Классификация подшипников качения


Таблица 1. Подшипники ведущего моста автомобиля «Жигули»

Классификация подшипников качения

Таблица 1. Подшипники ведущего моста автомобиля «Жигули»
Место установки
Обозначение
Размеры, мм
К-во на авт.
 
ВАЗ
ГПЗ
d
D
В
Ведущая шестерня (хвостовик)
передний
2101-2402025
6-7705У
28
67
20.5
1
задний
2101-2402041
6-7807У
34
73
27
1
Коробка дифференциала
2101-2403036
6-7707У
33
62
16
2
Полуось
2101-2403080
6-180306К1° C17
30
72
19
2
Примечание: d — диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника (посадочный диаметр вала), D — диаметр наружного кольца, В — ширина внутреннего кольца.
 
Ширина наружного кольца © конического подшипника всегда меньше ширины внутреннего кольца (В). На­пример, подшипник 6-7807У: С=22,3 мм; В=26,987 мм; осевой габарит определяется размером В (у других под­шипников, как правило,— выступающим сепаратором со стороны меньшего диаметра).
 
Система обозначений
 
Для ориентирования в типах подшипников рассмотрим систему обозначений, принятых в системе Государственных подшипниковых заводов (ГПЗ). В обозначении подшипника (обозначение — не номер) зашифровывают посадочный диаметр вала (диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника — d), серию, тип, конструктивные особенности и др. Не вдаваясь в подробности, рассмотрим основные моменты.
Обозначение (маркировка) наносится на торце наружного или внутреннего кольца, а также может быть нанесе­на и на цилиндрической поверхности наружного кольца.
 
Установлены следующие классы точности и их обозначения: нормальный класс точности (подшипники этого класса на автомобилях не применяются) обозначается цифрой 0 (как правило, не фигурирует в обозначении подшипника); повышенный (в основном подшипники этого класса применяются на автомобилях) — 6; высокий — 5; прецизионный — 4; сверхпрецизионный — 2. Например, подшипник 6-7705У — цифра 6 обозначает повышенный класс точности.
 
Четвертая цифра справа обозначает тип подшипника. Например, подшипник 6-7705У — цифра 7 обозначает, что подшипник роликовый конический тип 7000 (пример обозначения шарикового подшипника типа 00000 нормального класса точности — 306).
 
Третья цифра справа обозначает серию подшипника. Например, подшипник 104 — цифра 1 означает особо легкую серию, 207 — легкая серия (2), 306 — средняя серия (3),— тяжелая серия (4).
 
Чем отличаются подшипники различных серий. Понять это можно, сравнив, например, шариковые подшипники: 105, 205, 305, 405. У всех подшипников d=25 мм, а вот размеры D и В различны. Если размер D подшипника 105 принять за 1, то получим примерное соотношение: 1,0/1,1/1,3/1,7. Для динамической грузоподъемности (кгс) соотношения будут такими: 1,00/1,25/2,01/3,25.
 
Если говорить точнее, то третья цифра справа — это серия диаметра D (всего их 9 — с 1 по 9 включительно). Кроме серии диаметра есть еще серия ширины. У рассмотренных подшипников (105-405) серия ширины нормальная (0) и в обозначении не указывается. Вообще же серия ширины указывается седьмой цифрой справа.
 
Все автомобильные подшипники, как правило, отно­сятся к нестандартным, так как они проектируются специально для данного узла автомобиля (поскольку автомобильное производство массовое, то нет смысла подлажи­ваться к общетехническим подшипникам, именно поэтому подшипники имеют два обозначения, см. табл. 1).
 
Первой и второй цифрами справа зашифрован в обозначении диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника — d (посадочный диаметр вала). Две цифры — это частное от деления диаметра d на пять. Таким образом, во многих случаях (не во всех) можно узнать диаметр d, умножив две последние цифры на пять. Например, подшипник 105 — d=05×5=25 мм; 210, 3=10×5=50 мм; подшипник 306 — d=06×5=30 мм.
Если диаметр отверстия d не делится без остатка на пять, то его обозначают целым ближайшим числом. Например, подшипник 6-7705У — d=28 мм, 28:5=5,6 мм; в обозначении используется цифра — 5(05). Из этого прави­ла зашифровки, как, кстати, и из других, есть исключения. Если размер d не совпадает ни с одним стандартным значением, тогда этот размер округляют до ближайшего стандартного и делят на пять. Например, подшипник 6-7807У — d=34,025 мм, ближайшее стандартное (для серии диаметров В) — 35 мм, тогда 35:5=7 мм, и в обозначении ставится цифра 7 (07), или подшипник 6-7707У — d=33 мм, ближайшее стандартное — 35, тогда 35:5=7 мм, и в обозначении — то же 07.
Второе исключение для диаметров d=10, 12 и 15 мм. Для них принято обозначение соответственно: 00, 01, 02. Например, подшипник 201 — d=12 мм.

Что обозначают буквы и цифры, (их принято называть дополнительными знаками) справа от обозначения подшипника? Дополнительные знаки имеют подшипники, предназначенные для работы в особых условиях, при повышенных температурах, в агрессивных средах и т. д. Эти подшипники изготавливают по специальным требованиям из специальных материалов с некоторым изменением внутренней конструкции. Ниже рассмотрим дополнительные знаки только автомобильных подшипников.
 
Буква У (последующие исполнения У1, У2 и т. д.) — означает подшипник «улучшен» по шероховатости (чистоте) поверхностей деталей, радиальному зазору и осевой игре, покрытию, материалу деталей.
 
Буква С — подшипник (закрытого типа) заполнен сма­зочным материалом: С17 — смазка Литол-24,° C9 — смазка Л3–31 (специальная автомобильная, хорошие вязкостно-температурные свойства, но не водостойкая, применяется в выжимном подшипнике сцепления, подшипнике передней опоры первичного вала коробки передач, запрессованном в гнездо коленчатого вала двигателя).
 
Буква К (последующие исполнения Kl, K2 и т. д.) — означает конструктивные изменения деталей стандартного подшипника основной общетехнической конструкции с целью приспособления его для специальных условий.
 
Особо необходимо сказать о подшипниках с защитными шайбами и уплотнениями. Если перед обозначением под­шипника стоят цифры: 60, 80, 160, 180 (подшипники типов 60000, 80000, 160000, 180000) это означает, что подшипники имеют: одну защитную шайбу (60), две защитные шайбы (80), одно уплотнение (160), два уплотнения (180). Например, подшипник 60306 — полузакрытый, с одной защитной шайбой; подшипник 80306 — закрытый, с двумя защитными шайбами; подшипник 160306 — полузакрытый, с одним уплотнением; подшипник 180306 — закрытый, с двумя уплотнениями.
 
Защитные шайбы завальцованы в канавки на бортах наружных колец, не выступают за габариты подшипника и предохраняют подшипник от утечки из него смазки и в некоторой степени от проникновения пыли и грязи. Уплотнения подшипников типов 80000 и 180000 более эффективны и представляют собой металлические шайбы, облицованные резиной методом вулканизации. Закрытые подшипники (две шайбы, два уплотнения) заполняются на заводе-изготовителе пластичными смазками.
 
Зазоры в подшипниках
 
Одним из важных факторов, влияющих на долговечность подшипников, являются зазоры в них. При этом в радиальных (нерегулируемых) подшипниках принято рассматривать радиальные зазоры, а в радиально-упорных подшипниках, где радиальный и осевой зазор регулируются, принято рассматривать только осевой зазор.
 
Различают три вида радиальных зазоров: начальный, посадочный и рабочий. Начальный радиальный зазор — это зазор в подшипнике до установки его на вал и в корпус. Посадочный радиальный зазор — это зазор в подшипнике после установки его на рабочее место, т. е. после уменьшения внутреннего диаметра наружного кольца и увеличения наружного диаметра внутреннего кольца в результате образования посадочного натяга. При этом в подшипнике либо сохраняется некоторый зазор, либо образуется натяг.
 
Во время работы механизма при установившемся температурном режиме в подшипниковом узле образуется рабочий зазор. Посадочный зазор всегда меньше начального вследствие изменения диаметров колец подшипника при их установке с посадочным натягом, а рабочий зазор уменьшается или увеличивается под влиянием перепада температур и увеличивается под действием приложенной нагрузки.
Основная область применения подшипников с увеличенными радиальными зазорами — опоры, в которых кольца подшипника вследствие больших динамических нагрузок монтируют на вал и в корпус со значительными посадочными натягами, а также опоры со значительными колебаниями рабочих температур. В принципе же, чем меньше зазоры, тем выше точность вращения подшипника, больше его долговечность, одновременно работает большее количество тел качения. Однако подшипники с зазорами, равными нулю, не выпускаются. Дело в том, что при тугих насадках колец в корпус и на вал из-за нагрева подшипникового узла может возникнуть защемление (заклинивание) тел качения и, в конечном счете, даже разрушение подшипника.
 
Радиальный зазор стандартных подшипников условно характеризуется номером группы (ряда), поставленным перед обозначением подшипника. Например, 76–306, 70-306 — цифра 7 означает радиальный зазор по 7-му ряду, класс точности 6 и 0 (повышенный и нормальный) соответственно, 306 — обозначение стандартного подшипника (шариковый, d=30 мм). Номер группы зазоров может стоять отдельно от обозначения, например, на торце кольца со стороны, противоположной нанесенному обозначению.
 
Для шариковых однорядных подшипников 10 мм

Используя стандартные подшипники при ремонте машины, когда нет специальных, автомобильных, обращайте внимание на все цифры маркировки подшипника. Особенно важное значение для долговечности подшипника имеют его точность и группа радиального зазора.

Измерение зазора
 
В табл. 2, для примера представлены радиальные зазоры для подшипников с номинальным диаметром d свыше 24 до 30 мм. В этот диапазон попадает подшипник 306 (30×72×19), который применяется при ремонте полуосей.
 
Таблица 2. Радиальный зазор в радиальных шариковых подшипниках, измеряемый под действием радиальной нагрузки
Номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника, мм
Группа зазора в подшипнике
Нагрузка при измерении зазора, Н (кгс)
6
Нормальная
7
8
Радиальный зазор Gr, мм
min
max
min
max
min
max
min
max
Св. 24 до 30
0,005
0,016
0,010
0,024
0,018
0,033
0,028
0,046
50±5(5±0,5)

Роликовые конические подшипники
 
В радиально-упорных подшипниках регулируемых типов (например, конические роликовые) речь идет, как уже отмечалось, не о радиальных зазорах, а об осевых (осевая игра). Для нормальных условий работы, когда температура внутренних колец не превышает температуру наружных колец более, чем на 10°С, а разность температур вала и корпуса составляет примерно 10-20°С, установлены рекомендуемые величины осевых зазоров. В табл. 3 приведены значения рекомендуемой осевой игры для роликовых конических подшипников (а=10°-16°) в нормальных условиях эксплуатации при расстоянии между подшипниками (12-14)d. Заметим, что подшипники хвостовика установлены на расстоянии (2,5–2,1)d, подшипники коробки дифференциала — 3,2d.
 
Таблица 3. Рекомендуемая осевая игра для конических однорядных роликовых подшипников
Номинальный диаметр отверстия внутреннего кольца подшипника d, мм
Рекомендуемая осевая игра, мм
min
max
До 30
0,020
0,070
Свыше 30 до 50
0,040
0,100

Рассмотрим конструктивные особенности роликовых конических подшипников.
 
Во-первых, почему подшипники роликовые? В обычном шариковом подшипнике теоретический контакт шариков и колец происходит в точке. В действительности точки превращаются в площадки, но у обычных шариковых подшипников для передачи значительных нагрузок этих площадок недостаточно. Вот здесь и помогают роликовые подшипники с теоретическим контактом в виде линии.
 
Во-вторых, почему подшипники конические? Потому, что имеется значительное осевое усилие, а от угла конуса подшипника зависит его способность воспринимать осевые нагрузки.
 
В работающей передаче речь идет часто уже не о зазоpax в подшипнике, а о его жесткости. Напоминаем, что жесткость – это сопротивляемость изменению формы под действием сил.
 
Точность вращения подшипников под нагрузкой в значительной степени определяется их жесткостью. В балансе других перемещений валов деформация подшипников качения имеет тот же порядок величин, что и деформация валов. Жесткость может явиться критерием, определяющим размеры валов и тип подшипников. Жесткость подшипников разных типов для одного размера может отличаться в несколько раз. Наибольшую жесткость имеют точно изготовленные роликовые подшипники, и их жесткость может быть в 5–6 раз больше жесткости шариковых подшипников. Жесткость подшипников может быть существенно повышена предварительным натягом.
 
Сущность предварительного натяга заключается в выборке зазоров. Предварительный натяг осуществляется взаимным осевым смещением колец. Роликовые конические подшипники более стойки против повреждений при перетяжке, чем шариковые. В принципе, величина предварительного натяга (преднатяга) должна быть такой, чтобы под нагрузкой в подшипнике не появлялся зазор. Излишний преднатяг приводит к усиленному изнашиванию подшипника.
 
С помощью преднатяга можно повысить жесткость подшипника до 2 раз и этим существенно повысить точность положения вала при передаче нагрузки. Однако при нагревании металл расширяется и, если не учесть, что и как в передаче удлиняется при нагреве, то натяг может увеличиться настолько, что произойдет стопорение подшипника. Если подшипник не перетянут, то причиной его стопорения может оказаться узел, в котором он установлен (например, дисковые тормоза передних колес). Итак, лучше, когда в подшипнике зазор равен нулю.

В действительности в большинстве механизмов зазоры в подшипниках делают такие, чтобы тепловое удлинение вала (корпуса) полностью их не выбирало.
 
Наибольшей жесткостью в осевом направлении обладают конические роликовые подшипники с большим углом. Конические подшипники с большим углом конуса имеют сравнительно малую радиальную жесткость, поэтому применение их наиболее целесообразно при наличие дополнительной опоры, воспринимающей только радиальную нагрузку (подшипники с цилиндрическими роликами).
 
Жесткость роликовых конических подшипников в осевом направлении, как отмечалось, удается значительно повысить, применяя подшипники с большим углом конуса и особый способ регулирования подшипников — регулирование с предварительным натягом. Осевое смещение шестерни при преднатяге подшипников уменьшается более чем в два раза.
 
Преднатяг повышает равномерность распределения нагрузки между телами качения в подшипнике, обеспечивает точность положения и вращения шестерен. И все бы хорошо, но, как отмечалось, нагрев деталей может испортить всю картину. При этом в одном случае нагрев уменьшает натяг, в другом, напротив, — увеличивает. В связи с этим, роликовые конические подшипники хвостовика и колес, устанавливаемые одинаково, «врастяжку», регулируются по разному.
 
Подшипники колес, где источником тепла являются дисковые тормоза (диск крепится на ступице и нагревает ее), регулируются с зазором 0,02–0,08мм, так как их заклинивание вызовет стопорение колеса и аварию. Подшипники хвостовика, напротив, регулируются с преднатягом (нагревается хвостовик — натяг уменьшается).
 
Зазор в подшипнике установить сравнительно просто, а вот с натягом дело сложнее, поскольку его трудно измерить или, по крайней мере, регламентировать.

Известны три способа:

Первый —
непосредственным замером (в реальной обстановке этот наиболее достоверный способ часто практически невыполним).
 
Второй способ — по моменту сопротивления вращению вала в подшипнике.
 
Третий способ — косвенные замеры. Здесь замеряют затяжку гайки (гаек), обеспечивающей натяг (способ упоминался выше), а также величины деформаций, связанных с затяжкой подшипников.