Подшипники качения: виды и классификация

Подшипник качения — узел, который принимает на себя нагрузку от вала и передаёт её на корпус механизма, обеспечивая при этом вращение с минимальным трением. От того, насколько правильно подобран тип подшипника, зависит не только плавность хода узла, но и его ресурс: ошибка в выборе оборачивается перегревом, повышенным износом и незапланированными остановками оборудования. Разбираемся, какие виды подшипников качения существуют, чем они отличаются друг от друга и на что смотреть при подборе.

Из чего состоит подшипник качения

Любой подшипник качения — это узел из четырёх основных элементов:

• Наружное и внутреннее кольцо — на их рабочих поверхностях (дорожках качения) катятся тела качения. Одно кольцо обычно неподвижно и закреплено в корпусе, второе вращается вместе с валом.
• Тела качения — шарики или ролики разной формы. Именно они заменяют трение скольжения трением качения, которое требует в разы меньше энергии на преодоление сопротивления.
• Сепаратор — удерживает тела качения на равном расстоянии друг от друга, не давая им соприкасаться и тереться между собой.
• Уплотнения и защитные элементы — щитки или манжеты, которые удерживают смазку внутри узла и не пускают внутрь пыль и влагу (есть не во всех моделях).

Именно форма тел качения и направление нагрузки, которую способен воспринимать узел, лежат в основе всей классификации подшипников качения.

Классификация по форме тел качения

Это первый и самый очевидный признак, по которому подшипники делят на группы. Форма тела качения напрямую определяет площадь контакта с дорожкой, а значит — грузоподъёмность, допустимую скорость вращения и стоимость узла.

Шариковые подшипники

Самый распространённый тип. Шарик контактирует с дорожкой качения в одной точке, поэтому трение минимально, а подшипник способен работать на высоких оборотах почти бесшумно. Обратная сторона точечного контакта — меньшая грузоподъёмность по сравнению с роликовыми аналогами того же размера. Шариковые подшипники хорошо переносят кратковременные осевые нагрузки и повсеместно применяются в электродвигателях, насосах, конвейерах, бытовой и станочной технике.

Роликовые подшипники

Вместо шариков здесь используются цилиндрические, конические или бочкообразные (сферические) ролики, которые контактируют с дорожкой не точечно, а по линии. Увеличенная площадь контакта поднимает несущую способность в 1,5–2 раза относительно шариковых подшипников тех же габаритов, поэтому роликовые модели ставят там, где нагрузка выше, а обороты умереннее: в редукторах, металлургическом и строительном оборудовании. Сферические (самоустанавливающиеся) ролики дополнительно компенсируют небольшой перекос вала — это удобно там, где сложно добиться идеальной соосности при монтаже.

Игольчатые подшипники

Разновидность роликовых, где используются длинные тонкие ролики малого диаметра — «иглы». Такая геометрия даёт высокую грузоподъёмность при минимальном наружном диаметре узла, поэтому игольчатые подшипники незаменимы в компактных механизмах: коробках передач, шарнирах, крестовинах карданных валов. Плата за компактность — более строгие требования к точности посадочных мест: перекос вала игольчатый подшипник переносит хуже, чем сферический роликовый.

Классификация по направлению воспринимаемой нагрузки

Второй ключевой признак — в каком направлении относительно оси вала подшипник способен принимать усилие. От этого зависит, в каком узле механизма его вообще можно применить.

Радиальные подшипники

Рассчитаны преимущественно на нагрузку, направленную перпендикулярно оси вала — то есть на радиальную. Это самый универсальный и массовый вариант: именно такие подшипники фиксируют колёса, валы редукторов и роторы электродвигателей. За счёт формы желоба многие радиальные модели попутно выдерживают и небольшую осевую нагрузку, но она не должна быть основной.

Радиально-упорные и упорно-радиальные подшипники

Комбинированный тип: дорожки качения у таких подшипников смещены вдоль оси, поэтому узел одновременно работает и с радиальной, и с осевой нагрузкой. Радиально-упорные модели рассчитаны на преимущественно радиальную нагрузку с осевой составляющей, упорно-радиальные — наоборот. Такое решение часто ставят парами или комплектами, чтобы компенсировать осевые усилия в обоих направлениях. Типичный пример — шпиндели станков и ступицы автомобильных колёс.

Упорные подшипники

Работают только с осевой нагрузкой, направленной строго вдоль оси вала, и практически не рассчитаны на радиальную составляющую. Их устанавливают там, где вал нагружен «вдоль» — в вертикальных приводах, винтовых передачах, поворотных механизмах кранов и, например, в опорах офисных кресел (упрощённый вариант того же принципа).

Чтобы свести оба признака классификации воедино, вот сравнительная таблица основных типов:

Тип подшипника	Тело качения	Основная нагрузка	Частота вращения	Типичные узлы
Шариковый радиальный	Шарики	Радиальная	Высокая	Электродвигатели, насосы, конвейеры
Шариковый радиально-упорный	Шарики	Радиальная + осевая	Высокая	Шпиндели станков, ступицы колёс
Роликовый цилиндрический	Ролики	Радиальная (повышенная)	Средняя	Редукторы, металлургическое оборудование
Роликовый конический	Ролики	Радиальная + осевая (тяжёлая)	Средняя	Ступицы, коробки передач
Роликовый сферический	Ролики (бочкообразные)	Радиальная, с компенсацией перекоса	Средняя	Тяжёлое промышленное оборудование
Игольчатый	Иглы	Радиальная (в ограниченном габарите)	Средняя	Коробки передач, шарниры, крестовины
Упорный	Шарики или ролики	Осевая	Низкая	Вертикальные приводы, винтовые передачи

Классификация по конструктивным признакам

Кроме формы тел качения и направления нагрузки, подшипники различают по ряду конструктивных параметров — они не меняют базовый тип, но напрямую влияют на удобство эксплуатации и обслуживания.

• По числу рядов тел качения. Однорядные — самый распространённый и недорогой вариант для стандартных нагрузок. Двухрядные несут заметно больше усилия при тех же посадочных размерах и часто компенсируют небольшой перекос вала, но стоят дороже и требуют больше места по ширине.
• По типу уплотнения. Открытые подшипники не имеют защитных элементов и требуют регулярного добавления смазки — их применяют там, где узел легко обслуживать. Закрытые модели со щитками (маркировка ZZ) частично защищены от пыли. Герметичные подшипники с контактными уплотнениями (маркировка 2RS) удерживают смазку внутри на весь срок службы и не пропускают грязь — оптимальный выбор для труднодоступных или загрязнённых узлов.
• Фланцевые исполнения. Отдельная группа корпусных решений с фланцем для крепления винтами прямо к раме или станине — удобна там, где не хочется дополнительно растачивать посадочное отверстие в корпусе.

Как расшифровать обозначение подшипника качения

Маркировка на торце кольца — это не случайный набор цифр, а закодированные параметры узла по ГОСТ 3395-75 (для отечественных подшипников) или по системе ISO/DIN (для импортных). В общем виде обозначение показывает:

• тип подшипника — шариковый, роликовый радиальный, конический и так далее;
• серию — определяет соотношение габаритов и грузоподъёмности при одном и том же посадочном диаметре;
• внутренний диаметр — у большинства серий последние две цифры маркировки, умноженные на 5, дают диаметр посадочного отверстия в миллиметрах;
• дополнительные буквенные индексы — например, ZZ или 2RS, о которых мы говорили выше, для типа уплотнения.

Разбираться в полной системе кодов нужно не всегда — для подбора замены обычно достаточно свериться с каталогом производителя или проконсультироваться со специалистом.

Подшипники качения и подшипники скольжения: в чём разница

Иногда вместо подшипника качения в узле стоит подшипник скольжения — втулка, работающая по принципу прямого контакта поверхностей через тонкий слой смазки. У каждого решения свои сильные стороны.

• Подшипники качения дают меньшее трение при пуске и более высокий КПД — порядка 0,99, тогда как у скольжения показатель заметно скромнее.
• Подшипники скольжения лучше держат ударные и вибрационные нагрузки и меньше боятся перекосов вала.
• Качения проще менять: они взаимозаменяемы по стандартным размерам, тогда как скольжения часто требуют индивидуальной подгонки.
• Скольжения выигрывают в компактности по осевому габариту и лучше работают при экстремально высоких температурах, где смазка подшипника качения теряет свойства.

Для большинства промышленных задач подшипники качения остаются предпочтительным решением именно за счёт низкого трения, простоты обслуживания и широкой линейки типоразмеров.

Как выбрать тип подшипника качения

Универсального «лучшего» подшипника не существует — выбор всегда идёт от условий эксплуатации конкретного узла. На практике стоит последовательно оценить несколько параметров.

1. Характер и направление нагрузки. Радиальная, осевая или комбинированная — это первое, что определяет базовый тип (радиальный, упорный, радиально-упорный).
2. Частота вращения. Чем выше обороты, тем больше причин смотреть в сторону шариковых моделей с их низким трением; для медленных, но тяжело нагруженных узлов — в сторону роликовых.
3. Доступное пространство. Ограниченный радиальный габарит почти всегда решается в пользу игольчатых подшипников.
4. Требования к точности и биению. Для прецизионных узлов — шпинделей, измерительного и станочного оборудования — стоит рассматривать подшипники повышенных классов точности.
5. Условия среды. Пыль, влага, перепады температуры влияют на выбор уплотнения и материала — вплоть до нержавеющих или полимерных исполнений.

Подробнее о том, как соотнести эти параметры между собой на практике, мы уже разбирали в статье «Рекомендации по выбору подшипника» — рекомендуем прочитать её как логичное продолжение этого материала.

Часто задаваемые вопросы

Чем шариковый подшипник отличается от роликового?
Шариковый контактирует с дорожкой качения в точке, роликовый — по линии. Из-за этого шариковые быстроходнее и тише, а роликовые выдерживают более высокую нагрузку при тех же габаритах.

Какой подшипник качения выбрать для высоких оборотов?
В большинстве случаев — шариковый радиальный: у него минимальное трение и меньше тепловыделение на высокой частоте вращения по сравнению с роликовыми аналогами.

Что означает маркировка 2RS или ZZ на подшипнике?
Это тип уплотнения: ZZ — металлические защитные щитки, 2RS — контактные резиновые уплотнения с двух сторон, которые удерживают смазку внутри подшипника на весь срок службы.

Можно ли поставить роликовый подшипник вместо шарикового?
Не всегда — нужно свериться с посадочными размерами и характером нагрузки узла: замена меняет и грузоподъёмность, и допустимую частоту вращения, поэтому такое решение стоит согласовывать со специалистом.

Подшипники качения Winkel в наличии

В каталоге Winkel представлены подшипники под разные задачи:

• стандартные аксиальные модели — для повседневных промышленных узлов и опор грузоподъёмной техники;
• прецизионные — для механизмов с высокими требованиями к точности и биению;
• высокотемпературные и из нержавеющей стали — для агрессивных условий эксплуатации;
• решения для больших нагрузок и регулируемые роликовые блоки — для конвейерного и грузоподъёмного оборудования.

Если не уверены, какой тип подойдёт именно вашему узлу, свяжитесь с нашими специалистами: поможем подобрать подшипник по параметрам или чертежу.