Тепловые зазоры в подшипниках

Тепловой зазор в подшипниках

Внутренний зазор подшипника ― это расстояние, на которое перемещается одно из колец подшипника относительно другого в радиальном или осевом направлениях.

По сути, у любого подшипника существует данный зазор, иначе тела качения бы заклинило между кольцами вследствие теплового расширения металла. Собственно, для подшипников работающих в условиях повышенных температур или возможных внезапных скачков температур существует вариант с увеличенным зазором.

Для подшипников, у которых величина внутреннего зазора отличается от стандартного, введены специальные суффиксы С1- С5.

Суффикс
Радиальный внутренний зазор
C1
меньше, чем C2 (практически не встречается в свободной продаже, как правило это спец.заказ для завода)
C2
меньше нормального (тоже достаточно редко встречается)
CN
нормальный, используется только в комбинации с буквами, обозначающими уменьшенное или смещенное поле зазора. Чаще всего стандартный зазор в маркировке не участвует. Самое распространенное исполнение.
CM
зазор для подшипников электродвигателей. Взаимозаменим со стандартным и в некоторых случаях с С3
C3
больше нормального. Второй по распространенности вид исполнения.
C4
больше, чем C3
C5
больше, чем C4 (практически не встречается в свободной продаже, как правило это спец.заказ для завода).
Радиальный внутренний зазор, как одну из составляющих, влияющую на срок службы подшипника, принято считать равным нулю, но на самом деле он имеет величину в несколько микрометров. Хотя цилиндрические, сферические подшипники всегда имеют небольшой минимальный зазор, из-за своих конструктивных особенностей. Есть среди подшипниковых узлов исключения, узлы, где требуется повышенная жесткость, там подшипник устанавливается с преднатягом (к примеру, опоры шестерен).

Внутренние зазоры подшипников
Таблицы зазоров для отдельных типов подшипников обычно приведены в каталогах фирм производителей. Для спаренных однорядных радиально-упорных шарикоподшипников, конических роликоподшипников, двухрядных радиально-упорных шарикоподшипников и шарикоподшипников с четырехточечным контактом вместо радиального зазора приведены величины осевого внутреннего зазора, так как величина осевого зазора более важна для подшипников этих типов.

Существует множество примеров, в частности, подшипники шпиндельных узлов станков, опор шестерен мостов автомобилей, подшипниковые узлы небольших электродвигателей или подшипниковые узлы для колебательных движений, где требуется отрицательный рабочий зазор, т.е. предварительный натяг («преднатяг») для увеличения жесткости подшипникового узла или повышения точности его вращения. Создание преднатяга, к примеру, при помощи пружин также рекомендуется в тех случаях, когда подшипники вращаются при очень малых нагрузках с высокими скоростями. Это нужно для обеспечения минимальной нагрузки на подшипник и предотвращения повреждения подшипника в результате проскальзывания тел качения.

В случае использования шпиндельных радиально-упорных шариковых подшипников существует разделение по типу преднатяга – легкий средний и тяжелый. Это отображается в маркировке самого подшипника, например подшипник SNR 7005CVUJ74 имеет легкий преднатяг (суффикс J7). Соответственно, неправильно сделанный преднатяг напрямую сказывается на долговечности подшипников и узла в целом, потому как скорости вращения таких подшипников отнюдь не маленькие – десятки тысяч оборотов в минуту.

Перегрев, вибрация, шум, вот далеко не полный перечень последствий неправильного преднатяга подшипников.

Для обеспечения стабильной работы на шариковых и роликовых подшипниках качения должна всегда действовать определенная минимальная нагрузка. Подшипник без нагрузки очень быстро разобьет вибрация. Практика показывает, что на роликоподшипники должна действовать минимальная нагрузка, соответствующая 0,02 C, а на шарикоподшипники – 0,01 C. Под С понимается стандартная нагрузка статическая и динамическая из каталога или тех.описания подшипников. Важность приложения этой минимальной нагрузки возрастает в тех случаях, когда подшипник подвержен высоким ускорениям, а его частота вращения составляет 50 % и более от предельной скорости, указанной в таблице подшипников в каталоге производителя.

Более сложная ситуация с шариковыми радиально-упорными подшипниками, установленными в пару (так называемый дуплекс). Важность правильного преднатяга в данной конфигурации возрастает многократно. В практике Подшипник.ру было великое множество случаев, когда такую пару затягивали, что называется «от души», в итоге получая перегрев. Или перетягивали один подшипник, а второй из пары был недотянут, что приводило в перегреву перетянутого и вибрации недотянутого подшипника из пары. В конечном счете, подшипники или заклинивало или узел разрушался.

Поэтому к подбору подшипников, особенно в случаях, когда неизвестно какие именно подшипники стояли изначально, надо подходить с максимальной ответственностью. Кроме размеров подшипников неплохо уточнить условия работы – температуру (подшипника, не среды, в которой работает подшипник), обороты, нагрузки, среду.

Только в таком случае можно подобрать подшипник с максимальной эффективностью.

 

 

 

 

Виды зазоров, основные сведения

Под зазором в подшипнике качения или скольжения подразумевают величину перемещения, образующуюся при сдвиге одного кольца подшипника относительно другого в радиальном (радиальный зазор) Gr или осевом (осевой зазор) Ga направлениях. Внутренний зазор оказывает большое влияние на рабочие характеристики подшипников (усталостная долговечность, вибрация, шумность, нагревание и другие), поэтому правильно подобранный зазор по важности при подборе подшипников занимает третье  место после определения его типа и размера.

Приходится часто сталкиваться с ошибочным мнением некоторых потребителей, которые, видимо, не представляя, что такое зазор и зачем он нужен, проверяют «качество» (по их мнению) изделия, перемещая кольца относительно друг друга и из того, насколько возможно это смещение (осевой зазор), делают вывод о том, насколько данный подшипник качественный. При этом нелепой процедуре часто подвергаются подшипники с заведомо увеличенным зазором или такой конструкции (например, радиально-упорные шариковые), где по определению кольца обязаны перемещаться относительно друг друга. 

Помимо радиального и осевого различают также три других вида зазоров: начальный, посадочный и рабочий.

Для чего нужен радиальный зазор в подшипниках качения

Выделяемое при работе подшипника тепло передается валу и корпусу. Поскольку теплопроводность корпусов почти всегда выше, чем валов, температура внутреннего кольца подшипника и его тел качения зачастую на 5 — 10°С бывает выше, чем температура наружного кольца, при этом может расти в зависимости от условий работы до очень больших значений. Вследствие термического расширения существующий радиальный зазор уменьшается вплоть до недопустимо минимальных величин, что может повлечь за собой повышения силы трения и выход подшипника из строя. Для того.ю чтобы подобное не допустить и выпускаются изделия с заведомо увеличенным зазором. Отсюда пошло и принятое выражение «увеличенный тепловой зазор».

Полагают, что наиболее благоприятным условием для радиальных шариковых подшипников (наиболее распространенной группы) является рабочий зазор близкий к нулю или даже натяг малой величины. Но если эти подшипники воспринимают высокие осевые нагрузки, то они должны иметь увеличенный зазор, что позволяет увеличить рабочий угол контакта и, тем самым, повысить осевую грузоподъемность.

Начальный зазор в подшипниках

 Под начальным (или теоретическим) радиальным зазором понимают зазор подшипника в состоянии поставки. Замеры  осуществляются с помощью прибора путем смещения одного из колец подшипника в крайнее его положение под определенной нагрузкой. Для некоторых типов замеры радиального зазора выполняют методом подбора щупа соответствующей зазору толщины. Для разных конструктивных групп радиальных подшипников имеются свои группы (ряды) радиальных зазоров. Каждая группа ограничена минимальной и максимальной величинами допускаемого радиального зазора и обозначается номером (см. табл. 1). Наибольшее распространение получила нормальная группа, которая никак не кодируется в номере, 3 и 7. Чуть меньше распространены группы 6 и 8 (последний, а также 3 характерен для жд подшипников).

Рассмотрим на примерах несколько обозначений типов подшипников:

76-180306У1С2Ш2У

Группа радиального зазора — 7 (увеличенный), класс точности проставляется сразу после обозначения группы радиального зазора, это 6. Далее идет номер подшипника — 180306, а после него кодируются конструктивные особенности — У1С2Ш2У.

30-3610Н

В номере этого роликового двухрядного подшипника можно заметить обозначение зазора 3 (также увеличенный, см. таблицу ниже), класса точности (0) и Н — канавка. 

Далее приведена таблица групп радиальных зазоров для разных типов подшипников по отечественной системе обозначений.

В качестве обозначения радиального зазора в подшипнике могут применяться не только цифры, но и буква Н — она указывает на специальные требования к величине радиального зазора, не предусмотренной группами зазоров по ГОСТ или другим стандартам. Эта буква ставится на второе место в ДУОЛ и обозначает ненормализованный радиальный зазор, например, Н0-32330МУ1.

Зазоры в импортных подшипниках

По международной системе условных обозначений принято гораздо меньшее количество групп радиального зазора, их выделяют 5, при этом фактически потребители сталкиваются только с тремя — нормальным CN (в номере не указывается), С3 (неполный, но аналог нашего обозначения 7) и С4 (8 группа). Ниже приведена таблица зазоров для шариковых подшипников (на примере японских NSK).

В последнее время в продаже все чаще встречаются подшипники японских производителей (KOYO, NSK) с зазором CM — это специальный зазор для электродвигателей, который не фигурирует в ISO и являющийся чуть больше нормального, но значительно меньше, чем C3 или 70 по-нашему (позволяет снизить уровень шума). 

 

Для получения информации о радиальных зазорах (такие же таблицы) самоустанавливающихся шарикоподшипников, подшипников для электродвигателей, роликовых цилиндрических, игольчатых, сферических и конических роликоподшипников скачайте каталог NSK здесь.

Посадочный зазор

Под посадочным радиальным зазором понимают зазор, установившийся после монтажа подшипников. Причинами его изменения является упругая деформация колец, вызванная посадочными натягами и погрешностями формы посадочных мест.

Рабочий зазор

Рабочим радиальным зазором называют зазор в подшипнике при установившихся температурном и рабочем циклах машины. При этом из-за перепада температур он может уменьшаться или увеличиваться вследствие того, какое из колец более нагрето.

Тепловое удлинение вала может увеличивать или уменьшать зазор в зависимости от конструкции подшипника и схемы его монтажа. Зазор возрастает пропорционально увеличению нагрузки на подшипник.

С учетом изложенного необходимо выбирать соответствующую группу радиального зазора подшипника.

Роликовые подшипники с цилиндрическими, коническими и сферическими роликами, как правило, должны иметь небольшой рабочий зазор в узлах общего применения. Но в отдельных случаях они устанавливаются и с преднатягом, как, например, роликовые подшипники с цилиндрическими роликами в точных шпинделях станков или конические роликовые подшипники в главной передаче автомобиля. Для удовлетворительной работы роликовые сферические подшипники всегда должны иметь положительный рабочий зазор.

Подшипник с коническим отверстием имеет несколько больший начальный радиальный зазор, чем подшипник с цилиндрическим отверстием. Это обусловлено спецификой создания обязательного натяга при установке подшипников на конические шейки валов, либо на закрепительные и стяжные втулки.

Зазоры в подшипниках скольжения

Значения зазоров неразъемных подшипников скольжения приведены в данной таблице:

Разъемные подшипники скольжения должны иметь зазоры между шейкой вала и вкладышем, приведенные в данной таблице:

Зазоры в неразъемных подшипниках скольжения определяют щупом с торцевых сторон втулок либо измерением диаметров втулок и шеек валов при разборке электрических машин.
В подшипниках скольжения с разъемными вкладышами зазоры определяются методом «оттисков» при помощи кусочков свинцовой проволоки диаметром 1—1,5 мм, укладываемых на шейку вала, и прижимаемых верхним вкладышем при полной затяжке обеих половин. Зазоры между крышкой и телом вкладыша измеряются так же. Зазор должен быть в пределах 0,05 — 0,1 мм, натяг крышки и вкладыша недопустим.