Подшипник с конической посадкой

Обновлено: 05.10.2024

Если подшипник качения с внутренним кольцом посажен на вал только с натягом, может возникнуть опасное кольцевое скольжение между внутренним кольцом и валом.

Это скольжение внутреннего кольца, которое называется "проскальзыванием", приводит к кольцевому сдвигу кольца относительно вала, если посадка с натягом недостаточно тугая.

Когда возникает проскальзывание, подогнанные поверхности становятся шероховатыми, вызывая износ и значительное повреждение вала.

Ненормальный нагрев и вибрация могут также возникнуть из-за абразивных металлических частиц, проникающих внутрь подшипника.

Важно предотвратить проскальзывание, надёжно закрепив с достаточным натягом то кольцо, которое вращается, либо к валу, либо в корпусе.

Проскальзывание не всегда можно устранить посредством осевого затягивания через наружную поверхность кольца подшипника.

Однако, как правило, нет необходимости обеспечивать натяг колец, подвергающихся только статическим нагрузкам.

Посадка иногда делается без какого-либо натяга как внутреннего, так и наружного кольца, чтобы приспособиться к определённым рабочим условиям, либо чтобы способствовать установке и разборке.

В этом случае для предотвращения повреждения пригоночных поверхностей вследствие проскальзывания, следует рассмотреть смазывание или другие применимые методы.

Условия нагрузки и посадки

Приложение нагрузки	Работа подшипника		Условия нагрузки	Посадка
	Внутреннее кольцо	Наружное кольцо		Внутреннее кольцо	Наружное кольцо
	Вращательная	Статическая	Вращательная нагрузка на внутреннее кольцо, статическая нагрузка на внешнее кольцо	Посадка с натягом	Свободная посадка
	Статическая	Вращательная
	Статическая	Вращательная	Вращательная нагрузка на внешнее кольцо, статическая нагрузка на внутреннее кольцо	Свободная посадка	Посадка с натягом
	Вращательная	Статическая
Направление нагрузки не определяется из-за изменения направления или несбалансированной нагрузки	Вращательная или статическая	Вращательная или статическая	Направление нагрузки не определено	Посадка с натягом	Посадка с натягом

Посадки между радиальными подшипниками и отверстиями корпуса

Промышленность выпускает подшипники с комическим внутренним отверстием (конусность 1:12, центральный угол конуса α ~ 5°) для установки на гладких валах с помощью разрезной закрепительной втулки с конической наружной и цилиндрической внутренней поверхностями (рис. 764, а). Подшипник затягивают на втулке гайкой, благодаря чему создается необходимый для фиксации подшипника натяг между внутренней поверхностью подшипника, с одной стороны, и закрепительной втулкой и валом — с другой.

Подшипники этого типа имеют следующие недостатки :

- ухудшается центрирование вала из-за добавочной посадочной поверхности;

- возможна перетяжка подшипника, вызывающая уменьшение зазора между телами качения и обоймами; сильная перетяжка может привести к заклиниванию тел качения;

- положение подшипника на валу при затяжке меняется в результате упругой деформации обоймы, а при повторных затяжках — в результате смятия опорных поверхностей;

- подшипники не могут выдерживать сколько-нибудь значительные осевые силы, направленные в сторону большего диаметра конуса, поскольку они вызывают защемление тел качения.

Установка на закрепительной втулке еще применяется как способ крепления подшипников на гладких валах с регулировкой осевого положения подшипника на валу.

В отдельных случаях подшипники с коническим посадочным отверстием применяют для регулирования зазора между телами качения и обоймами, увеличивающегося в результате износа, и, наконец, как средство создания предварительного радиального натяга.

На рис. 764, б изображено крепление конусного подшипника непосредственно на валу с конической посадочной поверхностью, на виде в — на ступенчатом цилиндрическом валу с промежуточной конусной втулкой.

Стрелки на рисунках показывают направление осевых сил, при котором возможно защемление подшипников.

Перетяжку подшипников при монтаже можно предотвратить затяжкой подшипника динамометрическим или предельным ключом с последующей фиксацией гайки контргайкой (вид г) или затяжкой подшипника на калиброванные шайбы 1 (виды д, е), ограничивающие перемещение затягивающей гайки.

Введение калиброванных шайб позволяет подшипнику воспринимать осевые силы обоих направлений. Толщину шайб следует выдерживать очень точно, так как при избыточной толщине ослабляется посадка на вал, а при недостаточной толщине возможна перетяжка подшипника. При повторных переборках шайбы следует менять. В массовом производстве применять калиброванные шайбы нецелесообразно.

Любой механизм, в котором усилие, передаваемое или преобразуемое за счёт вращения деталей, имеет вал, или ось, воспринимающие нагрузки, связанные с деформацией кручения. Но, кроме того, указанные валы и оси, в силу конструкции или своего предназначения, воспринимают также нагрузки другого рода – сдвиг деталей, прогиб вала, перекос оси вращения.

Увеличение пятна контакта, или, напротив, его уменьшение, приводит либо к повышенному трению между деталями, либо к поломке зубьев шестерен, вследствие ударных нагрузок, воздействующих на эти детали из-за чрезмерного зазора.

Всё это говорится здесь для того, чтобы подчеркнуть важность того, чтобы при проектировании механизма и при изготовлении подшипников, на которых, по сути, и опирается вал, соблюдалась высокая точность изготовления деталей. Изготовление подшипников, их типоразмеры, максимальные нагрузки на которые они рассчитаны, регламентируются соответствующими ГОСТами.

Особенности роликовых конических подшипников

На рисунке представлено наглядное изображение однорядного конического подшипника. Он состоит из наружной и внутренней обойм, телами качения являются цилиндрические ролики. Для обеспечения равномерной нагрузки как на ролики, так и на кольца (обоймы) подшипников ролики разделены сепаратором, исключающим взаимное перемещение тел качения.

В противном случае (если ролики сгруппируются в каком-то одном секторе подшипника) возможен перекос вала (с неизбежным его радиальным биением). Что, в свою очередь, приведёт к перегреву и разрушению не только подшипника, но и всего механизма в целом. Поэтому все детали однорядного конического подшипника изготавливаются с высоким классом точности.

Не меньшее значение имеет и точное изготовление посадочных мест, предназначенных для установки в них колец (обойм) подшипника. Также сооствестсвующим ГОСТом регламентируются марки сталей, используемой для изготовления деталей, чистота их поверхностной обработки и размеры. Впрочем, о ГОСТах, согласно которым должны изготавливаться роликовые конические подшипники и об их размерах, расскажем чуть позже.

Сейчас же рассмотрим некоторые виды роликовых конических подшипников и особенности их конструкции. Выше был приведён пример подшипника с однобортным упорным кольцом, выполненным на внутренней обойме. Изделия такого типа зачастую применяются в ступичных узлах автомобилей. Большая площадь контакта роликов с поверхностью обойм (как наружной, так и внутренней) является одновременно и положительной стороной таких изделий, но имеет свои отрицательные стороны.
Положительными сторонами применения роликовых конусных подшипников, например, в ступице переднего колеса ГАЗ 3110, являются:

Примеры применения конических подшипников

Ступичные узлы колёс автомобиля (посмотреть в нашем каталоге)

К недостаткам роликовых конических подшипников можно отнести:

Редукторы

Главной проблемой, касающейся правильной настройки работы этого несложного механизма, является правильная установка подшипников ведущей шестерни (18). Сама по себе установка их в посадочные гнёзда редуктора и напрессовывание на вал шестерни внутренних обойм подшипников (роликовых конических) – несложная операция. Но вот их регулировка представляет процедуру, требующую терпения. Дело в том, чтобы обеспечить правильную установку шестерни с подшипниками, требуется соблюдать необходимый момент.

Подобные роликовые конические подшипники (правда, другого размера), устанавливаемые в том же редукторе в качестве опор полуосей, регулируются лишь с помощью регулировочных колец (шайб) и фиксируются винтами (13).

Размеры роликовых конических подшипников

Для того, чтобы подобрать необходимый (по размеру и техническим параметрам) нужный вам подшипник, можно воспользоваться изданием ГОСТ 27365 – 87.

Этот официальный документ содержит все сведения о роликовых конических однорядных подшипниках.

Более подробно познакомиться по всей номенклатурой конических подшипников можно в нашем каталоге подшипников в разделе “Конический подшипник“.

Для того, чтобы можно было свободно ориентироваться в документе, приводится схема, указывающая (в буквенно-условном обозначении) необходимые размеры роликового конического подшипника, что облегчит чтение таблиц документа.

В качестве примера приведём одну из таблиц ГОСТА, содержащую размеры роликовых конических подшипников.

Внимание покупателей подшипников

Классификация сборочных узлов достаточно разнообразна, и каждый входящий в нее подвид отличается своими характерными особенностями. Поэтому сегодня в фокусе внимания конический роликовый подшипник: чтобы вы могли правильно подобрать его по размеру, рассмотрим, какими габаритами он может обладать. Также проанализируем, что он из себя представляет, чем отличается от других, где используется – чтобы вы знали, как его регулировать и где применять.

Столько интереса – из-за актуальности использования. Такие сборочные узлы востребованы в самых сложных случаях, то есть при совместном воздействии достаточно высоких осевых и радиальных сил. Они, даже в экстремальных условиях, в течение длительного срока успешно выдерживают комбинированные нагрузки, равномерно распределяя их по всей своей поверхности и обеспечивая таким образом долгую эксплуатацию механизмов без перегревов и разрушений.

Как устроен конический роликоподшипник

Он состоит из двух обойм – внешнего и внутреннего кольца – с размещенными между ними телами качения. Последние выполнены в виде цилиндрических, а не шариковых роликов и расположены под углом к контуру. Все вместе они образуют некий конус (отсюда и название), при этом каждый элемент огражден от контакта с соседями сепаратором, который и исключает неравномерное распределение.

При отсутствии такого разделителя тела качения в процессе вращения группировались бы на каком-то одном участке (секторе). Это приводило бы к перекосу вала, а значит, со временем, и к радиальному биению, а затем к перегреву и разрушению сборочного узла. Поэтому его наличие крайне важно, равно как высокий класс точности изготовления всех деталей и даже посадочных мест под установку наружных колец.

Особенности роликовых конических подшипников разных размеров

Минимальный естественный износ, возможный за счет отсутствия наружного бортика, а значит и торцевого упора. При такой конструкции внутреннее кольцо самоустанавливается по отношению к внешнему практически без потерь материала, благодаря чему значительно уменьшается вероятность возникновения люфтов в процессе эксплуатации.
Низкий коэффициент трения – вышеописанный контур хорош еще и тем, что способствует появлению смазочной пленки. В результате этого тела качения легче скользят, выделяют немного тепла, долго сохраняют преднатяг, работают тихо, почти бесшумно.
Длительный срок использования – если посмотреть, какую нагрузку может воспринимать конический однорядный роликоподшипник, мы увидим, что она сравнительно высока. Такая же ситуация и у других видов этих сборочных узлов (подробно о разнообразии их типов ниже). А все благодаря непрямому логарифмическому профилю, снижающему пиковые напряжения, а также чувствительность к отклонению или перекосам вала.
Эксплуатационная надежность, достижимая в том числе и за счет тщательно выверенной шероховатости контактных поверхностей, способствующей появлению гидродинамической пленки.
Малый период приработки – при условии выбора качественной смазки и правильного монтажа наблюдается лишь незначительное трение. Поэтому на практике, что одно-, что двухрядные конические подшипники не нагреваются до опасных пиковых значений температуры, способных привести к преждевременному износу. Снижающий трение контур полезен здесь и сразу, на первом же этапе применения сборочного узла.
Унификация – все тела качения выполняются с минимальными допусками, в результате чего они идентичны, а значит одинаково воспринимают нагрузки, которые равномерно распределяются по всему профилю. Это удобно уменьшением не только уровня шума, но и вибрации.
Возможность простой регулировки – можно без труда устранить люфт, пока он не стал причиной выхода сборочного узла из строя. Ниже, в отдельном разделе, мы расскажем, как затягивать конусные подшипники и, наоборот, как правильно ослаблять ступичную гайку. А последнее тоже нужно делать – когда тепловые зазоры слишком малы, а сопротивление качению повышено.
Взаимозаменяемость – многие модели полностью разборные, благодаря чему не проблема поставить новое наружное кольцо или заменить сепаратор. Это существенно упрощает техническое обслуживание ступиц, передач, букс и вообще всех механизмов, в которых применяются данные узлы.

Помимо очевидных преимуществ, есть и недостатки. В числе минусов – быстрый выход отдельных элементов из строя при осевой деформации (изгибе) вала. Хотя плюсы все-таки значительно перевешивают и обуславливают популярность использования.

Основные типы конических роликоподшипников

Однорядные – используются для компенсации нагрузок (радиальных или осевых), действующих только с одной стороны. Допустимо устанавливать с натягом. При их эксплуатации можно регулировать не только зазор, но и смещение (но только при раздельном монтаже внешнего и внутреннего колец).
Двухрядные – применяются при напряжении, вектор которого распространяется как вдоль, так и поперек. Представляют собой комбинацию контуров, собранных О-образно. Чаще всего эксплуатируются во вращающихся валах, когда не предусмотрена защита корпуса сборочного узла.

Отдельно отметим, что и одинарными, и двойными могут быть и конические радиально-упорные подшипники. От обычных они отличаются компоновкой – их кольца уже боковые. То, которое принимает нагрузку от вала, называется тугим, то, которое контактирует с деталью – свободным. Причем сепаратор между ними ничем не зафиксирован. Благодаря этой ключевой конструкционной особенности такие сборочные узлы способны выдерживать максимальные осевые нагрузки, но не применимы в устройствах и механизмах, работающих на высоких скоростях.

Четырехрядные – используются в тех же случаях, что и двухрядные, только обладают сравнительно большей механической надежностью. Но также являются более габаритными.
Разъемные – применяются при наличии повышенного напряжения, распространяющегося сразу по обоим векторам. Отличаются максимально простой установкой, удобной за счет возможности раздельного монтажа внутреннего и наружного колец.

Уже упомянутые подшипники упорные конические обладают своей классификацией – они подразделяются на:

Чтобы было еще проще понять, какими бывают конусные подшипники и к какому типу относятся те или иные из них, предлагаем вашему вниманию сводную таблицу. В ней актуальные и популярные модели представлены со схемами и условными обозначениями (которые мы подробнее рассмотрим ниже), а также с краткими описаниями. Столько подробностей – для наглядности, чтобы вы могли сравнить с уже купленными сборочными узлами или теми, которые только собираетесь заказать.

И вот здесь может возникнуть вопрос: какой именно вариант приобрести? Чему отдать предпочтение, одинарному или двойному устройству? Сейчас подскажем, как определиться, чем руководствоваться на какие параметры ориентироваться.

Выбор типа конических роликовых подшипников разных размеров

В первую очередь стоит смотреть на характер нагрузки: чем больше направлений, в которых она воспринимается, тем надежнее будет работать механизм. Также важно учитывать силу напряжения: наименее опасно то, что распределяется равномерно, а вот при тяжелых ударных воздействиях нужен максимально прочный сборочный узел.

Следующий ключевой параметр – это быстроходность: в общем случае чем выше количество оборотов в минуту (при сохранении точности), тем лучше. При этом необходимо обращать внимание на то, как проходит движение, колебательно или в одном направлении, и с какой скоростью оно осуществляется, с постоянной или же с переменной.

Естественно, нужно ориентироваться на то, сколько прослужат выбранные подшипники роликовые конические, однорядные или двухрядные. Глядя на заявленный производителем ресурс, стоит понимать, что это комплексный показатель, зависящий от ряда факторов. В их числе трение, жесткость, компенсация перекосов, стойкость к ударам и вибрациям.

При выборе обязательно учитывайте, что в при эксплуатации все вышеперечисленные виды сборочных узлов сравнительно сильно шумят. Подумайте, насколько это приемлемо для используемого механизма, не будет ли данный факт мешать рабочему процессу. Также проверьте, можно ли использовать понравившуюся модель в качестве плавающего или фиксирующего элемента – универсальность никогда не была лишней.

При прочих равных также ориентируйтесь на широту сфер применения и на стоимость – сэкономить без потери качества вполне реально.

Для наглядности важные параметры представляем в формате сравнения:

Однорядный радиально-упорный конический

Двурядный ил четырехрядный упорный конический роликовый

Одинарный упорный конический роликовый

Двойной упорный роликовый конический

до 400 000 (нормальнй точности)

до 1, 25 млн (высокоспециализированные)

перемещение по внутреннему или наружному кольцу

Фиксация в осевом направлении только в одну сторону

Фиксация в осевом направлении в обе стороны

Фиксация в осевом направлении только в одну сторону

Фиксация в осевом направлении в обе стороны

Автомобили, механические передачи, станки и т.д

Маркировка конических подшипников NTN

Ведущие производители продумали подробные и информативные, но оригинальные системы обозначения своей продукции. При этом каждый бренд использует похожую схему образования артикула – предлагаем ее рассмотреть на примере японской компании NTN.

Каждый сборочный узел маркируется следующим образом:

префикс дает данные о материале изготовления (специальная, азотированная сталь и тому подобное) и способе обработки (нитроцементация, поверхностное упрочнение и так далее);
суффикс сообщает о конструктивных особенностях (например, о наличии именно полиамидного сепаратора или прецизионных зазоров) или специальных требованиях (точности по нормам ABEC, установке по схеме Х);
корень (тело) говорит о типе и серии.

Те же роликоподшипники конические однорядные обязательно содержат в своей маркировке литеры LM. И это актуально не только для NTN, но и для продукции SNR, KOYO, TIMKEN, и даже для европейских брендов, вроде FAG или SKF.

Внимание, обозначение может быть как полным, так и сокращенным. В последнем случае общая часть артикула указывается только один раз. Простой пример для наглядности:

Отдельно отметим, что введенная NTN система обозначений принята и в России – ее регламентирует ГОСТ 520-89. Актуальный перечень всех префиксов и суффиксов достаточно обширный и разнообразный, но с полным его списком всегда можно ознакомиться на официальном сайте японского производителя.

Регулировка конических подшипников: пошаговая инструкция

Рассмотрим ее на примере одного из наиболее часто встречаемых в жизни случаев - при появлении люфта в ступице автомобильного колеса. Для подтягивания гайки в такой ситуации понадобится минимум инструментов: домкрат, бородок, отвертка, молоток, динамометрический ключ (и набор обычных, на 12-27).

Порядок действий таков:

фиксируете машину на ровной поверхности с помощью стояночного тормоза;
поднимаете проблемное колесо и снимаете его;
выпрессовываете защитный колпак, аккуратно используя молоток и отвертку;
устанавливаете колесо на ступицу и, взяв два болта, закручиваете его;
проверяете люфт, удерживая получившуюся конструкцию сверху одной рукой и раскачивая ее вдоль оси другой, не забывая прижимать шайбу;
при наличии зазора более 0,02 – 0,08 мм (в зависимости от величины выбранного из таблицы размеров конусного роликового подшипника) берете молоток и бородок, чтобы расконтрить согнутые элементы ступицы;
снимаете гайку и накручиваете новую, затягивая со значительным усилием (примерно 19,6 Нм);
проворачиваете ступицу, причем в нескольких направлениях – тогда тела качения займут положенное им место;
ослабляете гайку и снова затягиваете, но уже с меньшей силой (6,8 Нм), после чего отворачиваете на 25-градусный угол;
заминаете буртики в пазы;
собираете ступицу и устанавливаете колесо.

Отдельно отметим, что просто необходимо обеспечить обилие смазки. И важно не перетягивать, оставляя технологический люфт. Если не выполнить 2 этих требования, возникнут чрезмерные напряжения, которые со временем приведут к перегреву сборочного узла и выходу его из строя.

Применение конических подшипников

Чаще всего они используются в следующих механизмах:

колесные втулки (ступицы) автомобильного транспорта (как легкового, так и промышленного), а также сельскохозяйственной спецтехники;
шпиндели различных станков;
рулевые колонки, дифференциалы машин, валы коробок передач;
редукторы отбора мощности.

Одни модели могут быть специально предназначены для высоких скоростей и осевых нагрузок, другие – рассчитаны только на низкие, третьи вообще применяются там, где не нужны полные обороты подвижных частей механизмов. Существующее сегодня разнообразие от Fersa, NTN, FAG, KOYO, SNF и других производителей позволяет удовлетворить все потребности.

Подшипники используются в автомобильных колесных и осейных системах, сельском хозяйстве, горнодобывающей и строительной технике, коробках передач, двигателях и редукторах.

Изделия основаны на идее, что конусы, выровненные в точке, могут катиться друг над другом без скольжения, хотя на практике вместо использования целых конусов используются конические секции, обычно в парах.

Угол конусности определяет, сколько веса он может выдержать.

Таблица размеров конических роликовых подшипников

Подшипник состоит из внутреннего кольца (конуса), внешнего кольца (чашки), клетки и роликов, которые профилированы для равномерного распределения нагрузки.

Они имеют высокую радиальную и осевую нагрузку при низких и средних скоростях.

Читайте также: