Описание игольчатых подшипников - области применения, нормативные документы
Нередко конструктора разработчики документации на силовые механизмы сталкиваются с необходимостью максимально минимизировать размеры подшипниковых узлов в диаметральном направлении. Что делать, если опоры скольжения не подходят по условиям работы, а среди шариковых и роликовых подшипников не находятся нужные размеры для заданных радиальных нагрузок.
Выходом может быть использование специального подшипника качения с длинными, но малыми диаметрами роликами. Соотношение длины ролика к его диаметру в таком подшипнике должно быть более 4-х. Это уже не ролик, а цилиндр в виде иглы. Поэтому такую опору и назвали игольчатым подшипником. Долгое время такие подшипники относили к семейству роликовых. Но потом его классифицировали по-другому, о чем поговорим ниже.
Сегодня рынок предлагает большой ассортимент игольчатых подшипников.
Стандарты игольчатых подшипников в СССР
В СССР выпускали 3 вида игольчатых подшипников.
ГОСТ 4060-60(78) Подшипники роликовые игольчатые с одним наружным штампованным кольцом
Согласно этому стандарту выпускались следующие разновидности таких подшипниковых опор:
- с наружным кольцом со сквозным отверстием без сепаратора (обозначение НК);
- с наружным кольцом с профилированным дном без сепаратора (НД);
- с наружным кольцом со сквозным отверстием с сепаратором (СК);
- с наружным кольцом с плоским дном с сепаратором (ВК).
Стандартом установлены два класса точности — I и II. Класс II в обозначении подшипника не указывается.
ГОСТ 24310-80 Подшипники качения. Подшипники радиальные роликовые игольчатые без колец. ТУ
В соответствии с этим стандартом игольчатые подшипники без колец изготавливают однорядные (серии 1С, 2С, 3С, 4С, 5С) и двухрядные.
- Конструктивно состоят из сепаратора и набора игл (длинных роликов).
- Иглы (ролики), вставленные в пазы сепаратора, должны в них держаться (не выпадать) и свободно вращаться.
- Сепараторы изготавливают из стали, алюминиевых сплавов или полиамида.
- Подшипники сохраняют работоспособность до 100 градусов.
Игольчатые подшипники без колец устанавливаются непосредственно в механизм, между вращающимся валом и неподвижным корпусом. Дорожками качения для его игл являются поверхность шейки вала и поверхность посадочного отверстия в корпусе. Использование таких подшипников дает самый эффектный результат в уменьшении диаметрального размера опорного узла вала, особенно 2-х рядных.
Пример обозначения — Подшипник 3К 20х24х17 Д ГОСТ 24310-80, где «3» - степень точности, «К» - тип подшипника - игольчатый однорядный без колец, «20х24х17» - размеры вписанной в ролики и описанной вокруг роликов окружностей, ширина подшипника, «Д» - сепаратор из алюминиевого сплава.
ГОСТ 4657-71(82) Подшипники роликовые радиальные игольчатые однорядные.
В соответствии с требованиями этого ГОСТ выпускались следующие разновидности подшипников:
- 244000 — подшипники с наружным и внутренним кольцами с сепаратором;
- 254000 — с наружным кольцом без внутреннего кольца с сепаратором;
- 344000 - подшипники с наружным и внутренним кольцами с сепаратором, со вставными бортиками;
- 354000 - с наружным кольцом без внутреннего кольца с сепаратором, со вставными бортиками;
- 74000 — с наружным и внутренним кольцами, без сепаратора;
- 24000 — с наружным кольцом, без внутреннего кольца и без сепаратора.
Поле допуска на посадочный диаметр вала под подшипники без внутреннего кольца — по h5.
Перечисленные выше подшипники больше не будут выпускаться, но на рынке они еще будут какое-то время встречаться.
Современные стандарты игольчатых подшипников в России
С ноября 2022 года все российские и СНГ производители игольчатых подшипников должны производить свою продукцию в соответствии с требованиями новой редакции стандарта ГОСТ 4657-2022. Подшипники игольчатые однорядные с кольцами, обработанными резанием (современные). Конструктивные исполнения
Этот стандарт соответствует основным требованиям международного стандарта ISO 1206:2018.
Для начала напомним некоторые положения, регламентированные ГОСТ 4657-2022:
- игольчатым роликом называется цилиндрический ролик малого диаметра с соотношением длины к диаметру — от 3-х до 10 раз. Диаметр ролика не больше 6 мм;
- игольчатым подшипником считается «роликовый радиальный подшипник с игольчатыми роликами в качестве тел качения»;
- игольчатым подшипником полного заполнения называется «Игольчатый подшипник без сепаратора, в котором суммарный зазор между игольчатыми роликами меньше диаметра ролика».
ГОСТ 4657-2022 устанавливает следующие конструктивные исполнения игольчатых подшипников.
Подшипники полного заполнения без внутреннего кольца (обозначение исполнения - 02)
Состоит из наружного кольца и набора роликов-игл, без сепаратора. Кольцо имеет буртики. Количество игл — максимально размещаемое внутри кольца, т. е. общий зазор между роликами меньше диаметра самого ролика. Свободное пространство между иглами заполнено смазкой. Устанавливается на шейку вала непосредственно роликами.
Подшипники полного заполнения (07)
Состоит из наружного кольца с буртиками, внутреннего кольца и комплекта игл, Без сепаратора. Число игл — максимально размещаемое. На шейку вала монтируется посадочным отверстием внутреннего кольца.
Подшипники с сепаратором (24)
Состав — 2 кольца, сепаратор и комплект роликов-игл.
Подшипники с сепаратором без внутреннего кольца (25)
Состав — наружное кольцо, сепаратор и ролики-иглы.
Подшипники с сепаратором и с удерживающими пружинными кольцами (34)
Состоит из наружного кольца с двумя кольцевыми выточками, внутреннего кольца, двух запорных пружин, сепаратора и комплекта игл.
Подшипники с сепаратором и с удерживающими пружинными кольцами без внутреннего кольца (35)
Состоят из наружного кольца с выточками, сепаратора, 2-х запорных колец и набора игл.
На наружном кольце игольчатых подшипников выполнены кольцевая проточка и смазочное отверстие для подвода смазки.
Пример условного обозначения — подшипник 40284/20 ГОСТ 520-2011, где 4 — (4 тип) игольчатый, 02 — конструктивное исполнение, 8 — серия диаметров, 4 серия ширины, 20 — обозначение диаметра отверстия.
Игольчатые подшипники воспринимают только радиальные нагрузки, осевые — нет. Причем, радиальные значительно большие благодаря увеличенному контакту игл с поверхностями качения.
Принцип работы игольчатого подшипника отличается от цилиндрического роликового. Если в роликовом сами ролики вместе с сепаратором вращаются, то в игольчатом нет. Уложенные с небольшим зазором друг другу иглы в совокупности с набитой смазкой создают своего рода вкладыш между поверхностями качения вала и наружного кольца. Образуется жидкостное трение, что уменьшает силы трения, а значит, и энергозатраты. Уменьшаются нагрев и износ. Причем, чем выше скорость вращения вала, тем меньше износ.
Игольчатые подшипники зарубежных производителей
Импортные подшипниковые опоры пользуются большим спросом в России. Объясняется это широким использованием техники, транспорта, оборудования импортного производства как в промышленности, так и сельском хозяйстве, строительстве и в быту. Для поддержания его работоспособности нужны подшипники, которых в России нет. А если и есть, то качество импортных значительно выше (не считая Китая).
Рассмотрим некоторые и них:
- самоустанавливающиеся игольчатые подшипники. Конструкция состоит из штампованной наружной втулки, наружного и внутреннего кольца, сепаратора и набора игл, упорных пружинных колец. Есть и варианты без внутреннего кольца. Второй тип позволяет допускать увеличенные радиальные нагрузки, но только при возможности хорошо закалить шейку вала и отшлифовать. Особенность таких опор заключается в способности работать при больших перекосах наружных и внутренних колец (до 3-х град), появляющихся в результате значительных прогибов вала из-за чрезмерно больших нагрузках.
Пример: подшипник PNA 12/28 (с внутренним кольцом) или подшипник RPNA45/62 (без в/к). - комбинированные. Состоят из 2-х частей — игольчатой радиальной и упорной роликовой (шариковой). Игольчатая часть воспринимает радиальные нагрузки, упорная — одностороннюю осевую нагрузку.
Пример: подшипник NKXR 50; - упорные. Типовая конструкция состоит из 2-х плоских кольцеобразных пластин, сепаратора и роликов. Есть варианты и без пластин. Последние встраиваются в сам механизм. Упорные подшипники воспринимают только осевые нагрузки.
Преимущества игольчатых подшипников
Отметим основные из них:
- компактность размеров в диаметральном направлении;
- большая грузоподъемность для своих размеров — в 2 -8 раз больше, чем цилиндрические роликовые или шариковые подшипники того же диаметра внутреннего кольца;
- большой ассортимент исполнений и типоразмеров;
- малое трение вращения и минимальный нагрев подшипниковых узлов;
- малый расход смазки;
- стойкость к перепадам температур.
Применение игольчатых подшипников
Игольчатые подшипники применяются в коробках передач и крестовинах карданных валов автомобилей, в подшипниковых узлах тяжелых прокатных станов и транспортных лент, других механизмах силовых машин.
Использование игольчатых подшипников позволяет значительно сокращать габаритные размеры подшипниковых узлов, упрощать сборку компактных механизмов, найти оптимальный выбор в поиске компромисса между габаритами, весом и производительностью.
