внутреннюю обойму, а серия 24000 только наружную и ролики-иглы катятся по шейке вала.

Типы игольчатых подшипников

Для серии 24000 к валу предъявляются повышенные требования по точности, твердости 61 HRCэ и чистоте поверхности Ra 0,32.

Использование игольчатых подшипников

Установка игольчатого подшипника с упорным

Игольчатые подшипники несут только радиальную нагрузку, не компенсируют осевые усилия. Для компенсации осевых сил в конструкцию вводят дополнительный подшипник упорный.

Существуют модификации сочетающие игольчатый и упорный подшипник.

Комбинация игольчатого и упорного подшипника

Радиальные подшипники роликовые

Роликовые радиальные подшипники благодаря линейному контактному пятну отличаются повышенной грузоподъемностью и износостойкостью.

Роликовый радиальный подшипник с латунным сепаратором

По сравнению с шарикоподшипниками они являются более шумными, допускают меньшие скорости, но несут в полтора, два раза большие радиальные нагрузки. Роликоподшипники с короткими роликами цилиндрическими ГОСТ 8328-75 главного исполнения 2000 не несут осевую нагрузку и даже допускают осевые сдвиги внешней, внутренней обойм. Это свойство используют при необходимости небольших осевых смещений валов, например, в подшипниковом узле жерновой мельницы при регулировке зазора между жерновами.

Некоторые типы 12000, 42000 воспринимают небольшие осевые односторонние усилия, а 92000 – двухстороннюю осевую нагрузку. Роликоподшипники цилиндрические более чувствительны к перекосу, чем шарикоподшипники, требуют чрезвычайно точной соосности.

Типы радиальных роликовых подшипников

Двухрядный радиальный подшипник сферический шариковый и роликовый

Для большой длины или малой жесткости вала и размещении подшипников в разных корпусах сложно обеспечить строгую соосность, которую требуют подшипники шариковые радиальные однорядные. Роликоподшипники однорядные еще более чувствительны к перекосу вала. Решением проблемы являются двухрядные сферические подшипники, позволяющие почти двухградусный перекос вала.

Двухрядный шариковый подшипник

Двухрядные сферические шарикоподшипники, соответствующие ГОСТ 28428-90 допускают перекос вала до 2,5 градусов. Воспринимают небольшие усилия осевые. Допустимые обороты и радиальная нагрузка меньше, чем у однорядных шарикоподшипников соответствующих размеров. Серия 1000 имеет цилиндрическое отверстие, а 111000 – коническое.

Сферические двухрядные роликоподшипники согласно ГОСТ 5721-75 нормально работают при перекосе вала до двух градусов, значительных радиальных нагрузках и осевых усилиях до 25% незадействованного радиального усилия. В серии 3000 отверстие цилиндрическое, а 113000 коническое.

Сферические двухрядные роликоподшипники

Такие подшипники предпочтительны для валов большой длины и для размещения в отдельных корпусах.

Размещение подшипников в корпусе

Подробную информацию о радиальных подшипниках содержат стандарты, второй том Справочника конструктора-машиностроителя от Анурьева, каталоги SKF, FAG-INA.