Подшипники упорные шариковые ГОСТ

Подшипники упорные шариковые: конструкция, стандартизация и применение в электротехнике

Упорные шариковые подшипники представляют собой класс подшипников качения, предназначенных для восприятия осевых нагрузок, действующих вдоль вала. Их основная функция – поддержание и фиксация вращающихся деталей с минимальным трением при значительных осевых усилиях, при этом радиальная нагрузка ими практически не воспринимается. В энергетике и электротехнической промышленности эти узлы находят применение в ответственных механизмах, где требуется высокая надежность и точность позиционирования в осевом направлении.

Классификация и основные типы по ГОСТ

Стандарт ГОСТ 7872-89 «Подшипники шариковые упорные однорядные. Технические условия» является основным документом, регламентирующим производство и поставку данной продукции на территории РФ и стран СНГ. Стандарт устанавливает классификацию, типоразмеры, технические требования, методы контроля и испытаний. Согласно ГОСТ, упорные шариковые подшипники подразделяются на несколько основных типов:

• Однорядные упорные шариковые подшипники (тип 50000). Базовая и наиболее распространенная конструкция. Состоят из двух колец – верхнего и нижнего (соответственно, «комплект колец подшипника»), сепаратора с шариками. Предназначены для восприятия односторонних осевых нагрузок. Не могут разъединяться.
• Двухрядные упорные шариковые подшипники (тип 380000). Конструктивно представляют собой два однорядных подшипника, объединенных в единый узел. Способны воспринимать осевые нагрузки в обоих направлениях. Имеют одно общее нижнее кольцо и два верхних.
• Упорные шариковые подшипники со сферической опорной поверхностью наружного кольца (тип 58000). Особенность конструкции – сферическая поверхность на наружном кольце, которая позволяет компенсировать перекосы вала или монтажные погрешности (до 2-3°). Комплектуются сферическим опорным кольцом (подкладным кольцом).
• Подшипники упорно-радиальные шариковые сферические двухрядные. Хотя они и регулируют ГОСТ 7872-89, их конструкция и назначение отличаются. Они способны воспринимать комбинированные (осевые и радиальные) нагрузки и обладают свойством самоустановки.

Конструктивные особенности и маркировка

Конструкция однорядного упорного шарикового подшипника включает следующие основные элементы:

• Кольцо вальное (верхнее). Устанавливается на вал, имеет посадочную цилиндрическую поверхность и канавку для шариков. Вращается вместе с валом.
• Кольцо корпусное (нижнее). Устанавливается в корпус (обычно с зазором). Остается неподвижным или может вращаться с меньшей скоростью. Имеет канавку для шариков.
• Сепаратор. Удерживает шарики на равном расстоянии друг от друга, предотвращает их столкновение. Изготавливается из штампованной или механически обработанной стали, латуни, а также полимерных материалов (например, текстолит).
• Комплект шариков. Тела качения, непосредственно передающие нагрузку между кольцами.

Маркировка подшипников осуществляется в соответствии с ГОСТ 3189-89 и включает в себя условное обозначение, состоящее из основного обозначения (цифровой код) и дополнительных знаков. Основное обозначение для упорных шариковых подшипников начинается с цифр 5 или 8. Например, подшипник 51108 расшифровывается: 5 – тип (упорный шариковый), 1 – серия по ширине (нормальная), 08 – внутренний диаметр (08*5=40 мм). Для подшипников с d ≥ 10 мм последние две цифры кода умножаются на 5 для получения внутреннего диаметра в мм.

Материалы и технологии изготовления

Качество и долговечность подшипника напрямую зависят от материалов и точности изготовления. Основные требования к материалам регламентированы ГОСТ 7872-89 и другими сопутствующими стандартами.

• Кольца и шарики. Изготавливаются из подшипниковых сталей марок ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ (по ГОСТ 801). Для работы в агрессивных средах или при повышенных температурах применяются стали 95Х18 (коррозионно-стойкая) или стали с последующей цементацией. Обязательна объемная закалка с низким отпуском до твердости 59-65 HRC для колец и 61-66 HRC для шариков.
• Сепараторы. Для большинства стандартных подшипников используются штампованные сепараторы из сталей 08кп, 10кп. Для высокоскоростных и высоконагруженных применений – механически обработанные латунные (ЛС59-1) или стальные (сталь 20). В последнее время широко применяются сепараторы из полиамидных материалов (PA66, GF25), которые обладают хорошими антифрикционными свойствами, не требуют дополнительной смазки и снижают шум.
• Точность изготовления. ГОСТ 7872-89 устанавливает классы точности: 0 (нормальный), 6, 5, 4, Т (по возрастанию). Для энергетического оборудования чаще всего применяются классы 5 и 4, обеспечивающие минимальное биение и высокую стабильность работы.

Таблица 1. Основные размерные серии и примеры типоразмеров по ГОСТ 7872-89 (однорядные)

Обозначение подшипника	d, мм (внутр. диаметр)	D, мм (наруж. диаметр)	H, мм (высота)	Динамическая грузоподъемность (C), кН	Статическая грузоподъемность (C0), кН
51104	20	35	10	11.2	22.4
51208	40	68	19	36.5	73.0
51314	70	125	40	118	265
51420	100	170	55	163	390

Примечание: Значения грузоподъемностей приведены для справки и могут варьироваться в зависимости от производителя и модификации сепаратора.

Особенности монтажа и эксплуатации в энергетике

Правильный монтаж и обслуживание критически важны для надежной работы упорных подшипников. В энергетике они устанавливаются в турбинах, генераторах, мощных насосах и вентиляторах, тяговых редукторах.

• Предварительный натяг и зазор. Упорные шариковые подшипники требуют точной осевой регулировки. Как правило, устанавливаются с предварительным натягом, который исключает осевое смещение вала под нагрузкой и снижает вибрации. Величина натяга определяется расчетом и обеспечивается подбором толщины комплекта регулировочных прокладок или колец.
• Смазка. Применяются как пластичные смазки (Литин, ЦИАТИМ, импортные аналоги), так и жидкие индустриальные масла (И-Г-А, И-Г-Д по ГОСТ 17479.4). Выбор зависит от скорости вращения, температуры и условий эксплуатации. В высокоскоростных узлах (турбогенераторы) чаще используется принудительная циркуляционная система смазки маслом.
• Температурный режим. Стандартные подшипники рассчитаны на работу в диапазоне от -60°C до +150°C (ограничено свойствами смазки и сепаратора). Для высокотемпературных применений используются специальные стали, термостойкие сепараторы и смазки.
• Корпус. Корпусное кольцо должно иметь гарантированный зазор в корпусе для обеспечения свободного прилегания опорной поверхности. При этом само кольцо фиксируется от проворачивания с помощью стопорных устройств (шпонок, штифтов).

Контроль качества и отказоустойчивость

Входной контроль подшипниковой продукции на энергетических предприятиях включает:

• Визуальный осмотр на отсутствие дефектов (раковин, забоин, следов коррозии).
• Проверку геометрических параметров (диаметры, высота, радиальное и торцевое биение) с помощью средств измерений.
• Контроль твердости на приборе Роквелла или Виккерса.
• Акустический контроль (уровень вибрации) на специальных стендах для ответственных узлов.

Основные причины отказов упорных шариковых подшипников в энергооборудовании: перегрузка, недостаточная или загрязненная смазка, перекос при монтаже, попадание абразивных частиц, усталостное выкрашивание рабочих поверхностей.

Ответы на часто задаваемые вопросы (FAQ)

Чем отличается подшипник типа 51108 от 81208?

Подшипник 51108 – однорядный упорный шариковый с d=40 мм. Подшипник 81208 – это сферический упорный роликовый подшипник (обозначается цифрой 8), который имеет совершенно иную конструкцию (используются бочкообразные ролики), обладает значительно более высокой грузоподъемностью и способностью к самоустановке. Это разные типы подшипников, не являющиеся взаимозаменяемыми.

Можно ли использовать упорный шариковый подшипник для восприятия радиальной нагрузки?

Нет, это категорически не рекомендуется. Конструкция упорного шарикового подшипника не рассчитана на радиальные нагрузки. Даже незначительная радиальная сила приведет к повышенному износу, заклиниванию и быстрому выходу подшипника из строя. Для комбинированных нагрузок необходимо применять упорно-радиальные подшипники (например, шариковые сферические или конические роликовые).

Как правильно определить необходимый класс точности подшипника для редуктора насоса?

Для большинства силовых редукторов и насосов общепромышленного назначения достаточно класса точности 0 (нормальный) или 6. Классы точности 5 и 4 применяются для высокоскоростных шпинделей, прецизионных станков или особо ответственных узлов главного привода. Выбор должен быть обоснован расчетом на виброустойчивость и требованиями технического задания на оборудование. Повышение класса точности ведет к значительному удорожанию изделия.

Что означает маркировка «Т» на упаковке подшипника?

Буква «Т» в дополнительных знаках маркировки указывает на материал сепаратора. Сепаратор, изготовленный из текстолита (полиамида, армированного стекловолокном), маркируется буквой «Т». Например, подшипник 51108Т. Такие сепараторы обладают малым весом, хорошими демпфирующими свойствами, работают с меньшим шумом и могут некоторое время функционировать при недостатке смазки.

Как осуществляется осевая фиксация упорного подшипника на валу?

Вальное (верхнее) кольцо устанавливается на вал с натягом (посадка H7/js6 или H7/k6). Осевая фиксация этого кольца осуществляется заплечиком вала с одной стороны и крепежной деталью (гладкой или упорной шайбой, стопорным кольцом, гайкой) – с другой. Корпусное (нижнее) кольцо устанавливается в корпус с гарантированным зазором (посадка H7/H8), но фиксируется от проворачивания, например, штифтом.

Каков ресурс упорного шарикового подшипника и от чего он зависит?

Номинальный ресурс (расчетная долговечность) в часах определяется по динамической грузоподъемности (C), эквивалентной динамической нагрузке (P) и коэффициенту быстроходности. Формула расчета стандартизирована (ISO 281, ГОСТ 18855). На практике ресурс сильно зависит от реальных условий: качества монтажа, чистоты и регулярности смазки, отсутствия перекосов и вибраций. В оптимальных условиях ресурс может превышать 20 000 часов, но при нарушении правил эксплуатации сокращается в разы.

Заключение

Упорные шариковые подшипники, регламентированные ГОСТ 7872-89, являются специализированными узлами, незаменимыми для восприятия чистых осевых нагрузок в энергетическом и электротехническом оборудовании. Их правильный выбор, основанный на анализе нагрузок, скоростей и условий работы, а также строгое соблюдение правил монтажа, смазки и обслуживания являются залогом долговечной и безотказной работы всего механизма. Понимание особенностей маркировки, материалов и классов точности позволяет инженерно-техническому персоналу принимать обоснованные решения при проектировании, ремонте и модернизации ответственных агрегатов.