Подшипники ГОСТ упорные игольчатые

Подшипники упорные игольчатые: конструкция, стандарты, применение и подбор

Упорные игольчатые подшипники представляют собой специализированный тип подшипников качения, предназначенный для восприятия исключительно осевых (аксиальных) нагрузок при ограниченных радиальных габаритах и необходимости обеспечения высокой грузоподъемности на единицу объема. Их конструкция и производство в Российской Федерации регламентируются межгосударственным стандартом ГОСТ 6870-2018 «Подшипники качения. Игольчатые упорные подшипники и упорные шайбы. Технические условия», который заменил ранее действовавший ГОСТ 6870-81. Данный стандарт гармонизирован с международными нормами ISO 3031:2000 и устанавливает требования к основным размерам, техническим характеристикам, методам контроля и приемки.

Конструктивные особенности и составные части

Конструкция упорного игольчатого подшипника радикально отличается от радиальных или радиально-упорных аналогов. Основными компонентами являются:

• Комплект игольчатых роликов (тело качения): Цилиндрические ролики с длиной, значительно превышающей их диаметр (отношение длины к диаметру обычно более 3). Изготавливаются из высокопрочной подшипниковой стали, подвергаются закалке, шлифовке и при необходимости полировке.
• Сепаратор: Деталь, которая удерживает игольчатые ролики на равном расстоянии друг от друга, предотвращает их контакт и обеспечивает равномерное распределение нагрузки. Сепараторы могут быть штампованными (из стального листа) или механически обработанными (из латуни, полиамида). В исполнениях без сепаратора (с полным комплектом роликов) ролики непосредственно контактируют друг с другом.
• Упорные шайбы (кольца): Как минимум два кольца – одно верхнее и одно нижнее. Рабочие поверхности шайб (дорожки качения) закалены и отшлифованы. В базовом исполнении подшипник поставляется в комплекте с одной шайбой (обычно нижней, присоединяемой к корпусу), а вторую шайбу (присоединяемую к валу) выполняют как часть конструкции узла. Существуют комплекты с двумя шайбами. Наружный (D) и внутренний (d) диаметры шайб являются основными присоединительными размерами.

Классификация по ГОСТ 6870-2018

Стандарт классифицирует подшипники по двум основным признакам: тип комплекта роликов и тип сепаратора.

Типы по виду комплекта роликов и сепаратора:

• Тип 1 (AXK): Игольчатый упорный подшипник с сепаратором и одним упорным кольцом. Наиболее распространенный тип. Комплектуется одним кольцом (обычно для установки в корпус), сепаратором с игольчатыми роликами.
• Тип 2 (AXW): Игольчатый упорный подшипник без сепаратора, с полным комплектом роликов и одним упорным кольцом. Обладает максимальной грузоподъемностью из-за большего количества роликов, но имеет ограничения по предельной частоте вращения.
• Тип 3 (AX…): Игольчатый упорный подшипник с сепаратором и двумя упорными кольцами. Готовое к установке решение, упрощающее монтаж.
• Тип 4 (AS…): Упорная шайба (комплект игольчатых роликов в сепараторе без собственного кольца). Используется в случаях, когда дорожки качения выполняются непосредственно на ответных деталях узла (валу и корпусе), которые должны быть закалены и отшлифованы.

Основные размеры и обозначения

Обозначение подшипника по ГОСТ включает тип, основные размеры и иногда модификацию. Пример: AXK 4062. Здесь AXK – тип (с сепаратором и одним кольцом), 40 – внутренний диаметр кольца (d) в мм, 62 – наружный диаметр кольца (D) в мм. Основные размерные параметры, установленные ГОСТ 6870: внутренний диаметр d, наружный диаметр D, высота комплекта (T). Диапазон размеров по стандарту весьма широк.

Пример ряда размеров упорных игольчатых подшипников (тип AXK)

Обозначение	d, мм	D, мм	T, мм	Динамическая грузоподъемность (C), кН	Статическая грузоподъемность (C0), кН	Предельная частота вращения (масло), об/мин
AXK 1024	10	24	2	8.5	16.5	11000
AXK 2035	20	35	2	12.5	27.5	8000
AXK 2552	25	52	3	27.0	60.0	6300
AXK 4062	40	62	4	31.5	73.0	5000
AXK 5078	50	78	5	48.5	115.0	4000
AXK 6095	60	95	6	67.0	165.0	3200

Материалы и технологии изготовления

Качество подшипника напрямую зависит от материалов и точности изготовления.

• Игольчатые ролики: Изготавливаются из подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ (аналоги 52100, 100Cr6). Обязательны объемная закалка до высокой твердости (60-65 HRc) и последующая шлифовка с высокой геометрической точностью (овальность, конусность) и низкой шероховатостью поверхности.
• Упорные шайбы (кольца): Материал – аналогичные подшипниковые стали. Рабочая поверхность (дорожка качения) подвергается закалке и шлифовке. Твердость – 58-62 HRc. Важна плоскостность и параллельность рабочих поверхностей.
• Сепараторы:
  • Штампованные: Изготавливаются из качественной холоднокатаной стали. Легкие, недорогие, обеспечивают высокие скоростные характеристики.
  • Обработанные (машинные): Из латуни, текстолита или полимерных материалов (полиамид, PEEK). Обладают лучшими демпфирующими свойствами, лучше работают в условиях недостаточной смазки или загрязненной среды.

Области применения в энергетике и смежных отраслях

Упорные игольчатые подшипники находят применение в узлах, где присутствуют значительные осевые усилия при жестких ограничения по радиальному пространству.

• Электрогенераторы и турбины: Установка роторов, компенсация осевых тепловых расширений, опоры в системах регулирования.
• Редукторы и мотор-редукторы, особенно червячные и коническо-цилиндрические, где возникают значительные осевые реакции от червяка или конических колес.
• Насосное оборудование (центробежные, шестеренные насосы): Восприятие осевого усилия от рабочего колеса или шестерен.
• Оборудование для металлургии: Валки клетей, механизмы натяжения.
• Автомобильная и транспортная техника: Сцепления, коробки передач, поворотные механизмы.
• Станкостроение: Столы фрезерных и токарных станков, подающие винты.

Особенности монтажа и эксплуатации

Правильный монтаж критически важен для долговечности упорных игольчатых подшипников.

• Требования к посадочным поверхностям: Посадочные места под упорные шайбы (в корпусе и на валу) должны быть строго перпендикулярны оси вращения. Допуск на торцевое биение обычно не превышает 0.01-0.02 мм. Желательно выполнение буртиков для точного центрирования шайб.
• Натяг и зазоры: Упорные шайбы должны быть установлены с гарантированным осевым натягом (предварительным поджатием) для исключения проворачивания. При этом комплект роликов в сепараторе должен иметь небольшой осевой зазор относительно колец для свободного вращения.
• Смазка: Из-за высоких контактных давлений и скоростей скольжения в зоне контакта ролика с сепаратором требуется надежная система смазки. Применяются пластичные смазки (Литин, ЦИАТИМ) или циркуляционная система подачи жидкого масла. Смазочный материал должен обладать высокими противозадирными свойствами (EP).
• Защита от загрязнений: Узлы с упорными игольчатыми подшипниками должны быть защищены от абразивной пыли и влаги лабиринтными уплотнениями или манжетами.

Сравнение с другими типами упорных подшипников

Сравнительные характеристики типов упорных подшипников

Тип подшипника	Осевая грузоподъемность	Радиальные габариты	Предельная частота вращения	Стоимость	Основные области применения
Упорный шариковый (ГОСТ 6874)	Низкая/Средняя	Большие	Высокая	Низкая	Легкие узлы, малые осевые нагрузки
Упорный игольчатый (ГОСТ 6870)	Очень высокая	Очень малые	Средняя	Средняя	Тяжелонагруженные узлы с ограничением по диаметру
Упорный роликовый цилиндрический (ГОСТ 6878)	Высокая	Средние/Большие	Низкая	Высокая	Очень тяжелые нагрузки, низкие скорости (прокатные станы)
Упорно-радиальный сферический роликовый	Высокая	Большие	Низкая/Средняя	Очень высокая	Комбинированные нагрузки, несоосность, тяжелые условия (гидротурбины)

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

В чем ключевое отличие типа AXK от типа AXW?

Тип AXK имеет сепаратор, который разделяет ролики. Это позволяет подшипнику работать на более высоких частотах вращения с меньшим моментом сопротивления и нагревом. Тип AXW (без сепаратора, с полным комплектом роликов) имеет на 20-40% большую статическую и динамическую грузоподъемность за счет большего числа роликов, но его предельная частота вращения существенно ниже из-за повышенного трения между соседними роликами.

Можно ли использовать упорный игольчатый подшипник для восприятия радиальной нагрузки?

Нет, категорически нельзя. Конструкция подшипника не рассчитана на радиальные нагрузки. Даже незначительная радиальная составляющая приведет к заклиниванию и быстрому разрушению подшипника и сопрягаемых деталей. Для комбинированных нагрузок необходимо применять комбинацию радиального и упорного подшипников или специальные упорно-радиальные типы.

Как правильно выбрать класс точности для упорного игольчатого подшипника?

По ГОСТ 6870 подшипники изготавливаются нормального класса точности (0). Для специальных высокоскоростных или высокоточных применений (например, прецизионные станки) могут изготавливаться под заказ подшипники повышенных классов точности (6, 5), что оговаривается отдельно в технических условиях заказа. Это влечет за собой ужесточение допусков на все геометрические параметры.

Что означает обозначение AS… и в чем особенность монтажа таких комплектов?

Обозначение AS… (тип 4 по ГОСТ) относится к упорной шайбе – это комплект игольчатых роликов в сепараторе, но без собственных колец. Особенность монтажа: дорожки качения должны быть выполнены непосредственно на деталях узла (например, на торце вала и на привалочной поверхности в корпусе). Эти поверхности должны быть закалены (твердость не менее 58 HRc) и отшлифованы с шероховатостью Ra не более 0.32 мкм. Это решение применяется для максимального увеличения грузоподъемности узла при минимальных осевых габаритах.

Каковы основные причины выхода из строя упорных игольчатых подшипников?

• Неправильный монтаж: Перекос упорных колец, отсутствие предварительного натяга, приводящее к проворачиванию шайб.
• Недостаточная или неправильная смазка: Вызывает задиры, схватывание и выкрашивание рабочих поверхностей.
• Попадание абразивных загрязнений: Приводит к абразивному износу дорожек качения и роликов, увеличению зазоров и шума.
• Превышение расчетной нагрузки или появление неучтенной радиальной составляющей.
• Превышение предельной частоты вращения, особенно для подшипников типа AXW, ведущее к перегреву и разрушению сепаратора или смазки.

Заключение

Упорные игольчатые подшипники, стандартизованные ГОСТ 6870-2018, являются высокоэффективным техническим решением для узлов с преобладающими осевыми нагрузками в условиях дефицита радиального пространства. Их правильный выбор, учитывающий тип (AXK, AXW, AS), размеры, класс точности и материал сепаратора, в сочетании с корректным монтажом и обслуживанием обеспечивает надежную и долговечную работу ответственных механизмов в энергетике, тяжелом машиностроении и других отраслях. Применение данных подшипников требует строгого соблюдения условий их работы, прежде всего – отсутствия радиальных нагрузок и обеспечения качественного смазывания.